Sposoby obliczania dawki w

systemie planowania 3D

Marzena Janiszewska

Celem dla FIZYKA przygotowującego
leczenie w technologii 3D jest:

-przygotowanie optymalnego
konformalnego planu leczenia,
poprawnego z punktu widzenia rozkładu
dawki, ale też prostego w realizacji, co
pozwoli na uzyskanie powtarzalnej terapii.

- przygotowanie danych obrazowych do

planowania, tzn:

- stworzenie w SPL wirtualnego 3D

pacjenta

- przygotowanie fuzji z NMR i PET

- wrysowanie granicy konturów ciała,

zaznaczenie użytych w lokalizacji
akcesoriów

- zdefiniowanie układu współrzędnych.

Celem dla FIZYKA przygotowującego
leczenie w technologii 3D jest:

-obliczanie czasu niezbędnego do podania
określonej dawki w określonym punkcie
ciała pacjenta, dla poszczególnych użytych
w planie leczenia wiązek.

-wyznaczenia dystrybucji dawek w
obszarach tarczowych, oraz krytycznych,
we wszystkich płaszczyznach;
poprzecznych, czołowych, strzałkowych, w
całym przygotowanym podczas TK
obszarze ciała.

Celem dla FIZYKA przygotowującego
leczenie w technologii 3D jest:

-przygotowanie kilku planów do prezentacji
dla lekarza radioterapeuty, w celu podjęcia
przez niego decyzji o wyborze najlepszego
planu:

-prezentacja jakościowa i ilościowa planu, a
więc graficzne rozkłady dawek i
statystyczny opis użyty w celu analizy, np.
jednorodności rozkładu, lub max obciążenia
dawką narządów wrażliwych, statystyczne
relacje dawka-narząd.

Pacjent 2D Pacjent
3D

Leczenie paliatywne nie wymaga od nas planowania z
zastosowaniem obrazowania TK

Pacjent 2D Pacjent
3D

Leczenie paliatywne nie wymaga od nas planowania z
zastosowaniem obrazowania TK

Pacjent 2D

konformalny

Pacjent 3D

Rozwój technologii i inżynierii
medycznej w zasadniczy sposób
wpłynął na metody fizycznego
planowania.

Forward planning 3D
CRT

Inverse planning
IMRT

Forward planning 3D CRT

Techniki 2D, 3D, 3DCRT, proste przypadki planowania IMRT
techniką „step and shot”

Polega na optymalizacji rozkładu dawki statycznymi akcesoriami
wykorzystywanymi jako modyfikatory rozkładu dawki:
asymetryczne kolimatory , statyczne MLC, osłony indywidualne i
standardowe, kompensatory, kliny.

Proces kreowania planu przebiega wg kolejności:
  -   wybór energii, ilości wiązek, kierunków wejścia wiazek, zestawu
             akcesoriów  lub/i procedur modyfikujących rozkład dawki;
  -   weryfikacja uzyskanego   rozkładu dawki
  -   akceptacja lub powrót do punktu pierwszego.

Wiązki promieniowania z akceleratorów

mają jednakową intensywność w obszarze
swojego przekroju poprzecznego.

Modulacja wiązki wyznacza niejednorodny

rozkład dawki w poprzek pola, a rolę
modulatora spełnia dynamiczny kolimator
wielolistkowy

Inverse planning Techniki IMRT,
IGRT, DART - Modulacja wiązki

RODZAJE MODULACJI

Planowanie odwrotne

inverse planning

Podanie kryteriów, według których plan jest

oceniany, a system obliczeniowy analizuje
poszczególne możliwe plany i wybiera plan
najlepszy według zadanych kryteriów.

Planujący jest postawiony przed następującym

zadaniem: podanie informacji wejściowych dla
systemu planowania leczenia.

Informacje wejściowe dla SPL

Konturowanie
Energia promieniowania fotonowego

Ilość wiązek
Kierunki wejścia wiązek
Wybór izocentrum

Dawki tolerancji dla PTV i narządów krytycznych

OPTYMALIZACJA-

DAWKI TOLERANCJI DLA

POSZCZEGÓLNYCH ORGANÓW



Dawka - objętość - priorytet

Nie więcej/mniej niż ...% objętości powinno

otrzymać dawkę nie większą/mniejszą

niż....Gy

z priorytetem ...%

Dawki tolerancji dla poszczególnych organów

określa się indywidualnie dla każdego

pacjenta

Definiowanie dawek tolerancji dla

poszczególnych obszarów i priorytetów opiera

się głównie na doswiadczeniu planującego

Na optymalizację nie ma recepty, to jest
rzemiosło

Bez względu na wybór

techniki planowania CRT

czy IMRT

SPL potrzebują

dozymetrycznych danych

wejściowych.

PDG, dla pól kwadratowych

Profile , dla pól kwadratowych

PDG i profile, dla pól KLINOWYCH

Wartość mocy dawki dla pola ref.
wraz z matrycą współczynników
pola

TPR, obliczone przez SPL

PDG, obliczone przez SPL

Wartości transmisji przez osłony,
płytki, kolimator wielolistkowy, tacę.

Korekcja niejednorodności

Punkt p leży w osi wiązki promieniowania
na głębokości z=z

Należy zaznaczyć, że promieniowanie aby
dotrzeć do punktu p musi przejść przez obszar
tkanki o gęstości zbliżonej do gęstości
wody ρ=1, następnie obszar w płucu o gęstości
mniejszej od gęstości wody np. ρ=0.3
oraz ponownie obszar tkanki miękkiej.

Dlatego efektywną głębokość na jakiej znajduje się punkt p można
wyrazić: z

= ∑z

* ρ

niech z1=1cm, z2=3cm, z3=4cm to z

= 1*1 + 3*0.3 + 4*1 = 6cm

(a nie 8cm) A WIĘC SZUKAMY PDG NA 6 CM A NIE NA 8 CM. Dla
6MV PDG na 6cm dla pola 10x10 wynosi 82,35%, na 8cm 74,36%

2. Metoda efektywnego osłabienia wiązki promieniowania (effective
attenauation)

W celu uwzględnienia korekcji niejednorodności gęstości ośrodka
wprowadzimy
współczynnik korekcji, który przyjmuje wyrażenie:

CF = D

niejednorodny

/ D

jednorodny

niejednorodny

- dawka w punkcie pomiaru w fantomie

niejednorodnym,
D

jednorodny

- dawka w tym samym punkcie w fantomie wodnym.

Wiązka promieniowania w wodzie ulega osłabieniu co można
wyrazić:

D = D

* e

-µz

z - głębokość pomiaru dawki,
µ -liniowy współczynnik osłabienia,
D

–początkowa wartość dawki.

Ostatecznie współczynnik korekcji przyjmuje postać:

CF = e

-µ(z-def)

3. Metoda Tissue Air Ratio

CF = TAR(z

,r) /

TAR(z,r)

4. Metoda Power Law (Batho)
    - Metody uwzględniające oddziaływanie promieniowania z materią
(przyczynki
      od wtórnie rozproszonego promieniowania jonizującego) ze szczególnym
      uwzględnieniem obszaru build-up i energii promieniowania.
    - Droga przebyta przez promieniowanie podzielona jest na N warstw .

CF= K

*∑ TAR (z

,A)

(µm -1 )/µ0

A - wielkość pola,
µ

- liniowy współczynnik osłabienia dla m-tej niejednorodnej warstwy,

- liniowy współczynnik osłabienia dla wody,

- odległość pomiędzy punktem siatki a granicą m-tej niejednorodnej

warstwy,
K

- stosunek masowego współczynnika absorpcji dla N-tej warstwy i

masowego
współczynnika absorpcji dla wody:

=(µ

/ρ)

/ (µ

/ρ)

Korekcja PDG ze zmianą SSD

Obliczenia dawki i korekcje ze
względu na niejednorodność tkanek,
różne SSD wynikające z ukośnego
wejścia wiązki wykonywane
są w każdym
punkcie siatki
obliczeniowej,
a ilość obliczeń
ROŚNIE!!!,

niczym już nie przypominając
pod względem ilości obliczeń
podczas wyznaczenia dawki
wlotowej i wylotowej
w planowaniu 2D, 1D.

Metody obliczeń dla wiązek elektronowych

tkanka miękka

skóra

płuco

kolimatory
elektronowe

zbiór wiązek elementarnych
tworzących wiązkę
terapeutyczną

propagacja
elementarnej wiązki
elektronów

Wiązka elementarna promieniowania elektronowego

Wiązki elementarne (pencil beams).

- Podstawa: Teoria Fermiego-Eygesa wielokrotnego rozpraszania
Coulombowskiego.
- Bazują na rozwiązaniu Eygesa równania transportu otrzymanego przy
założeniu,
że elektrony podlegają rozproszeniom pod małymi kątami.
- Rozkład Gaussa – opis rozkładów kątowego i przestrzennego wiązki
elementarnej
- Szerokość rozkładów - funkcja zdolności rozpraszania promieniowania w
ośrodku.

Algorytmy wiązek elementarnych uwzględniają w uproszczony sposób:
- charakterystykę wiązki padającej,
- dominujące efekty oddziaływań,

- kształt pola napromieniania
oraz skład ośrodka.

Model Hogstroma:
Najbardziej popularna metoda
wiązek elementarnych

Metody obliczeń dla wiązek elektronowych

Wiązki elementarne (pencil beams).

Metody obliczeń dla wiązek elektronowych

Wiązki elementarne

Metody obliczeń dla wiązek elektronowych

Wiązki elementarne

Monte Carlo

- Los cząstki elektronu bądź kwantu promieniowania fotonowego
  symulowany jest od momentu kreacji poprzez oddziaływanie jej ze
  środowiskiem, w którym się rozprzestrzenia aż
  do „śmierci” (całkowitej utraty energii, tzn przekazaniu jej ośrodkowi);

-Poprawność metod Monte Carlo uzależniona jest
  od dokładności wyznaczenia poszczególnych
  prawdopodobieństw opisujących rodzaje oddziaływania
  fotonu/elektronu z ośrodkiem rozpraszającym.

Metody obliczeń dla wiązek elektronowych

Wada – czas obliczeń.