Utilize este identificador para referenciar este registo: http://hdl.handle.net/10451/22287
Título: Clinical implementation of 3D EPID In Vivo Dosimetry for the Elekta LINAC
Autor: Silveira, Sara Lopes
Orientador: Stroom, Joep
Peralta, Luís Filipe dos Santos Garcia, 1961-
Palavras-chave: Controlo qualidade
Dosimetria In vivo
Pré-tratamento
Dodimetria com EPID
Cancro da mama
Teses de mestrado - 2015
Data de Defesa: 2015
Resumo: A radioterapia tem vindo a ocupar um lugar de elevada importância no que concerne a tratamentos do foro oncológico. Tendo como base a radiação ionizante, tem por objetivo destruir ou eliminar a ação proliferativa das células cancerígenas, salvaguardando ao máximo os tecidos saudáveis. Novas técnicas de radioterapia têm surgido no sentido de tornar o tratamento mais eficaz: a implementação da Radioterapia de Intensidade Modulada (IMRT), Terapia de Arco Volumétrico (VMAT), bem como a introdução de tratamentos hipofracionados. O crescente aumento da complexidade dos campos, aumentou a necessidade da obtenção de uma elevada precisão das atuais práticas de verificação da dose. Neste sentido, têm sido introduzidos procedimentos de Controlo Qualidade (QA) com o intuito de verificar o grau de precisão com que o acelerador linear (LINAC) entrega a dose planeada. Estes procedimentos podem ser realizados antes (pré-tratamento) ou durante (in vivo) o tratamento. É importante referir que são duas práticas complementares, sendo que o pré-tratamento é capaz de detetar um erro antes da primeira fração de tratamento enquanto na dosimetria in vivo, é possível detetar todos os erros que ocorram durante o mesmo. Erros esses, derivados da respiração e movimentação do paciente, bem como possíveis alterações anatómicas que possam ocorrer ao longo das frações. O pré-tratamento é o procedimento mais frequente na maior parte dos centros de radioterapia. Na Fundação Champalimaud, o QA consiste na irradiação do plano clínico num fantoma constituído por díodos (ArcCHECK). Posteriormente é feita a analise da distribuição de dose obtida e a sua comparação com o planeado. Relativamente à dosimetria in vivo, começou inicialmente por ser realizada com dosímetros, como os díodos. No entanto, para além de necessária a sua colocação na pele do paciente, estes detetores apenas indicam a dose num conjunto finito de pontos. Perante as desvantagens apresentadas, tem vindo a ser estudado a utilização dos dispositivos de imagem portal (EPID), uma vez que as imagens adquiridas contém informação sobre a dose. O EPID encontra-se acoplado ao LINAC (lado oposto à gantry) acompanhando o seu movimento, durante a irradiação. No início do século, começou a ser desenvolvido um algoritmo de retroprojeção com o intuito de relacionar a dose ao nível do EPID com a dose dentro do paciente/fantoma. Neste sentido, a dose é reconstruída dentro do paciente em múltiplos planos paralelos ao EPID, para cada ângulo da gantry. O presente projeto teve como principal objetivo, a implementação clínica dosimetria in vivo, com recurso ao EPID e estudar quais os fatores que inuenciam os seus resultados. Para tal, foi testado um software de dosimetria in vivo com EPID (PDapp), desenvolvido pelo Instituto do Cancro Holandês { Antoni van Leewenhoek (NKI-AVL). Desta forma, foram irradiados 193 pacientes com cancro da mama pela técnica IMRT e medidos com EPID. Posteriormente a dose medida foi calculada e comparada com a dose planeada pelo PDapp. A comparação das doses foi efetuada através do método de avaliação gama, cujos critérios foram 3% de diferença de dose e 3 mm de distância de concordância (DTA). Foi, em média, obtida uma sub-dosagem sistemática onde as doses deferiram entre si em -1,5%. Foi obtido também um mean de 0.61 e % < 1 de 83%. Estes resultados são promissores, uma vez que têm em conta o movimento do paciente durante o tratamento, bem como as suas alterações anatómicas. Observou-se também que tanto o output, como os interlocks do LINAC inuenciavam os resultados do EPID. Contudo, a nossa proposta inicial seria substituir o atual procedimento de pré-tratamento pela dosimetria in vivo com recurso ao EPID, uma vez que um erro ocorrido na primeira fração poderia ser corrigido nas frações seguintes (15 frações { cancro da mama). Contudo, o departamento de radioterapia não quis abandonar o pré-tratamento e neste sentido foi desenvolvido um software de pré-tratamento com EPID a partir dos dados fornecidos pelo PDapp. A ideia passa por verificar a dose que irá ser entregue ao paciente através de open fields (irradiação do plano do paciente sem nenhum meio de atenuação, como o fantoma, e consequente aquisição de imagens com EPID). Um grupo de 10 pacientes de mama IMRT e 9 VMAT foram medidos e avaliados. Em termos médios foi obtido um mean de 0.47 e 0.57 respetivamente. Após realização deste projeto foi possível concluir que a dosimetria com EPID é uma ferramenta precisa e rápida para verificação da dose in vivo em pacientes com cancro da mama tratados com a técnica IMRT. Por outro lado, o pré-tratamento realizado com EPID demonstrou ser mais preciso e menos demorado do que a atual prática com o fantoma ArcCHECK. Embora o pré-tratamento com EPID seja um método em desenvolvimento, foram obtidos resultados bastante encorajadores ao ponto de continuar o seu desenvolvimento para que seja possível a sua futura implementação.
Radiotherapy is immensely important in the treatment of cancer patients. As the complexity of radiotherapy increases, with the implementation of Intensity- Modulated Radiation Therapy (IMRT) technique and the introduction of hypofractionated treatments, so does the need for high accuracy in dosimetric verification. In response to this need, Quality Assurance (QA) procedures have been introduced to verify the dose before (pre-treatment) and during (in vivo) the treatment. These are two complementary procedures insofar as pre-treatment dosimetry is able to detect an error before the first fraction is given and in vivo dosimetry can detect any errors that occur during the treatment (e.g., patient's position and or anatomical changes). The pre-treatment QA is the most common procedure followed in most radiotherapy centres. At Champalimaud Foundation the QA is performed by irradiating the clinical plan on a cylindrical detector array (ArcCHECK). Afterwards an analysis is made of the obtained dose distribution and the planned dose. In vivo dosimetry was first implemented through the use of dosimeters, such as diodes, but because the detectors are located on the patient's skin they measure the dose only at those finite points. In view of the disadvantages presented, the Electronic Portal Imaging Devices (EPID) has been studied. These were initially used for set-up patient verification and then, as a tool of dose verification. These devices are able to acquire portal images of the treatment beams and it is possible to correlate the pixel intensity to dose information. At the beginning of this century, a back-projection algorithm was developed in order to correlate the dose at the EPID level to the one inside the patient/phantom. In this way, the dose is reconstructed within the patient volume in multiple planes parallel to the EPID for each gantry angle. The main goal of this project was to examine the clinical implementation of the EPID in vivo dosimetry and to study the factors that will influence these results. An EPID in vivo dosimetry software, called PDapp, developed by Nederlands Cancer Institute Antoni van Leewenhoek (NKI-AVL) was tested. We measured 193 IMRT breast patients and then evaluated with PDapp. A gamma evaluation method was used with a dose-difference criterion of 3% and distance-to-agreement (DTA) of 3mm. On average, a systemic under-dose was obtained in which the planned and measured dose differ by -1.5%. A mean of 0.61 and % < 1 of 83% were acquired. These results are promising since they account for patient's movement during the treatment as well as anatomic changes. It was also noticed that the LINAC output and interlocks influence the EPID results. Our initial proposal was to replace the current pre-treatment by EPID in vivo dosimetry, since an error occurring in the first fraction could be corrected in the following fractions. However, the radiotherapy department wished not to abandon pre-treatment, so we developed an EPID pre-treatment software from the existing PDapp method. The idea was to check the dose that is going to be delivered to the patient through the open fields only. A group of 10 IMRT and 9 VMAT breast plans showed that the patient-averaged mean of 0.47 and 0.57 respectively ( = 1 means a dose of 3% or 3mm error). We concluded that the EPID dosimetry method is an accurate and fast tool for in vivo dose verification of IMRT breast plans in 3D. On the other hand, EPID pre-treatment QA proved to be more accurate and is less time consuming than the current practice with the ArcCHECK. Although EPID pre-treatment QA is a method under development, encouraging results were obtained that suggest it is valuable to continue developing its application.
Descrição: Tese de mestrado integrado, Engenharia Biomédica e Biofísica (Radiações em Diagnóstico e Terapia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015
URI: http://hdl.handle.net/10451/22287
Designação: Tese de mestrado integrado em Engenharia Biomédica e Biofísica (Radiações em Diagnóstico e Terapia)
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