Search

Στόχος τη ακτινοθεραπείας είναι η χορήγηση της θεραπευτικής δόσης με τη μέγιστη δυνατή ακρίβεια. Αυτό συνεπάγεται τον σωστό καθορισμό της ακτινοβολούμενης περιοχής καθώς και την ακριβή εναπόθεση της δόσης. Αυτή η διπλωματική εργασία ασχολείται με την προσπάθεια για ακριβή υπολογισμό και εναπόθεση της δόσης για πεδία ακτινοβόλησης τα όποια είναι μικρότερα από 5x5cm. Όταν το μέγεθος του πεδίου μικρύνει τότε η μέτρηση και ο υπολογισμός της δόσης με κλασικές μεθόδους δε είναι πλέον ακριβείς καθώς παράγοντες όπως η πλευρική ηλεκτρονική ισορροπία, το μέγεθος και είδος του ανιχνευτή καθώς και το μέγεθος της πηγής που είναι ορατό από κάθε σημείο, πρέπει να ληφθούν υπόψη. Στη παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό Mephysto για να μετρήσουμε την πραγματική δόση που δίνει ο γραμμικός επιταχυντής της εταιρείας ELEKTA σε δέσμες φωτονίων ενέργειας 6 ΜV χρησιμοποιώντας έναν ανιχνευτή Pin Point της εταιρείας PTW. Στη συνέχεια συγκρίθηκαν αυτά τα αποτελέσματα (προφίλ δόσης, κατά βάθος δόση PDD) με τα αποτελέσματα που δοθήκαν από το υπολογιστικό σύστημα σχεδιασμού θεραπειών (Treatment Planning System) Oncentra Master Plan της εταιρείας Nucletron. Παρατηρήθηκε απόκλιση μεταξύ αυτών των δυο μεθόδων ελαφρώς μικρότερη του 3%. Αυτή η απόκλιση οφείλεται στο ότι ο εικονικός γραμμικός επιταχυντής που έχει δημιουργηθεί στο σύστημα Oncentra Master Plan για τον υπολογισμό της δόσης, δημιουργήθηκε ώστε να αποδίδει πλησιέστερα αποτελέσματα σε αυτά του ELEKTA για πεδία ακτινοβόλησης που έχουν μεγάλη κλινική χρήση (5 έως 15 cm αν διάσταση). Όταν όμως τα πεδία μικρύνουν (κάτω από 5cm αν διάσταση) τότε έχουμε απόκλιση από της πραγματικές τιμές. Αλλάζοντας το φαινομενικό μέγεθος της πηγής στο Oncentra Master Plan καταφέραμε να φέρουμε τους υπολογισμούς από το Oncentra Master Plan πάρα πολύ κοντά στις μετρήσεις του Mephysto. Δημιουργήθηκε έτσι ένα νέο εικονικό μηχάνημα στη βάση δεδομένων του Oncentra Master Plan με το όνομα Sli Patras SRS, οι παράμετροι του οποίου (φαινομενικό μέγεθος πηγής) έχουν βελτιστοποιηθεί για ακριβέστερους υπολογισμούς δόσης για μικρά πεδία. Με αυτό το μηχάνημα καταφέρθηκε ακριβέστερος υπολογισμός της δόσης, με αποκλίσεις μικρότερες από 1.5%, για μικρά πεδία, σε σύγκριση με το προηγούμενο μηχάνημα Sli Patra. Το νέο αυτό μηχάνημα επιτρέπει ακριβέστερους υπολογισμούς για μικρά πεδία και έχει πλέον υιοθετηθεί και χρησιμοποιείται στην κλινική ρουτίνα στο Π.Γ.Ν. Πατρών. Small field dosimetry in sterotactic cancer radiation therapy.

Ο βασικός στόχος αυτής της εργασίας είναι η μελέτη της θεωρητικής συμπεριφοράς και τα πλεονεκτήματα της γενικευμένης βάθμωσης δόσης-απόκρισης, καθώς και η έρευνα για τη χρησιμότητα της γενικευμένης βάθμωσης δόσης-απόκρισης σε πρακτικά ακτινοβιολογικά πλάνα θεραπείας μέσω χρήσης της πλατφόρμας RayStation. Τέλος, θα διερευνηθεί η επίδραση της αρχιτεκτονικής του οργάνου (παράλληλη / σειριακή). Βασικό υλικό της μελέτης μας ήταν το λογισμικό για το σχεδιασμό πλάνων θεραπείας RAYSTATION 1.9, που αναπτύχθηκε και σχεδιάστηκε από τη RAYSEARCH LABORATORIES AB, Στοκχόλμη, Σουηδία. Εκτός από αυτό, κάναμε εκτεταμένη χρήση βασικών θεωρητικών τύπων που σχετίζονται με τον υπολογισμό του TCP, NTCP, P + και του γ(D) καθώς και με την ακτινοβιολογικά μοντέλα. Σε ό, τι αφορά τις μεθόδους της μελέτης αυτής, πρώτον υπολογίσαμε θεωρητικά το γ(D) για TCP και NTCP αντίστοιχα, για την ετερογενή κατανομή της δόσης σε διαφορετικά μεγέθη, προκειμένου να επαληθεύσουμε τους υπολογισμούς του RAYSTATION για TCP και NTCP. Επιπλέον, έχουμε δημιουργήσει ένα πλάνο θεραπείας με το όργανο-στόχος και τα όργανα που βρίσκονται σε κίνδυνο να βρίσκονται στην ίδια περιοχή ενδιαφέροντος, προκειμένου να ελέγξουμε την εγκυρότητα του συστήματος για την συνάρτηση P + καθώς και των γενικευμένων γ(D). Επιπλέον, έχουμε θέσει μια σειρά από διαφορετικά πλάνα θεραπείας με το όργανο-στόχος και τα όργανα σε κίνδυνο σε διαφορετικές περιοχές ενδιαφέροντος όπου αυξήσαμε τη μέση δόση, προκειμένου να διερευνήσουμε τη συμπεριφορά του ΔP(μεταβολή απόκρισης) και του γ(D), πριν και μετά την αλλαγή της δοσολογίας. Επίσης υπολογίσαμε θεωρητικά τις ποσότητες αυτές, προκειμένου να εξακριβωθεί η εγκυρότητα των θεωρητικών εκφράσεων συγκρίνοντας τες με τις τιμές που το σύστημα παρήγε σε μας. Τέλος, προσπαθήσαμε να διερευνήσουμε τη συμπεριφορά της ποσότητας ΔP υπολογίζοντας το σχετικό σφάλμα μεταξύ της πραγματικής και την κατά προσέγγιση τιμής χρησιμοποιώντας το Poisson και το Probit μοντέλο, για την περίπτωση όπου έχουμε ένα όργανο-στόχος το οποίο αποτελείται από δύο τμήματα σε παράλληλη αρχιτεκτονική και με τον ίδιο αριθμό κλώνων. Όσον αφορά τα αποτελέσματά μας, πρώτα απ 'όλα, επαληθεύσαμε θεωρητικά τους υπολογισμούς του RAYSTATION για τo γενικευμένο γ(D) και την αντικειμενική συνάρτηση με τη χρήση ενός ανεξάρτητου τρόπου υπολογισμών. Επιπλέον, αποδείχθηκε ότι μετά από μια μικρή μεταβολή (αύξηση) της δόσης, το όργανο που έχει επηρεαστεί περισσότερο, είναι το όργανο με το υψηλότερο γενικευμένο γ(D). Εκτός από αυτό, ελέγχθηκε η εγκυρότητα των θεωρητικών εκφράσεων σχετικά με τον υπολογισμό της μεταβολής της απόκρισης και του γενικευμένου γ(D), αλλά μόνο για την περίπτωση μικρής μεταβολής της δόσης. Ειδικά για την περίπτωση του 50% TCP και NTCP, οι θεωρητικές τιμές που το σύστημα παρέχει εμφανίζουν μεγάλη προσέγγιση με τις πειραματικές, γεγονός που αποδεικνύει τη μεγάλη σημασία του D50 μοντέλου στο προσδιορισμό των κλινικών επιπέδων απόκρισης. Τέλος, όσον αφορά το τελευταίο μέρος των υπολογισμών μας, μπορούμε εύκολα να πούμε ότι η συμπεριφορά της ΔPapprox εμφανίζεται λογική, διότι, για τα δύο μοντέλα που χρησιμοποιήσαμε, πλησιάζει σημαντικά την πραγματική ΔP γύρω από την περιοχή του 50% ή 37%, όπως και αναμέναμε. Επαληθεύσαμε σε αρκετά ικανοποιητικό επίπεδο κάποιες βασικές θεωρητικές προσεγγίσεις για την κλίση δόσης-απόκρισης σχετικά με τη μη ομοιόμορφη κατανομή δόσης μέσω της πλατφόρμας RayStation αλλά το πιο σημαντικό πράγμα είναι το γεγονός ότι η χρησιμότητα της των γενικευμένης βάθμωσης δόσης-απόκρισης είναι εξαιρετικά σημαντική, διότι δίνει στο σχεδιαστή των πλάνων θεραπείας τη δυνατότητα να ερευνήσει ακριβώς το όργανο το οποίο, θα επηρεαστεί περισσότερο μετά από μια μικρή αύξηση της δόσης και ως εκ τούτου θα είναι σε θέση να βελτιστοποιήσει το πλάνο για αύξηση ελέγχου του όγκου αλλά και ελαχιστοποίηση επιπλοκών των υγειών ιστών. The basic aim of that work is the study of the theoretical behavior and merits of the Generalized Dose-Response gradient as well as the investigation of the usefulness of the generalized dose response gradient in practical radiobiological treatment planning through the use of RayStation. Last but not least, it will be investigated the influence of the organ architecture(parallel/serial). Basic material of our study was the treatment planning platform RAYSTATION 1.9 that was developed and designed by RAYSEARCH LABORATORIES AB,STOCKHOLM,SWEDEN. Except for that ,we made extensive use of basic theoretical formulas that are related to the calculation of TCP, NTCP, P+ and Generalized Gamma as well as to the radiobiological models. As far as the methods of that study are concerned, firstly we calculated theoretically the Generalized Gamma for TCP and NTCP respectively, for heterogeneous dose distribution to different volumes in order to verify RAYSTATION computations for TCP and NTCP. Furthermore, we set a treatment plan with the target organ and the organs at risk in the same ROI in order to check the validity of the system concerning the objective function P+ and the Generalized Gamma. Moreover ,we set a number of different treatment plans with the target organ and the organs at risk in different ROIs and we increased the mean dose in order to investigate the behavior of change in response and that of γ(D) ,before and after the change in dose and to calculate theoretically these quantities, in order to verify the validity of the theoretical expressions by comparing them with the values that the system is providing to us. Finally, we tried to investigate the behavior of ΔP by calculating the relative error between the real and the approximate value using the Poisson and the Probit model, for the case of having a target organ consisting of two compartments in a parallel architecture and with the same number of clonogens. Concerning our results, first of all, we verified theoretically the computations of the RAYSTATION about the Generalized Gamma and the objective function by using an independent way of calculations. Furthermore, we proved that after a small change (increase) in dose ,the organ that is being affected most ,is the organ with the highest Generalized Gamma. Except for that, we verified the validity of the theoretical expressions concerning the calculation of the change in response and that of Generalized Gamma but only for the case of small change in dose. Especially for the case of 50% TCP and NTCP, the theoretical and the values that the system is providing appear great approximation, a fact that proves the high importance of D50 model in specifying clinical response levels. Finally, concerning the last part of our calculations, we easily can say that the behavior of ΔPapprox looks sensible because, for both models that we used, it approaches significantly the real ΔP around the region of 50% or 37% response, as we were expecting. We verified in a quite satisfying level some basic theoretical approaches for dose-response gradient concerning the non-uniform dose delivery through the RayStation platform but the most important thing is the fact that the usefulness of the of the Generalized Dose response gradient is extremely important because it gives to the planner the opportunity to investigate precisely which organ, from the normal tissues will be affected most after a small increase in dose and as a result he will be able to optimize the plan for higher tumor control and lowest normal tissue complications. *This work had been done in collaboration with the Division of Medical Radiation Physics, Department of Oncology-Pathology, Karolinska Institute, Stockholm, Sweden

Δοσιμετρία είναι ο κλάδος της επιστήμης που ασχολείται με τις μετρήσεις ιοντιζουσών ακτινοβολιών, με σκοπό την ποσοτική έκφραση της σχέσης μεταξύ των χαρακτηριστικών ενός πεδίου ακτινοβόλησης και του αποτελέσματος της ακτινοβόλησης ενός συστήματος. Η δοσιμετρία συνεισφέρει σημαντικά σε όσες επιστήμες κάνουν χρήση ιοντιζουσών ακτινοβολιών, και ιδιαίτερα στο χώρο της Ιατρικής, απ’ όπου και πρωτοξεκίνησε η εφαρμογή της. Υπάρχουν πολλές μέθοδοι δοσιμετρίας, και φυσικά, πολλά διαφορετικά είδη δοσιμέτρων. Στη συγκεκριμένη εργασία θα ασχοληθούμε αποκλειστικά με τη δοσιμετρία θερμοφωταύγειας. Το φαινόμενο της θερμοφωταύγειας βρίσκει πρακτική εφαρμογή στη δοσιμετρία ιοντιζουσών ακτινοβολιών με τη συλλογή των οπτικών φωτονίων που εκπέμπονται κατά την αποδιέγερση του θερμοφωταυγάζοντος υλικού, που χρησιμοποιείται. Η μέθοδος της θερμοφωταύγειας αποτελεί την πιο αξιόπιστη μέθοδο για την μέτρηση δόσεων ακτινοβολίας από ιατρικές εξετάσεις. Οι εφαρμογές της δοσιμετρίας θερμοφωταύγειας στην Ιατρική αφορούν κυρίως μετρήσεις της απορροφούμενης δόσεως στην Ακτινοθεραπεία και την Ακτινοδιαγνωστική, ενώ εφαρμόζεται σε μικρότερο βαθμό και στην Πυρηνική Ιατρική. Σκοπός της συγκεκριμένης εργασίας είναι η μέτρηση δόσεων ασθενών, που υποβάλλονται σε ακτινοδιαγνωστικές εξετάσεις, με τη βοήθεια κρυστάλλων θερμοφωταύγειας. Στην Ακτινοδιαγνωστική, η ανάγκη της δοσιμέτρησης προκύπτει από τις επιταγές της Ακτινοπροστασίας, η οποία απαιτεί τη μικρότερη δυνατή δόση στον ασθενή και το προσωπικό, με την καλύτερη δυνατή ποιότητα απεικόνισης. Κι η ανάγκη αυτή γίνεται πιο επιτακτική, όταν οι ακτινοδιαγνωστικές εξετάσεις αφορούν νεογνά και μικρά παιδιά, καθώς και συγκεκριμένες ομάδες του πληθυσμού που χαρακτηρίζονται από υψηλό βαθμό ακτινοευαισθησίας. Πιο συγκεκριμένα, καλούμαστε να υπολογίσουμε την δόση που λαμβάνουν ασθενείς στον θυροειδή αδένα, όταν υποβάλλονται σε εξέταση οισοφαγογραφήματος που πραγματοποιούνται προκειμένου να ελεγχθεί η φυσιολογία και η λειτουργία του πεπτικού συστήματος. Παράλληλα, καλούμαστε να εκτιμήσουμε τον τυχόν κίνδυνο καρκινογένεσης, λόγω των στοχαστικών αποτελεσμάτων της ακτινοβολίας, έπειτα από συσχέτιση με την τιμή της απορροφούμενης δόσης που προκύπτει.

The basic aim was to briefly present a method for implementing an effective IVD program i.e., a program which would produce the maximum results in the minimum time with the minimum effort. In this work the response of a commercially available diode dosimetry system was studied for two energy qualities, 6MV and 15 MV. Diodes were calibrated against ionization chambers. Signal stability post-irradiation, intrinsic precision, linearity of response with dose and dose decrease under the diode were studied. For each beam energy the response of the diode relative to the given dose as measured by an ionization chamber was evaluated. Diode was calibrated for every energy to give entrance dose, exit dose and eventually the midline dose. Entrance and exit correction factors for field size, tray, source to skin distance, angle and wedge were determined. It was found that diode response i.e. diode reading per cGy of given dose varies significantly with treatment beam set-up. Finally the effects of dose rate, temperature and accumulated dose on the diode’s response were studied.