First experience DVH-based 3D EPID dosimetry for hypo-fractionated radiotherapy

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Rocha, Ariana Micaela Almeida
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.21/15671
Resumo: Mestrado em Tecnologias de Física Médica
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spelling First experience DVH-based 3D EPID dosimetry for hypo-fractionated radiotherapyRadioterapiaDosimetria portalRadioterapia hipofracionadaVerificação in vivoDVHRadiotherapyPortal dosimetryHypofractionated radiotherapyIn vivo verificationMestrado em Tecnologias de Física MédicaObjetivos: A análise de índice gama (IG) é a análise padrão para o controlo da qualidade (QA) do plano dosimétrico individual do doente em radioterapia (RT), podendo ser difícil de interpretar e sua a relevância tem vindo a ser demonstrada como duvidosa. Com dosimetria portal (EPID) in-vivo, desvios nos objetivos clínicos do plano dosimétrico do paciente são facilmente compreensíveis com avaliação baseada em histogramas dose-volume (DVH). O objetivo deste trabalho é demonstrar a viabilidade da solução MAASTRO portal dosimetry (EpiCoreMedPhys) para verificação dosimétrica 3D de tratamentos hipofracionados, usando métricas de DVH. Métodos: O software EPICoreMedPhys (ECMP, MAASTRO) foi usado para verificação de dose 2D e 3D com base na fluência de energia medida com o EPID aS1200 (Varian Medical Systems®), sem (pré-tratamento) e com um fantoma (in-phantom) ou paciente (in-vivo) entre o feixe de tratamento e o detetor. A dose 2D proveniente do ECMP foi avaliada com índice gama 3%/3mm para medições pré-tratamento, e 5%/3mm para in-phantom e in-vivo através dos resultados do γ mean. A dose 3D foi reconstruída com ECMP usando o algoritmo de cálculo de dose Monte Carlo (XVMC) e comparada com a dose 3D calculada pelo TPS (AAA, EclipseTM, Varian Medical Systems®). As verificações em fantoma foram realizadas utilizando ArcCheck® (Sun Nuclear comporation®). Trinta tratamentos hipofracionados (Dfr>4Gy) com planos de VMAT (13 próstata, 5 metástases ósseas, 4 metástases cerebrais, 4 gânglios linfáticos, 2 ginecológicos, 1 pâncreas e 1 pulmão) foram avaliados. Para cada plano, a distância mínima entre as lâminas do MLC (dmMLC) foi calculada e correlacionada com as diferenças de dose média, no γ mean para avaliações de dose a 2D, e para avaliações de dose 3D no ΔD50%, entre e distribuições de dose reconstruídas, para uma região de interesse (ROI), definida pelo volume da isodose de 50% planeada (Field). Para a avaliação das verificações in-vivo foram determinadas as diferenças médias de DVH da dose máxima, média e mínima, ΔD2%, ΔD50% e ΔD98%, respetivamente, para o Field, para os alvos e órgãos em risco (OAR’s). Na presença de duas métricas de avaliação de QA’s foi estudado o grau da correlação linear entre estas duas variáveis através do coeficiente de correlação de Pearson (r). Resultados: Os resultados foram analisados de forma a iniciar nível de menor complexidade para o maior, começando nos resultados 2D, pré-tratamento, in-phantom e in-vivo, de seguida em 3D seguindo a mesma ordem. Nos resultados 3D foram encontradas diferenças substanciais de dose para campos pequenos (mdMLC<1cm) e altamente modulados, produzindo um ΔD50% médio para o Field de -5,3%, nos resultados 2D com avaliação de IG (5%/3mm) o γ mean é 0,29 para a mdMLC<1cm, revelando um desvio médio de dose de 1,5%. A calibração geométrica e dosimétrica dmMLC pequenas é complicada e desvios de dose relevantes podem ser mascarados com avaliação com IG. Para as medições in-vivo a 3D com avaliação baseada em DVH existe um subdosagem sistemática de aproximadamente 5%, e em 2D estas medições apresentam um desvio médio de 1,4%. Além de heterogeneidades dos tecidos, das alterações anatómicas e erros de posicionamento que ocorrem durante os tratamentos dos pacientes, continuamos a investigar a subdosagem sistemática, podendo esta ser justiçada devido a incertezas residuais na própria conversão da dose de trânsito no EPID. Na presença de duas métricas diferentes de avaliação de QA’s in-vivo, a correlação encontrada entre ambas, o γ mean e a métrica DVH, foi uma correlação negativa (p-value < 0.05). Conclusões: A dosimetria portal in-vivo de tratamentos RT hipofracionada com resultados 3D baseados em DVH, mostra que na dose medida, os desvios aumentam com a diminuição da dmMLC. Ao operar a reconstrução 3D da dose, verifica-se uma subdosagem sistemática de aproximandamente 5,0%. A subdosagem sistemática apresentada nos nossos resultados carece de uma investigação com maior número de observações e possível ajuste no modelo de verificação de dose.ABSTRACT - Objectives: The gamma index analysis is the standard analysis for the quality control of the individual dosimetric plan of the radiotherapy (RT) patient. However, it can be difficult to interpret and its clinical relevance has been shown to be doubtful. With in-vivo portal dosimetry (EPID), deviations from clinical goals for a patient's dosimetric plan are readily understandable with the assessment based on dose-volume histograms (DVH). The objective of this work is to demonstrate the feasibility of the MAASTRO portal dosimetry solution (EpiCoreMedPhys) for 3D dosimetric verification of hypofractionated treatments, using DVH metrics. Methods: The EPICoreMedPhys software (ECMP, MAASTRO) was used for 2D and 3D dose verification based on energy fluence measured with the EPID aS1200 (Varian Medical Systems®), without (pre-treatment) and with a phantom (in-phantom) or patient (in-vivo) between the treatment beam and the detector. The 2D dose from the ECMP was evaluated with a gamma index of 3%/3mm for pre-treatment measurements, and 5%/3mm for in-phantom and in-vivo measurements using the γ mean results. The 3D dose was reconstructed with ECMP using back-projection and a Monte Carlo dose calculation algorithm (XVMC) and compared to the 3D dose calculated by the TPS (AAA, EclipseTM, Varian Medical Systems®). Phantom checks were performed using the ArcCheck® cylinder (Sun Nuclear composition®). Thirty hypofractionated treatments (Dfr>4Gy) with VMAT plans (13 prostate, 5 bone metastases, 4 brain metastases, 4 lymph nodes, 2 gynecological, 1 pancreas, and 1 lung) were evaluated. For each plan, the minimum distance between MLC leafts (dmMLC) was calculated and correlated with differences in mean dose, using the γ mean for 2D dose assessments (IG), and for 3D dose assessments the ΔD50%, between planned and reconstructed doses was determined, for a region of interest (ROI) defined by the volume of the planned 50% isodose (called FIELD). For the evaluation of the in-vivo verifications, the average differences of the maximum, average, and minimum dose DVH, ΔD2%, ΔD50%, and ΔD98%, were determined respectively, for the FIELD, for the targets and organs at risk (OAR's). In the presence of two QA evaluation metrics, the degree of linear correlation between these two variables was studied through Pearson's correlation coefficient (r). Results: The results were analyzed from the lowest complexity level to the highest, starting with the 2D, pre-treatment, in-phantom, and in-vivo results, then in 3D following the same order. For the 3D results, substantial dose differences were found for small fields (mdMLC<1cm) and highly modulated, producing an average ΔD50% for the FIELD of -5.3%, for the 2D results with IG evaluation (5%/3mm) the γ mean is 0.29 for mdMLC<1cm, corresponding to a mean dose deviation about 1.5%. Small dmMLC geometric and dosimetric calibration is complicated and relevant dose deviations can be masked with IG evaluation. For in-vivo 3D measurements with DVH-based assessment, there is a systematic underdosing of approximately 5%, and in 2D these measurements have an average deviation of 1.4%. In addition to tissue heterogeneities, anatomical changes, and positioning errors that occur during patient treatments, we continue to investigate systematic underdosing, which may be due to residual uncertainties in the actual conversion of the transit dose in the EPID. In the presence of two different metrics for evaluating QA's in-vivo, the correlation found between both, the γ mean and the DVH metric, was a negative correlation (p-value < 0.05). Conclusions: In-vivo portal dosimetry of hypofractionated RT treatments with DVH-based 3D results shows that at the measured dose, the deviations increase with decreasing dmMLC. When operating the 3D reconstruction of the dose, there is a systematic underdosing of approximately 5.0%. We hope to correct this in the future using a greater number of observations and possible adjustments in the dose verification model.Instituto Politécnico de Lisboa, Escola Superior de Tecnologia da Saúde de LisboaStroom, JoepTeixeira, NunoRCIPLRocha, Ariana Micaela Almeida2023-02-20T15:58:54Z20222022-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10400.21/15671TID:203039505porRocha AM. First experience DVH-based 3D EPID dosimetry for hypo-fractionated radiotherapy [dissertation]. Lisboa: Escola Superior de Tecnologia da Saúde de Lisboa/Instituto Politécnico de Lisboa; 2022.info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-08-03T10:13:28Zoai:repositorio.ipl.pt:10400.21/15671Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T20:23:18.196790Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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