Implementation of a based on transit-EPID images enhancement to an existing IGRT protocol

Abstract

Standardem klinicznym stało się stosowanie dostępnych systemów obrazowania mega- oraz kilowoltowego do kontroli ułożenia pacjenta w pozycji terapeutycznej przed podaniem frakcji radioterapii. Realizacja protokołu leczenia pod kontrolą obrazowania (ang. Image Guided Radiotherapy, IGRT) pozwala zminimalizować niezgodności geometryczne występujące na etapie pozycjonowania pacjenta. Nie weryfikuje ona jednak prawidłowości realizacji frakcji leczenia przez akcelerator. Standardowe metody dozymetrycznej kontroli leczenia stosowane klinicznie, takie jak pojedynczy pomiar dawki in-vivo stosowany dla techniki konformalnej (ang. 3D Conformal Radiotherapy, 3DCRT) czy weryfikacja realizowalności planu leczenia przez aparat stosowana przed rozpoczęciem leczenia dla technik z modulacją intensywności wiązki nie zapewniają informacji o powtarzalności radioterapii. Odpowiedzią na potrzebę kontroli realizacji kolejnych frakcji leczenia może być zastosowanie analizy obrazów zarejestrowanych przez kasetę portalową (ang. Electronic Portal Imaging Device, EPID) podczas sesji radioterapii. Możliwe jest odtworzenie na ich podstawie zarówno dawki w wybranym punkcie ciała pacjenta, jak i zrekonstruowanie rozkładu 3D dawki dla porównania go z zaplanowanym. Wymaga to jednak stworzenia własnych algorytmów rekonstrukcyjnych lub zastosowania rozwiązań komercyjnych, co ze względu na ograniczone zasoby ludzkie lub finansowe może nie być możliwe do zrealizowania w poszczególnych ośrodkach klinicznych. Alternatywą może być uzupełnienie protokołu IGRT przez weryfikację powtarzalności leczenia za pomocą porównania obrazów zarejestrowanych przez EPID podczas wybranych frakcji leczenia z obrazami zarejestrowanymi podczas frakcji referencyjnej. Ocenę proponowanej metody przeprowadzono dwuetapowo: zweryfikowano jej wrażliwość na wystąpienie możliwych błędów w realizacji radioterapii oraz przeprowadzono kontrolę jej działania w warunkach rzeczywistych. Wszystkie pomiary wykonane zostały z wykorzystaniem akceleratora liniowego TrueBeam (Varian Medical Systems, Palo Alto, USA) wyposażonego w zintegrowany aSi EPID. W pierwszym etapie oceniono wykrywalność błędów w realizacji leczenia przez akcelerator: przeskalowania dawki oraz zmiany Dose Rate. Sprawdzeń dokonano dla pola otwartego o wymiarach 10x10cm z zastosowaniem fantomu stałego Varian Isocenter Cube. Dla pola otwartego oraz pola pochodzącego z planu IMRT zweryfikowano ponadto wrażliwość metody na wystąpienie niezgodności geometrycznych zasymulowanych poprzez przesunięcia fantomu stałego w kierunku poprzecznym, wzdłużnym oraz pionowym. W drugim etapie zastosowano proponowany algorytm dla oceny powtarzalności leczenia w grupie 15 pacjentów, spośród których 10 osób poddanych było radioterapii techniką IMRT w lokalizacjach prostata i płuco, natomiast 5 pacjentek poddawano radioterapii piersi techniką 3DCRT. Na podstawie uzyskanych wyników pomiarów zaproponowano progi tolerancji dla proponowanej metody analizy różne dla poszczególnych technik leczenia oraz opracowano algorytm zintegrowania metody ze stosowanym dotychczas protokołem IGRT w kontroli poprawności realizacji radioterapii.