Specializarea Biofizică și Fizică medicală [302535]

Universitatea “Babeș-Bolyai” Cluj-Napoca

Facultatea de Fizică

Specializarea Biofizică și Fizică medicală

Lucrare de disertație

Coordonator științific Absolvent: [anonimizat].dr. [anonimizat]

2020

Universitatea “Babeș-Bolyai” Cluj-Napoca

Facultatea de Fizică

Specializarea Biofizică și Fizică medicală

Lucrare de disertație

Verificarea și validarea sistemului de planning în urma procesului de comisionare a unui accelerator liniar medical

Coordonator științific Absolvent: [anonimizat].dr. [anonimizat]

2020

Abrsract

Cuprins

Introducere

Asigurarea calității (QA) în procesul de planificare a tratamentului de radioterapie este esențială pentru a asigura administrarea corectă a dozei de radiație pacienților și pentru a reduce la minimum posibilitatea expunerii accidentale. Sistemele computerizate de planificare a tratamentului de radioterapie (RTPS) sunt acum disponibile pe scară largă în țările industrializate și în curs de dezvoltare și au o [anonimizat] a RTPS-urilor. [anonimizat] a elaborat o [anonimizat] a fost publicată în 2004, “Rapoarte tehnice IAEA Seria nr. 430” . Acest raport oferă un cadru general și descrie un număr mare de teste și proceduri care ar trebui să fie luate în considerare de către utilizatori noi de RTPS. [anonimizat] o [anonimizat] a algoritmilor folosiți în RTPS. [anonimizat] a propus mai multe linii directoare specifice care oferă o recomandare pas cu pas pentru utilizatorii din spitale sau centrele de cancer cum să implementeze procedurile de acceptare și punere în funcțiune pentru noul RTPS achiziționat.[1]

În cadrul acestei lucrări sunt prezentate principalele teste de verificare a sistemului de planning realizate în urma procesului de comisionare a [anonimizat] , cat și aparatura și materialele folosite pentru realizarea practica a acestui studiu.

In Capitolul 1 este descrisa caracterizarea generala a aparaturii si a matarerialelor folosite.

Capitolul 2 reprezintă partea experimentală și măsurătorile efectuate. În cadrul acestui capitol sunt explicate etapele realizării acestei lucrări.

Capitolul 1

1.1 Acceleratorul liniar

Planificarea tratamentului reprezinta un proces esențial in optimizarea alegerilor terapeutice și tehnici de tratament. Acest lucru este realizat în contextul echipamentelor disponibile. [anonimizat], dacă nu imposibil. [anonimizat].

[anonimizat] a tratamentului.

1.1.1 Cum funcționează acceleratorul liniar?

[anonimizat] a accelera particule cu sarcina negativă, electronii, care vor fi accelerati prin componenta acceleratorului numit „ghid de unde”. Electronii se ciocnesc cu metale grele, precum tungsten, în urma careia se produc raze X de energie mare. În cazul tratamentelor de radioterapie forma fasciculului de raze X este conformata în funcție de necesitatea pacientului. Fascicolul este de obicei modelată de un colimator multilamelar care este încorporat în capul Gantry al acceleratorului. [2]

Un accelerator liniar medical (LINAC) este dispozitivul cel mai frecvent utilizat pentru tratamentele de radioterapie cu fascicul extern pentru pacienții cu cancer. El furnizează fascicule de radiații cu energie mare sau electroni în regiunea tumorii pacientului. Aceste tratamente pot fi proiectate astfel încât să distrugă celulele canceroase în timp ce protejeaza țesutul normal din jur. LINAC este utilizat pentru tratarea tuturor corpului, folosind tehnici convenționale, Radioterapie Cu intensitate modulată (IMRT), Terapie cu Arcul Modulat Volumetric (VMAT), radioterapie cu Ghid de Imagine (IGRT), Radioterapie Stereotactică (SRS) și Radioterapie pentru Corp Stereotactic ( SBRT)[2][3][4]

1.1.2 Procedura de administrare a tratamentului?

În cadrul departamentului de radioterapie are loc diagnosticare pacientului și îndrumarea lui spre tratament radioterapeutic, astfel incat medicul prescrie doza corespunzătoare volumului iradiat. După aceasta etapa fizicianul medical determină modul de administrare a dozei prescrise și calculeaza timpul de iradiere sau unitățile monitor livrate pacientului. Aparatul este operat de către tehnicieni în radioterapie astfel incat acestea vor livra doza necesara in siguranta pacientilor.

1.1.3 Cum este asigurată siguranța pacientului?

Siguranța pacientului este foarte importantă și este asigurată în mai multe moduri. Înainte de furnizarea tratamentului către pacient, un plan de tratament este elaborat de fizicianul medical și aprobat de medicul radioterapeut. Planul este verificat dublu înainte de administrarea tratamentului și procedurile de asigurare a calității sunt efectuate pentru a asigura acest lucru, astfel tratamentul va fi livrat conform planificării. Asigurarea calității acceleratorului liniar este foarte importantă. Există mai multe sisteme integrate în accelerator, astfel încât să nu livreze o doză mai mare decât a prescris medicul radioterapeut.

Fiecare dimineața înainte de tratarea pacienților, tehnicianul în radioterapie efectuează verificări pe aparat,astfel incat sa se asigure că intensitatea radiației este uniformă și că funcționează corect. În plus, fizicianul medical efectuează verificări lunare și anuale mai detaliate ale acceleratorului liniar. Acceleratoarele liniare moderne au, de asemenea, sisteme de verificare interne care nu permit mișcarea capului de iradiere dacă nu sunt îndeplinite toate cerințele de tratament prescrise. În timpul tratamentului, tehnicianul observă continuu pacientul folosind un circuit închis de supraveghere. Există, de asemenea, un microfon în sala de tratament, astfel încât pacientul să poată vorbi cu tehnicianul dacă este nevoie. Filme port (raze X prelevate cu fasciculul de tratament) sau alte instrumente imagistice, cum ar fi conul fasciculul CT este verificată regulat pentru a se asigura că poziția fasciculului nu diferă de planul inițial. Siguranța personalului care operează acceleratorul liniar este, de asemenea, importantă. Acceleratorul liniar este amplasat într-o cameră cu pereți de plumb și beton, astfel încât razele X cu energie mare să nu poată trece prin perete , tratamentul livrandu-se doar persoanei destinate. [2][5]

1.1.4. Varian Clinac iX

Aparatul pe care s-au făcut testele este un accelerator liniar modelul Clinac iX distribuit de firma Varian medical system. Aceasta prezintă dimensiuni conform Figurii 1.1. Acceleratorul liniar este compus din gantry , gantry stand și suport, cabină de control, un ansamblu de suport pentru pacient și consola de control. Gantry-ul este compus din capul de iradiere care are în compoziția sa colimatorul principal și colimatoare secundare multilamelare, de tipul Millenium 120 care au rolul de a modela forma fasciculului. Pe lângă aceste componente capul de iradiere prezinta următoarele: ținte radiografice retractabile pentru fiecare energie a fasciculului de raze X, filtre de aplatizare , folie de împrăștiere pentru fasciculele clinice de electroni, camere de ionizare cu transmisie dubla , câmp luminos și filtre retractabile.[6]

Fig 1.1. Ilustrarea marimilor a aparatului[6]

Acceleratorul liniar din cadrul laboratorului de radioterapie cu energii inalte si brahiterapie , din cadrul IOCN este dotat cu energii de 6 și de 10 MV, cât și cu electroni de energii 6, 9 ,12 și 16 MeV. În cazul acestui accelerator se poate selecta dose rate-ul de la 100 MU/min (unitati monitor) pana la 600 MU/min, sau chiar si 800 MU/min pentru unele proceduri.(Tabel 1.1)[6]

Focalizarea fasciculului se realizeaza cu ajutorul unui sistem de oglinzi magnetice formandu-se un sistem de bending 270.(Figura 1.2)

Fig. 1.2. Reprezentarea schematica a

sistemului de magneti in cazul Clinac iX

Tabel 1.1 Referinte cu privire la energiile si dose rate-urile disponibile în cazul linac clinical iX[6]

Mărimea câmpurilor pot fi de la 3×3 cm pana la 40×40 cm la DSP 100 cm . Penumbra aparatului este mai mica de 9mm , aceasta fiind definita ca find distanta dintre linia izodozei de 20% si 80% a unui camp de 10 x 10 cm cu o profunzime de 10 cm, la un DSP(distanta sursa piele) de 100 cm.[7]

1.2 Simulator Computer tomograf

O tomografie computerizată, CT combină o serie de imagini de raze X, luate din diferite unghiuri din jurul corpului și folosește procesarea computerului pentru a creea imagini în secțiune transversală (felii) ale oaselor, vaselor de sânge și tesuturilor moi din interiorul corpului. Imaginile CT oferă informații mai detaliate decât radiografia simplă. O scanare CT are multe utilizări, dar este deosebit de potrivită pentru a examina rapid persoanele care pot avea răni interioare datorate accidentelor de mașină sau alte tipuri de traume. O scanare CT poate fi utilizată pentru a vizualiza aproape toate părțile corpului și este utilizată pentru a diagnostica boala, precum și pentru planificarea tratament medical, chirurgical sau cu radiații.[9]

1.2.1 Computer tomography Discovery

Simularea fantomului Cirs a avut loc cu ajutorul unui simulator CT modelul Discovery CT750 HD care oferă atât o calitate ridicată a imaginii, cât și funcții de reducere a dozei multiple pe o singură platformă. Acesta folosește tehnologia ASiR * (Adaptive Statistical Iterative Reconstruction) tehnologie de reducere a dozei: o tehnologie de reconstrucție care poate permite reducerea abaterii standard a zgomotului pe pixeli. Algoritmul de reconstrucție ASiR poate permite reducerea mA în achiziționarea de imagini de diagnostic, reducând astfel doza necesară. Și cu o calitate a imaginii de înaltă definiție în anatomii – Discovery CT750 HD poate ajunge în orice parte a corpului practic a oricărui pacient și poate realiza atât aplicații clinice generalizate cât și specializate.

Simulatorul Discovery CT750 HD datorită specificatiilor tehnice oferă o calitate excepțională a imaginii, acesta poate îmbunătăți detectabilitatea cu contrast scăzut (LCD) de până la 40%, permite reducerea zgomotului, și reduce artefactele fără a degrada integritatea anatomică. ASiR depășește limitele abordării convenționale de reconstrucție CT cunoscute ca proiecții filtrate, ajungând la o imagine optimă folosind un calcul iterativ avansat. Această calculare poate reduce dramatic cantitatea de doză necesară pentru a obține o imagine de înaltă performanță.[10]

1.3 Fantome

Fantomele sunt instrumente folosite de fizicieni pentru a măsura radiațiile în diferite condiții. Sunt utile deoarece permit măsurarea radiațiilor într-un mediu controlat cu risc minim pentru personal și pacienți. In funcție de constituirea lor exista fantoamne slabe, antropomorfe si fantoame de apa.

Fantoamele cu placi sunt sunt blocuri pătrate cu grosimi diferite care pot fi construite din diferite materiale. Materialul cel mai des utilizat este un solid echivalent în apă, dar pot fi utilizate și alte fantome reprezentând plămân, os și metal. Fantomele de plăci pot fi plasate într-un fascicul pentru a simula diverse afecțiuni. Camerele de ionizare pot fi plasate în găuri pre-găuri pentru a măsura ratele de doză sau filmul poate fi plasat între două plăci pentru a măsura profilul fasciculului și distribuțiile de izodoză.

Fantomele cu plăci sunt deosebit de utile, deoarece sunt solide și ușor de poziționat, necesitând o configurație minimă. Fantoamele cu placi sunt folosite mai des impreuna cu un detector 2D (film, matrix array sau EPID) in verificarea de rutina a unui numar mare de pacienti. (Figura 1.3.a)

Figura 1.3.a Fantome cu plăci sau fatom SLAB

Fantomele antropomorfe sunt apropiate de corpul uman și pot prezenta heterogenitati de țesut. Sunt folositoare în verificarea finală a unei noi tehnici dezvoltate sau pentru un aranjament mai complicat de campuri. Datorită asemănării apropiate de situația unui pacient și a prezenței heterogenitatii tesuturilor, fantomele antropomorfe sunt mai preferate in cazurile tumori localiate la nivelul toracelui sau la nivelul capului și gatului. Poziționarea detectorilor într-un fantom antropomorf este de obicei mai dificila decat intr-un fantom cu placi, dar asemanator aceestora fantomul antropomorf prezinta spatii specifice pentru amplasarea camerei de ionizare.(Figura 1.3.b)

Figura 1.3.b Fantoame antropomorfe

Fantomul cu apa sau tancul de apa reprezinta principalul tip de fantom utilizat pentru realizarea dozimetriei absolute. Se compune dintr-un cilindru de plastic/ sticlă transparent umplut cu apa. O cameră de ionizare impermeabilă poate fi plasată pe un braț mobil în fantomă. Acest lucru poate manevra cu exactitate camera de ionizare într-o serie de poziții pentru a măsura rata dozei. Fantomele de apă sunt utile pentru dozimetria absolută, deoarece sunt omogene și echivalente de apă, un substitut apropiat pentru țesutul moale și mușchi.

Figura 1.3.c Fantom cu apa rectangular

1.3.1 Fantom CIRS

În cadrul lucrării am folosit fantomul CIRS modelul 002 LFC Thorax IMRT Phantom, de forma eliptică cu dimensiunile 30 cm lățime x 30 cm lungime x 20 cm grosime si reprezinta un torace uman de proportie medie, cu o densitate și structura bidimensională. Fantoma are zone caracteristice pentru țesuturi moi, secțiunii pulmonare si osoase, incluzand cilindrii pentru substituirea tesutului în cauză.

Inserțiile de tijă echivalente de țesut interschimbabile găzduiesc hole-uri pentru camere de ionizare care să permită măsurători ale dozei punctuale în mai multe planurile ale fantomului. Amplasarea găurilor permite verificarea în cele mai critice zone ale pieptului. O jumătate din fantomă este împărțită în 12 secțiuni, fiecare secțiune avand o grosime de 1 cm,pentru a susține fie filme radiografice, fie radiocromice. Manipularea, asamblarea și orientarea corecta a fantomului este posibila prin utilizarea unei baze de aliniere și de menținere a dispozitivului. Fantoma este echipată cu un set de cinci referințe de structuri de compozit, care prezinta diferite densitati (Tabelul 2).[11]

Tabel 1.2. Densității ale structurilor compozit [11]

Măsurătorile se efectuează prin plasarea camerelor de ionizare calibrate în hole-urile definite în fantom. Hole-urile din fantomă sunt etichetate pentru a se putea identifica locațiile punctelor măsurate în fantomă, permițând astfel compararea calculelor TPS cu valorile măsurate.

Fig.1.4a THORAX MODEL 002LFC [11]

Cele doua corpuri se asamblează cu ajutorul unor pini, astfel incat poziția lor sa fie fixa.(figura 1.4.b)

1.4 TPS-Treatment planning systems

Sistemul de planificare a tratamentului reprezintă centrul sistemelor de radioterapie (RT) și cheia îmbunătățirii tratamentului radioterapeutic al pacientului. Odată ce seturile de date ale imaginii CT sunt încărcate și volumele țintă sunt identificate, sistemul în funcție de opțiunile fizicianului realizează calcule complexe prin care se realizeaza distribuția dozei pentru fiecare camp de fascicul în parte . Programul calculează, de asemenea, distribuția dozei preconizate în țesutul pacientului, incluzând variabile, cum ar fi influența penetrării nivelului de energie în tipul de țesut traversat de fascicol (de exemplu, os sau plămân vs. mușchi). Cu ajutorul TPS-ului putem calcula cu exactitate angulatiile necesare iradierii, astfel incat sa evitam majoritatea organelor la risc. Aceasta poate include automatizare, programare complexă pentru secvențiere ale sistemului de colimator multilamelar (MLC) pentru a modela fasciculul în jurul structurilor critice în timpul administrării dozei. Aceste planuri de tratament pot fi, de asemenea, modificate pentru a compensa reducerea dimensiunii tumorii pe parcursul tratamentelor.[13]

1.4.1 Varian Eclipse anisotropic analytical algorithm (AAA)

In cadrul laboratorului de radioterapie folosim sistemul software ECLIPSE pentru realizarea planurilor de tratament si software-ul ARIA pentru administrarea pacienților. Software-ul ECLIPSE are la baza calculele de tipul algoritmului anisotropic analitică.

Algoritmul anisotropic analitic, AAA, este un algoritm de convoluție a superpoziție a fasciculului 3D și implementat în sistemul de planificare a tratamentului Varian Eclipse. Modelul de calcul al dozei AAA constă din două componente, algoritmul de configurare și algoritmul propriu-zis de calcul al dozei.[13]

1.4.1.1.Algoritmul de configurare

Algoritmul de configurare este utilizat pentru a caracteriza fasciculul clinic pentru o unitate de tratament specifică bazat pe tipul de particule, fluență și energie, acesta stochează datele într-un spațiu de fază. Spațiul de fază este creat de un model cu sursă multiplă constând din: o sursă de foton primară, un foton focal suplimentar sursei și o sursă de contaminare a electronilor.

Spectrul fotonilor principali rezultat din spectrul Bremsstrahlung ca urmare a interacțiunii electronilor accelerați cu ținta folosind metode Monte Carlo ca și metoda de precalcul. O curbă radială a energiei medii ține seama de efectele filtrului de aplatizare (flattering filter) prin descrierea modului în care energia medie scade odată cu creșterea distanței în axa centrală. Un profil de intensitate radială ia în calcul modul în care fluența variază cu distanța față de axa centrală.

Sursa fotonului suplimentar modelează fotonii secundari generați în filtrul de aplatizare și colimatorul primar. Este poziționat sub filtrul de aplatizare, astfel creând un fascicul mai larg comparativ cu sursa primară. Sursa este modelată pe baza sursei primare și nu ia în considerare variația în off axis a spectrului.

Sursa de contaminare a electronilor modelează electronii creați în principal prin împrăștierea Compton din capul de iradiere și aer. Este modelată cu o curbă dependentă de adâncime, care descrie doza laterală de contaminare cu electroni. [14][15]

1.4.1.2 Algoritmul de calcul al dozei

Volumul corpului pacientului este împărțit în unități voxele, determanând o matrice 3D cu scala la care se face calcului. Voxel-urile sunt divergente și sunt aliniate la lățimea fasciculului.(Figura 5.) Pentru fiecare voxel denistatea electronica medie este calculată pe baza imaginilor CT. Fasciculul este apoi împărțit în mici fascicule în care secțiunea transversală a fasciculului se potrivește cu voxel-ul. Pentru fiecare fascicul, doza este calculată pe baza a trei surse diferite și proprietățile lor.

Doza din fotonii primari și secundari sunt calculate în același mod, dar pe baza datelor din sursele respective. Sunt construite fascicule mici pentru depunerea energiei monoenergetice folosind metodele Monte Carlo. Nucleele monoenergetice sunt suprapuse pentru a forma straturi poli energetice de fascicul bazate pe spectrul fasciculului. Doza de dispersie determină împrăștierea în medii. Împrastierea este corectată prin scalare cu densitatea medie nu numai în direcția fasciculului, dar și în 16 direcții laterale.

Doza de la electronii de contaminare este determinată de o convoluție între fluența de electronii, funcția de depunere a energiei și un nucleu de împrăștiere. Modificări ale spectrului datorate distanței surei până la fantom nu sunt contabilizate.

În Eclipse a fost utilizată o grilă de calcul de 0.25 cm cu 0.25 cm cu 0.25 cm. Crearea serverului a fost 7.5.49.3 SP2 iar modelul clinic a fost 8.1.18.7379 SP2 folosind versiunea 8.1.17a AAA.[20]

1.4.1.3. Calculul unităților monitor

Calculul unităților de monitorizare se bazează pe măsurătorile de calibrare făcute cu cea mai mica și cea mai mare dimensiune de câmp și o selecție de câmpuri de marii mediate între acestea. Efectele de imprastiere datorate capului de iradiere sunt simulate prin calcule de tip Monte Carlo pentru acceleratoarele Varian folosind o sursă de fotoni extra focală. Factorii de împrăștiere a fantomului sunt calculați prin transportul fotonilor.Unitățile monitor datorate imprastierii sunt determinate din tabelul factorilor de output.[19][20]

Capitolul 2

În cadrul acestui capitol are loc prezentarea etapelor realizate pentru verificarea sistemului de planning cu ajutorul fantomului CIRS. Pentru aceasta se urmează următoarele etape :

Scanarea fantomului cu ajutorul CT scan

Calcularea planului de tratament cu ajutorul sistemului de planning

Realizarea a planului la aparat

verificarea incadrarii acesteia în criteriile de acceptanta

In aceasta lucrare sunt prezentate cazuri de testare pentru punerea în funcțiune clinică a aparatului, astfel incat sa se acopere o gamă largă de situații clinice, tipic structurate, astfel încât distribuțiile dozelor să fie verificate mai întâi pentru fascicule unice, apoi pentru tehnici standard de câmpuri multiple și în final sunt aranjamente complexe cu mai multe câmpuri aplicat. Aceste teste vizează în principal confirmarea faptului că doza planificată este conforma cu cel determinat prin măsurare. Calculele dozei pentru fiecare test sunt efectuate pentru fiecare algoritm disponibil pe baza dimensiunii campului utilizate în mod normal în clinică. Pentru măsurători este recomandată o cameră de ionizare de volum mic, Camera fiind plasată în hole-ul corespunzător structurii măsurate din fantom. Măsurătorile vor fi efectuate pentru fiecare fascicul unic și pentru toate fascilolele in cazul tehnicilor cu câmpuri multiple.

2.1 Cazuri de testare anatomică și de intrare

Case 1: Verificarea conturului digitalizat – test nedosimetric

Scopul acestui test este de a verifica capabilitatea de conturare ale RTPS. Se realizeaza doua tipuri de măsurători

•Pe o secțiune transversala a CT scan ului se realizeaza o copie a conturajului master

•se realizeaza conturajul pe imaginile CT achizitionate și se compara cu conturajul master, se realizeaza un conturaj manual, după care se genereaza unul automat.

Fig.2.1 Distantele specifice utilizate pentru comparatie[15]

Distantele comparate in acest test sunt : A(distanta antero posterioara), B(diametru), C(diametrulul unui tub), D(lungimea plamanului), E( latimea plamanului) (Figura 2.1). Pentru validarea conturajului abaterile dintre conturajul master si ce realizat de noi trebuie sa fie maxim de 2mm.

Case 2: Verification/determination of CT numbers to relative electron density conversion in the RTPS

Scopul acestui test este de a determina și, dacă este necesar, de a ajusta numerele CT la RED curba de conversie stocată în RTPS. Fantomul CIRS 002LFC se scanează cu următorii parametri: HEAD FIRST SUPINE, folosiți imaginea kV, Field of View, CT kernal reconstruction, grosimea feliei și distanțarea tipic pentru nivelul toracelui. In figura 2.2 sunt afisate recomandările de eticheta pentru diferitele puncte ale CT in funcție de densitatea. Astfel cum se poate observa avem hole-urile 1,2,3,4,5 specifice pentru tesutul muscular/ adipos, 6,7,8,9 pentru tesutul pulmonar si hole-ul 10 pentru cel osos.[15]

Figura 2.2. Marcarea prin numerotare a suprafetelor tuburilor folosite[15]

Modelul CIRS 002LFC oferă o configurare potrivită pentru toate testele de verificare ale sistemului de planning. Numărul spațiilor în care se pot realiza măsurători dozimetrice cu ajutorul camerelor de ionizare sunt suficiente iar măsurătorile cu film sunt posibile datorită formei și structurii lui. Fantoma prezinta suporturi pentru camere de ionizare din plămâni și materiale echivalente ale oaselor pentru a efectua măsurători în interiorul acestor materiale. Datorită structurii lui se poate realiza cu usurinta calibrarea CT.

2.2 Măsurători dozimetrice

Măsurătorile dozimetrice au următoarele etape de calcul: se calculeaza planul de tratament cu ajutorul sistemului de planning, astfel obținându-se numărul de unități monitor necesare iradieri. Pentru a ne confirma aceste unități monitor și pentru a verifica dacă sistemul de planning estimează corect doza data se realizeaza un calcul al unităților monitor manual, după care se face o măsurătoare dozimetrica la aparat. Aceste etape se realizeaza pentru diferite conformatii de câmpuri.

Case 1: Testing for reference condition based on CT data

Scopul acestui test este verificarea calculului pentru câmpul de referință. Se realizeaza un camp de 10 cm x 10 cm cu un unghi de gantry de 0 ° și unghiul de colimator la 0 ° este utilizat pentru a confirma fasciculul de bază date. Punctele de măsurare sunt definite în mijlocul tuburilor #1, #3, #5, #9 și #10. MAsuratoarea se realizeaza la un DSP de 100 cm .

Energie de 6 MV

Tabel 2.1. Masuratorile si calculele efectuate în cazul 1 de masuratoare cu energie de 6MV

Energie de10 MV

Tabel 2.2. Masuratorile si calculele efectuate in cazul 1 de masuratoare cu energie de 10MV

În urma masuratorilor realizate datele au fost centralizate în tabelele 3 si 4 in care au fost trecute datele calculate cu ajutorul sistemului de planning si cele măsurate prin intermediul electrometrului Sun Nuclear. Interpretarea rezultatelor s-a realizat prin compararea calculelor deviației standard după care acestea au fost comparate cu criteriile de acceptanta. Deviația standard se calculează cu ajutorul formulei(1)

(1)

unde Dcalc reprezinta doza calculata de TPS , Dmeas doza masurata in urma livrarii unitatilor monitor, iar Dmeas,ref reprezinta doza masurata in punctul de referinta. Pentru a evidentia masuratorile reusite acestea au fost marcate cu culoarea verde, iar cele care au picat testul sunt marcate cu culoarea rosie.

Case 2: Oblique incidence, lack of scattering and tangential fields

Testul nr 2 este pentru a verifica calculele unităților monitor în cazul unui camp tangențial. Se construiește un câmp de 15 cm x 10 cm cu un unghi de gantry de 90 ° și unghi de colimator la 90 pentru a putea utiliza un filtru de tip pană. Izocentre și punctul de măsurare se definesc in tubul numaru #1.Masuratorile se realizeaza la SSD 97 cm.

Asemanator cazului anterior se urmeaza aceasi procedura de calcul, datele fiind centralizate in Tabelul 5. In acest caz se poate observa ca sistemul de planning a apreciat corect unitatile monitor.

Tabel 2.3. Masuratorile si calculele efectuate in cazul 2 de masuratoare cu energie de 6MV si 10 MV

Asemanator cazului anterior se urmeaza aceasi procedura de calcul, datele fiind centralizate in Tabelul 2.3.

Case 3: Significant blocking of the field corners

Cazul 3 reprezinta calculele de doza pentru un camp blocat. Astfel se realizeaza un camp de mărimea 14 x 14 cm cu unghiul colimatorului la 45, după care se realizeaza blocarea campului la mărimea 10 x 10 cm cu ajutorul colimatoarelor multilaterale, MLC. Măsurătorile se efectuează în hole-ul nr 3, la un SSD de 100 cm.

Tabel 2.4. Masuratorile si calculele efectuate in cazul 3 de masuratoare cu energie de 6MV si 10 MV

Conform rezutatelor obtinute, aparatul se incadreaza in criteriile de acceptabilitate în cazul energiei de 6 MV, însă sistemul de planning subestimează doza astfel neincadrandu-se in criteriile de acceptabilitate.

Case 4: Four field box

Această tehnică este folosită în majoritatea spitalelor de radioterapie, iar scopul acestui test este verificarea calculul dozei livrate cu un fascicul individual și doza totală acumulata de pe cele patru câmpuri. Cele patru câmpuri sunt ponderate în mod egal, iar parametrii și punctele de măsurare sunt definit în mijlocul tuburilor 5, 6 și 10.În acest caz avem patru câmpuri cu orientări de 0,90,180 si 270 a gantry ului. Campurile de orientare anterior și posterior au marimea de 15 x 10 cm , iar cele transverse sunt de 15 x 8 cm.

Figura 2.6. Imagia distrbutiei izodozelor in raza centrala cazul 4

Energie de 6 MV

Tabel 2.6. Masuratorile si calculele efectuate in cazul 4 de masuratoare cu energie de 6MV

Tabel 2.6. Masuratorile si calculele efectuate in cazul 4 de masuratoare cu energie de 10MV

In cazul tehnicii box, majoritatea masuratorilor se incadreaza in criteriile de acceptabilitate, deviatii aparand la capurile directe centrate pe axa centrala

Case 5: Automatic expansion and customized blocking

Scopul acestui test este de a verifica funcția de auto deschidere a RTPS și blocarea personalizată precum și calculele cu neomogenitati pulmonare.

Se realizeaza un cilindru cu diametrul de 8 cm și 8 cm lung centrat în punctul # 2 trebuie extins cu o marjă de 1 cm (Fig.2.7) în toate direcțiile utilizând o funcție de de extindere a conturajului. Se realizează încadrarea volumului ținta cu ajutorul sistemului de MLC. Punctul de măsurare este definit în mijlocul găurii 7.(Tabel 2.8) Sistemul de setup este urmatorul : setup-ul se realizeaza in SAD, gantry in 0 si colimator rotit la 45 de grade.

Tabel 2.7. Masuratorile si calculele efectuate în cazul 5 de măsurătoare cu energie de 6 MV și 10 MV

În acest caz s-a verificat funcția de auto expansiune a sistemului de planning, cu ajutorul careia s-a realizat forma cilindrica pe care s-au făcut măsurătorile. Conform rezultatelor obținute,la fel ca în cazul 1 s-au calculat deviațiile standard, fiind comparate ulterior cu criteriile de acceptabilitate. astfel observand ca aparatul supraestimează numărul de unități necesare tratamentului.

Case 6: Oblique incidence with irregular field and blocking the centre of the field

În acest caz are loc verificarea cazului în care apar campuri rectangular neregulate, care au blocata partea centrala a campului. Astfel în acest caz se procedeaza în următorul fel, se fixează izocentrul în mijlocul tubului 5, se construieste un camp dreptunghiuular de 20cm x10cm cu gantry de 45 grade si colimatorul la 90 de grade. Se blocheaza campul in forma de L cu marimea de marimea 6cm x12cm blocat cu MLC. Punctul de masura ii definit in mijlocul tubului 3, 7 si respectiv 10.

Figura 2.8. Imaginea BEV pentru cazul 6

Tabel 2.8. Masuratorile si calculele efectuate în cazul 6 de măsurătoare cu energie de 6 MV și 10 MV

In acest caz se poate observa ca in majortatea punctelor de masurarea doza distribuita este una corect apreciata de sistemul de planning

Case 7: Three fields, two wedge-paired, asymmetric collimation

Scopul acestei verificări este de a calcula distribuția dozei în cazul folosiri filtrelor pana în cazul câmpurilor asimetrice.(Figura 2.9) Se calculează cu izocentrul în punctul de referință 3, cu toate campurile egale. Unghiul colimatorului se seteaza la 90 cu gantry în poziția 0,90, respectiv 270. Punctul de măsurare este definit în punctul 5.

Tabel 2.9. Masuratorile si calculele efectuate în cazul 7 de măsurătoare cu energie de 6 MV și 10 MV

Urmand aceiasi procedura ca în cazurile precedente se poate observa cum ca TPS-ul calculeaza corect distribuția de doza în punctele din afara fasciculului, însă subestimează doza în ax.

Case 8: Non coplanar beams and test of couch rotation and collimator rotation.

Verificarea sistemului de planning în cazul unui camp necoplanar, cu colimatorul și masa rotita. În cazul acesta se realizează 2 capuri asimetrice de 4cm x 16cm din 90 și 270 cu colimatorul la 330, respectiv la 30 de grade si un camp necoplanar pătratic de marimea 4 cm x4cm, cu masa la 270 , gantry la 30 și colimatorul în 0 grade. Calculul se realizeaza la SAD =100 cm.(Figura 15)

Tabel 2.10. Masuratorile si calculele efectuate în cazul 8 de măsurătoare cu energie de 6 MV și 10 MV

În acest caz se verifica distribuția dozei în plan în cazul folosiri unui camp necoplanar. Datele înregistrate fiind trecute în tabelul atașat (Tabel 2. ) conform datelor masurate sistemul TPS a apreciat corect unitatile monitor livrabile

Concluzie

Verificarea si validarea sistemului de planning reprezinta ultima etapa a procesului de comisionare, astfel incat sa se poata realiza planuri de tratament pentru pacienti. Acest proces este unul esential pentru livrarea dozei si pentru a evita expunerile accidentale.

In lucrare s-au prezentat 2 masuratori nedozimetrice si 8 cazuri de masuratori dozimetrice. Dupa cum se poate observa in tabelele atasate sistemul de planning subestimeaza cantitatea de doza livrata in axul central, astfel tinzand sa compenseze cu unitati monitor.

ANEXA

Declarație

Prin prezenta declar că Lucrarea de disertatie cu titlul “Verificarea si Validarea sistemului de planning in urma procesului de comisionarea a unui accelerator liniar” este scrisă de mine și nu a mai fost prezentată niciodată la o altă facultate sau instituție de învățământ superior din țară sau străinătate. De asemenea, declar că toate sursele utilizate, inclusive cele de pe Internet, sunt indicate în lucrare, cu respectarea regulilor de evitare a plagiatului.

Cluj-Napoca Absolvent

22 .06.2020 Ghizela Ana Maria Salagean

Bibliografie

[1] INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Specification and Acceptance Testing of Radiotherapy Treatment Planning Systems, IAEA-TECDOC-1540, IAEA, Vienna (2007).

[2] The Physics of Radiation Therapy, Faiz M. Khan, John P. Gibbons, Edition 5 , 2014

[3] What is external radiotherapy? | Cancer treatment

[4] Linear Accelerator (LINAC) | Moffitt

[5] “Accelerated Installation” of a Varian Clinac iX Linear Accelerator in Central Illinois

[5] Quality assurance in radiotherapy, IAEA-TECDOC-989, Austria, 1997

[6] Clinac iX Accelerator Innovative platform for today, solid foundation for the future, Varian medical system,2007-2008,printed in USA

[7] https://varian.force.com/servlet/servlet.

[8] INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Commissioning and Quality Assurance of Computerized Planning Systems for Radiation Treatment of Cancer, IAEA TRS-430, IAEA, Vienna (2004).

[9] Radiation Oncology Physics: A Handbook for Teachers and Students, E.B. Podgorsak, 2005

[10] COMPUTED TOMOGRAPHY SIMULATOR, XIANGYANG TANG, Encyclopedia of Medical Devices and Instrumentation, Second Edition,2006

[11] Discovery* CT750 HD Great care by design, Waukesha, WI 53188 U.S.A

[12] IMRT phantoms – User guide -Virginia

[13] https://www.cirsinc.com/products/radiation-therapy/imrt-thorax-phantom/

[14] Evaluation of the AAA Treatment Planning Algorithm for SBRT Lung Treatment: Comparison with Monte Carlo and Homogeneous Pencil Beam Dose Calculations Ermias Gete, PhDa *, Tony Teke, MScb and William Kwa, PhDa a British Columbia Cancer Agency-Vancouver Center, Vancouver, BC, Canada b Department of Physics and Astronomy, University of British Columbia, Vancouver, BC, Canada

[15] AMERICAN ASSOCIATION OF PHYSICISTS IN MEDICINE, Radiation therapy committee Task Group 65, Tissue Inhomogeneity Corrections for Megavoltage Photon BEAMS, REP. AAPM 85, AAPM (2004)

[16] INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Commissioning and Quality Assurance of Computerized Planning Systems for Radiation Treatment of Cancer, Technical Reports Series No. 430, IAEA, Vienna (2004)

[17] INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION, Medical Electrical Equipment – Requirements for the Safety of Radiotherapy Treatment Planning Systems, REP. IEC 62083, IEC, GENEVA (2000).

[18] Dose Calculation Accuracy of AAA and AcurosXB Algorithms for Small Central and Interface Lung Lesions – Verification with Gafchromic Film Dosimetry Ananda Giri Babu Alagar, Kadirampatti Mani Ganesh, and Karunakaran Kaviarasu,India

[19] Accuracy of dose calculation algorithms in Eclipse treatment planning system: An update ,Biniam Tesfamicael,Department of Physics, Hampton University, Virginia, USA

[20] Evaluation of the AAA Treatment Planning Algorithm for SBRT Lung Treatment: Comparison with Monte Carlo and Homogeneous Pencil Beam Dose Calculations Ermias Gete, PhDa *, Tony Teke, MScb and William Kwa, PhD,2012

[21] AAA Photon Dose Calculation Model in Eclipse™ , Janne Sievinen, Waldemar Ulmer, Wolfgang Kaissl, Varian medical system, 2010

[22] Evaluation of the Analytical Anisotropic Algorithm (AAA) in lung tumours for 6 MV photon energy, Erik Nilsson, 2009