Mrı-gated radyoterapi uygulanan mrıdian sisteminde gating gecikmesinin doz profil ve dağılımı üzerindeki etkisi
Gating latency of mridian system and its dosimetric effects
Yazar: GAMZE KAÇAMAZ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. HAKAN EPİK
Dokuz Eylül Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Medikal Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Onkoloji = Oncology

Özet:
Amaç: MRIdian (ViewRay, Inc. Cleveland, OH, ABD), kanser hastalarını tedavi ederken görüntü oluşturabilen ilk manyetik rezonans görüntüleme kılavuzlu radyoterapi (MRI-guided radiotherapy (MRI-gRT)) sistemidir. Tedavi sırasında gerçek zamanlı görüntüler kullanarak, tümörün izlenmesini ve direkt olarak tümör üzerinde gating yapılmasını sağlar. Zaman gecikmesi, tümörün gated bölgeye girdiğinde ışının verilmesi (beam on) için gereken süre ya da tümörün gated bölgeden çıktığında ışının kesilmesi (beam off) için gereken süreden meydana gelir. Bu süre, tedavi doğruluğu için önemli bir konudur. Bu çalışmada, manyetik rezonans görüntüleme (MRG) uyumlu bir hareketli solunum fantomu ve radyokromik film kullanarak MRIdian sisteminin gating gecikmesini belirlemek ve bu gecikmenin dozimetrik etkilerini değerlendirmek amaçlandı. 
	
Gereç ve Yöntem: MRG uyumlu hareketli solunum fantomu, bilgisayar kontrollü, hareketli bir platforma ve içinde küçük bir küre olan silindirik bir yapıya sahiptir. Silindirik yapı, hareketli bir platformun üzerine radyokromik bir film ile birlikte yerleştirildi. Silindirik yapı içerisinde yer alan küre, hareket eden tümör olarak kullanıldı. Kürenin hareketini simüle etmek için fantom; genliği 15 mm,  periyodu 3,14 saniye olacak şekilde periyodik olarak hareket ettirildi. Küre için lateral, dikdörtgen bir alan planlandı ve kürenin kendisi Planlanan Hedef Volüm (Planning Target Volume (PTV)) olarak konturlandı. PTV'nin isocenter'ı için 3 Gy'lik doz planı yapıldı ve statik ve dinamik (gated) modunda doz dağılımı gerçekleştirildi. Gating,  PTV etrafında tanımlanan 5 mm'lik bir gating penceresi baz alınarak belirlendi. MATLAB yazılım programında statik doz profili girdi olarak kullanılarak gated doz profili modellendi. Modellenen ve ölçülen doz profilleri arasındaki dozimetrik sapmayı analiz etmek ve gecikmeyi hesaplamak için En Küçük Kareler Yöntemi kullanıldı. Hesaplamalar, MATLAB yazılım programı kullanılarak özel olarak yazılan kod ile analiz edildi. Gating gecikmesi, tümör gating penceresi içinde veya dışındayken görüntü alındıktan sonra hesaplandığı için saniyedeki görüntü sayısı (frame per second (fps)) dört olan MRG frekansının etkileri hesaplamalara dahil edilmedi.

Bulgular: Ölçülen doz profili ile modellenen doz profili arasında dozimetrik sapma gözlenmiştir. İncelenen sistem için, en küçük dozimetrik sapma değerini veren 127 ms'lik gecikme değeri MRIdian sisteminin gating gecikmesi olarak belirlendi. 

Sonuç: Tümörün gating penceresinin içinde ya da dışında olduğunu algılamak için sistemin ihtiyaç duyduğu süreden ve Kobalt-60 (Co-60) kaynağının hareket mekanizmasından kaynaklanan gecikmeler, MRIdian sisteminin gating gecikmesini etkileyen optimal nedenler olarak belirlendi. Bu gecikme süresi, American Association of Physicists in Medicine Task Group 142 (AAPM TG-142) raporunun belirlediği 100 ms'lik tolerans değeri ile uyum göstermemektedir. MRG frekansının da oluşturacağı gecikme hesaba katılırsa süre daha da artacaktır. Elde edilen gecikme süresinin ve doz profillerinin,  daha da iyileştirilebilmesi için, gating penceresinin, saniyedeki görüntü sayısının, genliğin ve dalga formunun etkileri ayrıntılı olarak araştırılmalıdır.

Anahtar Sözcükler: gated radyoterapi, gating gecikmesi, zaman gecikmesi, MRG kılavuzlu radyoterapi

Abstract:
Purpose: MRIdian (ViewRay, Inc., Cleveland, OH, USA) is the first MRI-guided radiotherapy system that is able to image while treating cancer patients. By using real-time images during treatment, it enables tracking of the tumor, and gating directly on the tumor. Time delay which is the time between when a tumor moves into a gated region and beam turns on (beam-on time delay) or the time between when a tumor moves out from gated region and beam turns off (beam-off time delay) is an important issue for patient treatment accuracy. In this study, we aim to quantify the gating latency of the MRIdian system and assess the effects of time delay by using an MRI-compatible motion phantom and a radiochromic film. We have performed tests to determine the gating performance using static and gated deliveries of the plan.

Methods: The MRI-compatible phantom has a computer controlled movable platform on which an insert containing a small sphere was positioned. The small sphere was used as a moving target and placed on that moving platform together with a radiochromic film. A sinusoidal motion (actual motion of phantom) with an amplitude of 15 mm and a period of 3.14 second was used to simulate the motion of moving tumor. A lateral rectangular field delivering a dose of 3 Gy was planned to the isocenter and delivered for the stationary mode and the dynamic mode, with gating. The gating was based on 5 mm gating window, which was defined around PTV. A MATLAB™ script was written to analyze the dosimetric deviation between the modelled and measured dose profile and to quantify the latency.

Results: For the system investigated, the latency of 127 ms was estimated as a gating latency of the MRIdian system, excluding the effects of imaging sampling rate of 4 fps.

Conclusion: The latency of 127 ms is influenced by the source movement mechanism, and the time needed by the software system to detect whether or not the target is in or out of the boundary. However, the 127 ms latency exceeds the AAPM TG-142 report's limit of 100ms, on top of this, the latency will be even more because of the imaging frequency. An extensive assessment is required to determine the geographic miss and/or treatment inaccuracies caused by latency. A detailed analysis would be valuable to determine the effects using realistic motion patterns and system parameters.

Key Words: gated radiotherapy, gating latency, time delay, MRI-guided radiotherapy