Bringing portal dosimetry for radiotherapy into the clinic
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| Data de Publicação: | 2017 |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Idioma: | eng |
| Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
| Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10451/30291 |
Resumo: | Tese de mestrado integrado, Engenharia Biomédica e Biofísica (Radiações em Diagnóstico e Terapia) Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2017 |
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Bringing portal dosimetry for radiotherapy into the clinicTumorControlo de qualidadeDosimetria pré-tratamentoDosimetria EPIDAnálise GamaTeses de mestrado - 2017Departamento de FísicaTese de mestrado integrado, Engenharia Biomédica e Biofísica (Radiações em Diagnóstico e Terapia) Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2017Hoje em dia, o cancro é um dos maiores problemas a nível de saúde pública por todo o mundo. A radioterapia tem assumido uma importância cada vez maior, no que concerne a tratamentos do foro oncológico. O objetivo principal da radioterapia prende-se com irradiar o tecido do tumor com uma elevada dose, poupando o tecido normal e saudável circundante o máximo possível, de modo a limitar possíveis complicações durante o tratamento do paciente. De entre os métodos de radioterapia mais utilizados, destacam-se a radioterapia de intensidade modulada (IMRT), e uma nova técnica que constitui uma forma avançada de IMRT, a terapia de arco volumétrico (VMAT). Ao contrário dos tratamentos de IMRT, durante os quais o acelerador (LINAC) roda diversas vezes em torno do paciente, ou faz paragens e recomeços repetidos de forma a irradiar o tumor de diferentes ângulos, nos tratamentos VMAT, a dose é entregue ao tumor por inteiro, durante uma única rotação de 360 ° (tipicamente em menos de dois minutos). Com o crescente uso das técnicas de IMRT e VMAT em ambiente clínico e, consequentemente, com o crescente aumento da complexidade dos planos de tratamento e das doses prescritas (aumento do número de planos hipofracionados e de dose única), a necessidade de procedimentos de controlo de qualidade (QA) tem vindo a aumentar. Por esta razão, os procedimentos de QA rotineiros já não são suficientes e, de modo a detetar possíveis erros, tornou-se necessário desenvolver novos procedimentos de QA. Os procedimentos de QA incluem a verificação pré-tratamento, onde o procedimento de QA é feito antes do tratamento, aquando a irradiação de um fantoma, e a verificação in vivo, onde o procedimento de QA é feito durante o tratamento, aquando a irradiação do paciente. Por questões de segurança, a verificação pré-tratamento é o procedimento de QA mais frequente na maioria das clínicas de radioterapia, permitindo a deteção de erros de forma precoce, dado esta ser feita antes de sujeitar o paciente ao tratamento de radioterapia. No caso da Fundação Champalimaud, a verificação pré-tratamento é feita rotineiramente com recurso a um fantoma constituído por díodos designado ArcCHECK. No entanto, esta solução apresenta grandes desvantagens dado o tempo despendido no procedimento de QA, bem como o peso e a baixa resolução do fantoma em questão. Por essa razão, a possibilidade de introdução e utilização de um dispositivo de imagem portal (EPID) na clínica, que permita otimizar todo o processo de verificação de pré-tratamento, tem vindo a ser estudada. Os EPIDs foram concebidos e desenvolvidos originalmente com o propósito de verificação da posição do paciente durantes as sessões de radioterapia. No entanto, há mais de uma década, os EPIDs começaram a ser utilizados em contexto clínico, como procedimentos de QA de verificação pré-tratamento no caso de planos de IMRT e VMAT. Atualmente, os EPIDs constituem uma ferramenta avançada de tecnologia digital, que permite melhorias na localização da região alvo, mantendo a eficiência clínica. A dosimetria portal apresenta de facto grandes vantagens, nomeadamente, a aquisição rápida de imagens, a alta resolução, e o potencial para introdução de verificação in vivo e verificação de dose a 3D. Aquando a verificação pré-tratamento de planos IMRT e VMAT, é necessário proceder à verificação de dose, de modo a evitar a subdose do volume alvo, ou a sobredose dos tecidos normais. Assim, diferentes métodos de verificação de dose que permitem a comparação entre as distribuições de dose (a de referência e a medida) têm vindo a ser desenvolvidos e implementados na prática clínica. Um dos métodos de verificação de dose mais utilizado hoje em dia é o método de avaliação gama ou análise gama. Este método constitui uma ferramenta quantitativa de comparação de distribuições de dose, e permite determinar se os pontos de dose comparados passam ou falham o teste de comparação – é dito que os pontos de dose comparados passam o teste de comparação se o gama for igual ou menor que 1, sendo que, por oposição, os pontos de dose comparados falham o teste de comparação se o gama for maior que 1. O presente projeto teve como objetivo principal, a implementação clínica e rotineira do EPID para verificação pré-tratamento, com vista à substituição dos procedimentos de QA realizados com recurso ao ArcCHECK. Para tal, diferentes estudos foram conduzidos em diferentes LINAC (TrueBeam™ e Edge™). Inicialmente, compararam-se os resultados obtidos aquando a utilização da solução de dosimetria portal desenvolvida pela Varian para verificação pré-tratamento, com os resultados obtidos aquando da utilização do ArcCHECK, para ambos os LINAC. No sentido de testar e comparar a sensibilidade de ambos os sistemas (EPID e ArcCHECK) durante a verificação pré-tratamento, foram também levados a cabo estudos com vista à introdução de erros nos planos dos pacientes. Finalmente, de forma análoga, introduziram-se diferentes tipos de erro no plano de um paciente, de forma a avaliar os efeitos destes ao nível dos órgãos de risco (OARs). No que respeita aos primeiros testes, estabelecendo um critério de análise gama com uma diferença de dose de 3%, e uma distância de concordância (DTA) de 3mm, concluiu-se, para o LINAC TrueBeam™, que os resultados obtidos aquando da verificação pré-tratamento eram melhores quando se usava o ArcCHECK, e piores quando se usava o EPID. Já para o LINAC Edge™, o contrário foi verificado no sentido em que os resultados obtidos aquando da verificação pré-tratamento se revelaram melhores para o EPID, e piores para o ArcCHECK. Esta discrepância pode ser explicada tendo em conta os diferentes EPID incorporados em cada um dos diferentes LINAC, sendo que o LINAC Edge™ tem provavelmente um melhor EPID (mais recente) que o LINAC TrueBeam™. Aquando os testes de introdução de diferentes tipos de erros (MUs, posição do MLC – aleaórios e sistemáticos-, e ângulo do colimador) nos ficheiros XML contendo os planos dos pacientes, para uma análise gama 3 %/3 mm, concluiu-se que o EPID era sensível aos diferentes tipos de erros dado que, quanto maior a magnitude do erro introduzido, pior a irradiação, e, consequentemente, piores os resultados obtidos. Em comparação com o ArcCHECK, o EPID demonstrou-se igualmente sensível, permitindo, no entanto, resultados mais coerentes. Finalmente, a influência dos diferentes tipos de erros introduzidos nos órgãos em risco foi de encontro ao esperado na medida em que, quanto maior a magnitude do erro introduzido, maiores os valores de diferença obtidos a nível de volumes e, consequentemente, menores os valores de gama, e maiores os efeitos nos órgãos em questão. No final, a análise de resultados demonstrou e veio confirmar as claras vantagens do EPID face ao ArcCHECK, dado que este permitiu melhores resultados, demonstrando-se, ao mesmo tempo, mais sensível a erros introduzidos nos planos dos pacientes. No entanto, mais estudos devem ser conduzidos no sentido de testar mais casos clínicos com tumores presentes em diferentes localizações e diferentes fracionamentos. Em todo o caso, devido aos resultados promissores obtidos durante este projeto, pela primeira vez na Fundação Champalimaud, o EPID começou a ser usado de forma rotineira para verificação pré-tratamento num dos LINAC disponíveis (LINAC Edge™), substituindo os antigos e pouco vantajosos procedimentos de QA feitos com recurso ao ArcCHECK. Esta nova prática clínica e, ao fim ao cabo, mudança de paradigma, apenas vem encorajar a continuação dos estudos para implementação de procedimentos de QA com o EPID para verificação pré-tratamento nos restantes LINAC disponíveis na Fundação Champalimaud, bem como estimular a implementação de procedimentos de QA, também com recurso ao EPID, mas para verificação in vivo.Nowadays, cancer is one of the major public health problems around the world. Radiotherapy is one of the most widely used cancer treatment method, and, among the most commonly used radiotherapy methods, are intensity modulated radiotherapy (IMRT), and a novel radiation technique called volumetric modulated arc therapy (VMAT), which is an advanced form of IMRT. With the increased use of IMRT and VMAT, and, consequently, increasing in treatment plans complexity, as well as higher dose prescriptions, the demand for patient-specific quality assurance (QA) procedures has increased, in order to avoid major errors. Thus, recommended QA procedures might no longer be sufficient and new procedures are necessary to detect possible errors. Patient-specific quality assurance includes both pre-treatment verification, where the QA procedure is done before the treatment, with a phantom, and in vivo verification, where the QA procedure is done during the treatment, with the patient. For a question of safety, in clinical practice, pre-treatment patient-specific QA procedures are more common, once they allow the early detection of errors, prior to the radiotherapy treatment. At Champalimaud Foundation, the pre-treatment patient-specific QA is performed routinely using a cylindrical detector array called ArcCHECK. However, due the cumbersome and low-resolution of ArcCHECK, Electronic Portal Image Device (EPID) has been studied. EPIDs provide an advanced tool with digital technology to improve target localization and maintain clinical efficiency. EPID dosimetry has a lot of advantages such as fast image acquisition, high resolution, digital format, and potential for in vivo measurements and 3D dose verification, which make it a very promising tool. The main goal of this project was to examine the clinical introduction of EPID for pre-treatment dosimetry, in order to replace ArcCHECK QA measurements and bring into the clinic the routinely use of EPID to perform QA measurements. For that, different studies were conducted on both TrueBeam™ and Edge™ LINAC, where the performance of the portal dosimetry solution (Portal Dosimetry software developed by Varian) for pre-treatment patient-specific QA of IMRT and VMAT plans was compared with ArcCHECK. Moreover, errors were introduced in the patient plans in order to study and compare the sensitivity of both EPID ArcCHECK during pre-treatment patient-specific QA, and evaluate the effects of the different types of error in the organs at risk. Regarding the first tests, for a gamma analysis with a dose-difference criterion of 3 % and distance-to-agreement (DTA) of 3 mm, on the TrueBeam™ LINAC, we have obtained better results with ArcCHECK, while, on the Edge™ LINAC, we have obtained better results with EPID. This discrepancy can be explained by the different a-Si EPIDs incorporated on the two LINACs – the Edge™ LINAC has probably a better EPID than the TrueBeam™ LINAC. Regarding the introduction of errors (MUs, MLC position - random and systematic -, and collimator angle) in the XML files with the patient plans, for a 3 %/3 mm gamma analysis, we have concluded that EPID is sensitive to the different types of error introduced. When comparing EPID sensitivity with ArcCHECK sensitivity, the results obtained suggested that EPID is as sensitive as ArcCHECK and, on top of that, shows more coherent results. Finally, when verifying the influence of the introduced errors in the organs at risk (OARs), we have obtained, as expected, that, higher the magnitude error introduced, higher the volume difference values, consequently, lower the gamma passing rate values, and higher effects in the organs at risk. In the end, the analysis of the results showed that EPID, at the same time, allows better results, and is more sensitivity, than ArcCHECK. However, more clinical cases, considering several treatment sites and with different fractionation schemes, should be studied with both portal dosimetry and ArcCHECK to verify the obtained results. Due to the very promising results obtained, for the first time at Champalimaud Foundation, EPID had started to be routinely used in pre-treatment patient-specific QA on Edge™ LINAC. Therefore, this only encourages the continuation of the study for implementation of pre-treatment patient-specific QA with EPID on the Varian TrueBeam™ LINAC, as well as the implementation of in vivo patient-specific QA.Stroom, JoepPeralta, Luís Filipe dos Santos Garcia, 1961-Repositório da Universidade de LisboaDomingos, Ana Seabra Gomes2018-01-06T11:28:33Z201720172017-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/30291TID:201853710enginfo: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:RCAAP2023-11-08T16:23:03Zoai:repositorio.ul.pt:10451/30291Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:46:04.313015Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
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