Pencil beam algoritmens nøjagtighed ved gated strålebehandling af brystkræft

Publikation: Ph.d. afhandling/ kandidat/ diplomKandidatspecialeForskning

Abstract

På radioterapiklinikken på Rigshospitalet har man siden 2004 tilbudt venstresidede lumpektomi-patienter med metastaser i de samsidige aksillære lymfeknuder supplerende gated strålebehandling i slut-inspirationsfasen under dyb respiration for herved at minimere dosis i hjertet og i venstre lunge. Dosisplaner er blevet beregnet med den CT-baserede pencil beam algoritme, som er tilgængelig i dosisplanlægningsprogrammet Eclipse, med brug af Bathos modificerede potenslov til korrektion for inhomogeniteter. Bathos modificerede potenslov tager dog ikke korrekt højde for lateral elektronspredning i f.eks. lungevæv med lav densitet, og dette har givet anledning til bekymring i forbindelse med nøjagtigheden af de beregnede dosisplaner for de venstresidede lumpektomi-patienter, idet lungedensiteten i slut-inspirationsfasen under dyb respiration formodes væsentlig lavere end den gennemsnitlige lungedensitet over hele respirationscyklen.

I dette speciale undersøges pencil beam algoritmens grundlag og egenskaber og på baggrund heraf algoritmens teoretiske nøjagtighed. Desuden undersøges pencil beam algoritmens kliniske nøjagtighed i forbindelse med den gatede behandling af venstresidede lumpektomi-patienter. Dette med udgangspunkti 8 venstresidede lumpektomi-patienter, som efter det kirurgiske indgreb er blevet CT-scannet hhv. i slut-inspirationsfasen under dyb holdt respiration (DIBH), i slut-inspirationsfasen under fri respiration (IG), under fri respiration (FB), og i slut-ekspirationsfasen under fri respiration (EG) – dvs. for varierende densitet af venstre lunge. 3 af patienterne er desuden blevet CT-scannet i slut-ekspirationsfasen under holdt respiration (EBH). For hvert CT-scan er der beregnet dosisplaner med pencil beam algoritmen med udgangspunkt i to tangentielle felter og et felt forfra. Det kliniske targetvolumen (CTV) inkluderer i alle tilfælde det tilbageværende bryst, niveau III af de samsidige aksillære lymfeknuder samt de samsidige periklavikulære såvel som parasternale lymfeknuder, og den totale dosis til CTV er sat til 48 Gy. Den CT-baserede algoritme AAA benyttes som reference.

Udfra den teoretiske undersøgelse kan det sluttes, at pencil beam algoritmens svageste punkt ligger i brugen af Bathos modificerede potenslov til korrektion for inhomogeniteter – særligt idet der herved ikke tages korrekt højde for elektronspredning i forhold til de laterale grænser for en inhomogenitet, og at pencil beam algoritmen som følge heraf estimerer en for stejl dosisgradient henover inhomogenitetens laterale grænser. Problemet ved brugen af Bathos modificerede potenslov øges desuden for aftagende densitet for inhomogeniteten. Derudover er det problematisk, at der ved pencil beam algoritmen ikke tages højde for dosis afsat udenfor feltgrænserne foranlediget af sekundær stråling fra udjævningsfilteret og de sekundære kollimatorer, og at der ikke korrigeres tilstrækkeligt for lateral elektronspredning i penumbraen. Dette bevirker samlet set til, at pencil beam algoritmen gennemgående estimerer en for stejl dosisgradient henover penumbraen og underestimerer dosis udenfor feltgrænserne.

Udfra den kliniske undersøgelse kan det sluttes, at peakdensitet og middeldensitet for venstrelunge er markant lavere ved DIBH end ved de øvrige respirationsfaser, og at peakdensitet såvel som middeldensitet øges henover respirationsfaserne fra DIBH til EBH. Ved gating i slut-inspirationsfasen under dyb respiration findes brugen af pencil beam algoritmen dog uproblematisk i forhold til dækning af CTV og dosis i hjertet. Pencil beam algoritmen estimerer en lidt mere homogen dosis i CTV end den forventede faktiske dosis, men graden af for homogent estimeret dosis kan betragtes som tilnærmelsesvist uafhængig af densitet for venstre lunge. I forhold til hjertet underestimerer pencil beam algoritmen middeldosis samt de relative volumener af hjertet, som modtager hhv. 5 og 24 Gy eller derover, dvs. relativ V5Gy og V24Gy, mens detvarierer mht. over- og underestimering i forhold til de relative volumener, som modtager 40 Gy ellerderover, dvs. relativ V40Gy. Pencil beam algoritmens absolutte afvigelse i forhold til de nævnte parametre øges svagt henover respirationsfaserne fra DIBH til EBH, med gennemsnitlige absolutte afvigelser for middeldosis mellem 0.10 - 0.38 Gy, og gennemsnitlige absolutte afvigelser for relativ V5Gy, V24Gy og V40Gy på hhv.0.48 - 3.33 %-point, 0.04 - 0.30 %-point og 0.00 - 0.39 %-point. De procentvise afvigelser aftager dog henover respirationsfaserne fra DIBH til EBH.

Ved gating i slut-inspirationsfasen under dyb respiration kan brugen af pencil beam algoritmen i forhold til dosis i venstre lunge derimod betragtes som problematisk. Pencil beam algoritmen underestimerer middeldosis, og selvom de absolutte afvigelser gennemgående øges svagt henover respirationsfaserne fra DIBH til EBH, med gennemsnitlige afvigelser mellem 0.61 og 0.97 Gy, er de procentvise afvigelser overvejende større i slut-inspirationsfasen end i slut-ekspirationsfasen, med gennemsnitlige afvigelser mellem 3.8 - 5.72%. Pencil beam algoritmen underestimerer relativ V5Gy og V24Gy, mens der for relativ V40Gy er tale om overestimering, og der er en gennemgående tendens til, at pencil beam algoritmens absolutte såvel som procentvise afvigelse i forhold til relativ V5Gy og V40Gy aftager henover respirationsfaserne fra DIBH til EBH. For relativ V24Gy fås tilsvarende tendens – dog med undtagelse af absolut afvigelse for relativ V24Gy, som øges svagt henover respirationsfaserne fra DIBH til EBH. Afvigelserne er gennemgående størst for V5Gy, hvor der er tale om gennemsnitlige afvigelser mellem hhv. 17.4 - 26.6 % og 11.3 - 13.9 %-point. Afvigelserne er noget mindre for V40Gy, hvor der er tale om gennemsnitlige afvigelser mellem hhv. 7.6 -20.8 % og 2.0 - 2.7 %-point. Afvigelserne er dog mindst for V24Gy, hvor der er tale om gennemsnitlige afvigelser mellem hhv. 2.5 - 3.4 % og 0.7 - 1.2 %-point. Mht. venstre lunge kan pencil beam algoritmen således også til en vis grad betragtes som problematisk i den øvrige del af respirationscyklen.

OriginalsprogDansk
StatusUdgivet - 2008
Udgivet eksterntJa

Citationsformater