Metastatik akciğer kanseri stereotaktik beden radyoterapisinde (SBRT) hedefe verilen marjların ve kolimatör yaprak genişliğinin planlanan hedef hacim (PTV) ve kritik organ dozlarına etkisinin değerlendirilmesi
Evaluation of the effect of target margins and collimator leaf width on planning target volume (PTV) and critical organ doses in metastatic lung cancer stereotactic body radiotherapy
Yazar: FERHAT ÇETİNEL
Danışman: PROF. DR. BAHAR DİRİCAN
Sağlık Bilimleri Üniversitesi / Gülhane Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Radyasyon Onkolojisi Ana Bilim Dalı / Radyoterapi Fiziği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Radyasyon Onkolojisi = Radiation Oncology
Dizin: Akciğer hastalıkları = Lung diseases ; Akciğer neoplazmları = Lung neoplasms ; Doz-cevap ilişkisi-radyasyon = Dose-response relationship-radiation ; Kolimatör sistemleri = Collimator systems ; Neoplazm metastazları = Neoplasm metastasis ; Neoplazmlar = Neoplasms ; Radyometri = Radiometry ; Radyoterapi-bilgisayar yardımlı = Radiotherapy-computer assisted ; Stereotaksik teknikler = Stereotaxic techniques

Özet:
Amaç: Akciğer kanseri SBRT radyoterapi planlaması için PTV'yi tanımlamada en önemli parametrelerden biri hedef hacim paylarıdır. Bu tez çalışmasında, Lineer Hızlandırıcı cihazının radyasyon demetini şekillendiren kolimatör sisteminin yaprak genişliğinin PTV ve kritik organ dozlarına etkisi incelenerek değerlendirilecektir. SBRT uygulamalarını diğer radyoterapi yaklaşımlarından ayıran en önemli farklardan biri tümöre yüksek fraksiyon dozu uygulanmasıdır. Akciğer kanseri radyoterapisinde, torakal bölgedeki kritik organların fazlalığı ve SBRT tekniğinde kullanılan yüksek doz nedeniyle hedef hacmin lokalizasyonu, boyutları sınırlarının şekli, organ hareketliliği ve bunlara bağlı olarak tedavi için hedef hacmin konturlama payları çok önemlidir. SBRT'de kullanılan Lineer Hızlandırıcı cihazının kolimatör sisteminin yaprak genişliği de doz dağılımı üzerinde etkilidir. Bu doz dağılımının incelenmesi ve hedefe verilen payların ve yaprak genişliğinin hedef hacim ve kritik organların dozları için optimizasyonu tümör kontrol olasılığını artırmaya ve normal doku komplikasyonlarını azaltmaya katkı sağlayacaktır.
Gereç ve Yöntem: Bu çalışmada Elekta marka Synergy® model lineer hızlandırıcı, dinamik mikro çok yapraklı kolimatörler (Dynamic Micro Multileaf Collimator- DMLC), Elekta BodyFIX® hasta sabitleme sistemi, Elekta solunum izleme ve kontrol sistemi (Active Breathing Coordinator), General Electric marka LightSpeed model bilgisayarlı tomografi ve Elekta CMS ERGO®++ tedavi planlama sistemi kullanılmıştır. Gülhane Eğitim ve Araştırma Hastanesi Radyasyon Onkolojisi Kliniğinde Akciğer SBRT uygulanan geriye dönük planlanan 13 hastanın PTV ve kritik organlarının dozları çalışmanın tümör lokalizasyonu, tümör boyutları, tümör sınırlarının düzgün ya da düzgün olmayan şekilde olmasına göre incelenerek değerlendirilmiştir.
Bulgular: Seçilen hastalardaki değerlendirilen kritik organ dağılımı; %100 spinal kord ve tüm akciğer, %84,6 karşı akciğer, %69,2 özafagus, %15,4 karaciğer, %15 trakea ve büyük bronşlardır. Tüm hasta grubu için tümör hacmi minimum 4 cm3, maksimum 32,9 cm3 ve median 11,9 cm3 olarak bulunmuştur. Yapılan incelemelerde dinamik çok yapraklı kolimatör genişliği ve PTV'ye verilen marjların Konformite İndeksi (Clpaddick), Homojenite İndeksi (HI), planlanan hedef hacim ve kritik organ dozlarına bakılarak 13 hastanın incelendiği grupta, 3 mm genişlikteki ÇYK kullanımı daha iyi kritik organ koruması ve aynı zamanda daha iyi tümör sarımı ile sonuçlanmıştır (p<0,05). Clpaddick ve HI değerleri açısından gruplar arasında istatistiksel anlamlı bir farklılık bulunamamıştır (p>0,05).
Sonuç: Kritik organlarda maksimum koruma sağlamada ÇYK genişliği ve PTV marjlarının farklılaşması ile ilişkisinin değerlendirildiği bu çalışmada; PTV marjı modifikasyonunda +2, +3, +5 mm marj seçeneklerinden, +2 mm PTV marjı ve 3 mm ÇYK genişliği kullanılması halinde, 5 mm genişlikteki ÇYK'ye göre daha iyi OAR korunması sağlanırken, 3 mm genişlikteki ÇYK kullanımı ve +5 mm PTV marjı kombinasyonunda daha iyi tümör sarımı sağlanmıştır.

Abstract:
Aim: One of the most important parameters in defining PTV for Lung Cancer SBRT is target volume margins. In this thesis study, leaf width effect of Linear Accelarator Collimator system shaping the radiation beam on PTV and critical organ doses is studied. The most important distinguishing feature of SBRT from other radiotherapy applications is its high fraction dose delivery to the tumor in several fractions. Target volume contouring margins is so important in lung cancer radiotherapy encompassing many critical normal tissues and organs in the thoracal region. Collimator systems' leaf width is also effective on dose
distribution. Evaluation of the effect of this dose distribution on target margins and leaf width
and critical organ dose optimization will help to improve tumor control probability and decrease normal tissue complications.

Material and Method: In this study, we made use of Elekta Synergy Linear accelerator, Dynamic Micromultileaf-DMLC-,Elekta Body Fix patient immobilization system, Elekta Active Breathing Coordinator, General Electric Lightspeed Computerized Tomography and Elekta CMS ERGO++ treatment planning systems. 13 patients' PTV and critical organ doses, tumor localizations, tumor sizes and tumor border regularity or irregularities were retrospectively examined.

Results: The patients included in the study had critical organ distributions of 100% for spinal
cord and total lung; 84,6% opposite lung; 69,2% esophagus; 15,4% liver; 15% trachea and
bronchi. Tumor volume for the whole patient group were found to be 4 cc minimum, 32,9 cc maximum and 11,9 cc median volumes. We examined 13 patient SBRT treatment plans by changing the dynamic multi-leaf collimator widths and PTV margins, the Homogeneity Index (HI) and Conformity Index (CIpaddick) of the planned target volume and critical organ doses using 3 mm wide MLC which resulted in better critical organ protection as well as better tumor coverage (p<0,05). There was no statistically significant difference between the groups in terms of Clpaddick and HI values (p>0,05).
	
Conclusions: In this study evaluating the relationship between MLC width and differing PTV margins to provide maximum protection of critical organs at risk; we used +2, +3, +5 mm PTV margin and MLC width of 3 mm and 5 mm. We found better OAR protection at +2 mm PTV margin with 3 mm MLC width compared to 5 mm MLC width in OAR protection. Better tumor coverage was achieved by using the combination of 3 mm wide MLC and +5 mm PTV margin.