Έλεγχοι αποδοχής και ποιότητας συστημάτων σχεδιασμού ακτινοθεραπείας

Abstract

The radiation therapy treatment planning process is complex and involves multiple steps and a number of technologies. Requirements for the accuracy of a treatment planning system (TPS) must be seen in the light of the total uncertainty in the 3-D dose delivery to a patient, taking into account all steps in the planning and delivery process. The overall accuracy in the radiation dose delivered to the patient is ±5%¶ of the prescribed dose. ¶To satisfy this requirement, a 2-3% accuracy is required in the dose calculation. ¶Due to the semi-empirical character of used algorithms, which are based partly on measurements and mainly on analytical calculations, it should be prescribed the methods and techniques to ensure the precision of their results.¶ The quality of the treatment plan is not based only on the dosimetric calculations, but also on other physical parameters such as the beam geometry and the anatomical structure of patient. ¶The algorithms that are used for the management and the 3D reconstruction of images, as well as the tools of plan evaluation are some of the parameters of TPS that require confirmation. ¶The TPS acceptance tests confirm the specifications that have been set by the company and are performed by the responsible physicist in collaboration with the vendor.¶Before Bgfh The present work presents all tests (dosimetric and not) that are required for proper operation of a TPS. The acceptance limits of deviations in dose calculations for various geometries and for various regions of dose gradient are proposed, according to the bibliography. In addition, the confidence levels have been proposed for some general cases of dosimetric controls. In the present thesis, the dosimetric tests were performed to PLATO and HELAX. The study took place in the department of radiotherapy of Areteio hospital and the oncology center of Hygeia hospital for 6MV beam quality. Since the number of data points is adequate to obtain statistically relevant conclusions, it can be applied the following method. The comparative evaluation of two TPS is performed with the before mentioned methodologies and moreover is proposed the statistical method of quality control “six sigma” according to which are checked the proposed limits of deviation and moreover are proposed new ones. The new limits depend on the values of the process capability indices as are proposed by the methodology of “six sigma”. Each TPS is evaluated by the recommendation of stricter or wider limits of deviation.

Η ακτινοθεραπεία συνιστά ιατρική πράξη με τη χρήση ιοντιζουσών ακτινοβολιών. Η δόση της ακτινοβολίας πρέπει να αποδίδεται στον όγκο-στόχο με ακρίβεια ±5% της προκαθορισμένης τιμής. Η ικανοποίηση αυτής της απαίτησης επιβάλει ακρίβεια της τάξεως του 2-3% στον υπολογισμό της δόσης μέσω των συστημάτων σχεδιασμού. Τα λογισμικά υπολογισμού δόσης βασίζονται εν μέρει σε μετρήσεις και κυριότερα σε αναλυτικούς αλγορίθμους. Για το λόγο αυτό πρέπει να καθοριστούν μέθοδοι και τεχνικές διασφάλισης της ακρίβειας των αποτελεσμάτων τους. Επιπλέον, παρόλη την ταχεία εξέλιξη των συστημάτων σχεδιασμού θεραπείας, οι υψηλές χωρικές βαθμίδες δόσης και οι σύνθετες κατανομές δόσης που χαρακτηρίζουν τις σύγχρονες ακτινοθεραπευτικές τεχνικές καθιστούν, σε ορισμένες εφαρμογές, τα συστήματα σχεδιασμού θεραπείας αναξιόπιστα ενώ παράλληλα απαιτούνται πειραματικές διαδικασίες που θα αναδεικνύουν τα προβλήματα αυτά. Η ποιότητα ενός συστήματος σχεδιασμού ακτινοθεραπείας δε βασίζεται μόνο στους δοσιμετρικούς υπολογισμούς, αλλά και σε ένα σύνολο άλλων φυσικών παραμέτρων που αφορούν αφενός την προσομοίωση του μηχανήματος θεραπείας αφετέρου τη γεωμετρία και σύσταση του ασθενούς. Οι αλγόριθμοι που χρησιμοποιούνται για την τρισδιάστατη ανακατασκευή των δεδομένων εισόδου, η διαχείριση και ο συνδυασμός των απεικονιστικών δεδομένων καθώς και τα εργαλεία αξιολόγησης ενός πλάνου θεραπείας, είναι ορισμένες από τις παραμέτρους ενός συστήματος σχεδιασμού που χρήζουν ελέγχου επιβεβαίωσης της ορθής λειτουργίας τους. Οι έλεγχοι αποδοχής ενός συστήματος σχεδιασμού αφορούν την επιβεβαίωση των προδιαγραφών που έχουν τεθεί από την κατασκευαστική εταιρεία και πραγματοποιούνται παρουσία του υπεύθυνου ακτινοφυσικού και του προμηθευτή. Ένα σύστημα σχεδιασμού πριν δοθεί σε κλινική χρήση πραγματοποιούνται οι λεγόμενοι έλεγχοι παραλαβής του συστήματος, οι οποίοι αφορούν το δοσιμετρικό έλεγχο όλων των ακτινοθεραπευτικών τεχνικών που πρόκειται να εφαρμοστούν, στα δεδομένα των δεσμών που διαθέτει η κλινική. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται όλοι οι έλεγχοι (δοσιμετρικοί και μη) που απαιτούνται για τη σωστή λειτουργία ενός συστήματος σχεδιασμού ακτινοθεραπείας. Σύμφωνα με τη βιβλιογραφία, προτείνονται κάποια όρια αποδοχής στην απόκλιση των υπολογισμών της δόσης για διάφορες γεωμετρίες ακτινοβόλησης και για διάφορες περιοχές βαθμίδων δόσης. Επίσης έχουν προταθεί τα επίπεδα αξιοπιστίας για διάφορες γενικές περιπτώσεις δοσιμετρικών ελέγχων. Στην παρούσα διατριβή έχει πραγματοποιηθεί δοσιμετρικός έλεγχος σε δυο συστήματα σχεδιασμού το PLATO και το HELAX. Η μελέτη πραγματοποιήθηκε για δέσμες ακτινοβολίας 6MV στο τμήμα ακτινοθεραπείας της πανεπιστημιακής κλινικής του Αρεταίειου νοσοκομείου και του κέντρου ακτινοθεραπευτικής ογκολογίας του νοσοκομείου Υγεία. Η συγκριτική αξιολόγηση των δυο συστημάτων σχεδιασμού πραγματοποιείται με τη χρήση των προαναφερθέντων προτεινόμενων από τη βιβλιογραφία μεθοδολογιών και επιπλέον προτείνεται η στατιστική μέθοδος ποιοτικού ελέγχου «έξι σίγμα» σύμφωνα με την οποία ελέγχονται τα προτεινόμενα όρια απόκλισης και επιπλέον προτείνονται νέα με τη χρήση της μεθόδου αυτής. Τα νέα όρια εξαρτώνται από την ικανοποίηση ή όχι των δεικτών ικανότητας μιας διαδικασίας όπως προτείνονται από τη μεθοδολογία «έξι σίγμα». Από την πρόταση αυστηρότερων ή χαλαρότερων ορίων απόκλισης αξιολογείται το κάθε σύστημα σχεδιασμού.