Δοσιμετρία στη στερεοτακτική ακτινοθεραπεία

Abstract

The aim of Stereotactic Radiotherapy technique is to implement ionizing radiation in order to treat inoperative intracranial lesions. The requirement for high precision and high dose gradient makes stereotactic irradiation a credible method not only in multi fractionated Stereotactic Radiotherapy, but in single-fraction Radiosurgery, as well.The purpose of this thesis was the design and development of a complete Stereotactic Radiotherapy unit and its dosimetric evaluation. Dosimetry composes a major role in the establishment of any innovative part in the Radiotherapy procedure. Especially in small volume irradiation where high dose gradient and excellent dose delivery are mandatorÿ jio deliver the necessary dose to the target, while sparing the surrounding structures from potential danger. [ ■> | j 'Prototype stereotactic collimators were designed and constructed to be mounted to the wedge-tray of a linear accelerator. Mechanical limitations of the construction were taken into consideration before measuring the dosimetry parameters involved to the stereotactic technique. The measured dosimetric data were compared to corresponding calculated ones using Monte Carlo simulations. After the experimental data were certified, they were imported in the conventional treatment planning system to adapt a new, stereotactic specialized planning system.Very good agreement was found between the theoretically calculated data with Monte Carlo simulations and measured ones. This guarantees the manufacturing precision and effectiveness of the developed collimating cones and assures their locking system. An innovative method was implemented to simulate the prototype collimators into the treatment planning system, offering the ability to realize rotational therapy. Treatment planning optimization was realized by using gel dosimeters to correlate calculated and measured isodose distributions.Dose verification was accomplished by the use of an anthropoid head phantom, rotationally irradiated, including radiographic films to illustrate dose distributions different planes. The film-derived isodose distributions together with planned ones were plotted in the same graph, using proper software for image digitization, to make comparison feasible. Little variation was shown between the examined distributions verifying the adequate precision and reproducibility of the proposed stereotactic treatment.Other aspects of stereotactic dosimetry process were also investigated, such as the role and quality assurance of virtual wedge, to form a complete dosimetric evaluation program. Thus, the proposed auxiliary collimators form a simple, accurate, in terms of dose delivery, and mainly a cost effective method, which can be established in the future for intracranial lesions' irradiation.

Η χρήση ϊονιζουσών ακτινοβολιών για την αντιμετώπιση καλοηθών και κακοηθών ενδοκρανιακών βλαβών που δεν μπορούν ν' αντιμετωπιστούν χειρουργικά αποτελεί το κυρίαρχο ζητούμενο της Στερεοτακτικής Ακτινοθεραπείας. Η μεγάλη ακρίβεια που η μέθοδος προσφέρει την καθιστά αξιόπιστη ως μέθοδο θεραπείας τόσο σε περιπτώσεις Ακτινοθεραπείας πολλαπλών συνεδριών, όσο και κατά την πραγματοποίηση εφάπαξ ακτινοβόλησης στην περίπτωση της Στερεοτακτικής Ακτινοχειρουργικής.Η ερευνητική προσπάθεια εστιάστηκε στο σχεδίασμά και την ανάπτυξη ενός πλήρους συστήματος στερεοτακτικής ακτινοβόλησης, καθώς και στην αποτίμησή του από δοσιμετρικής άποψης. Η δοσιμετρία αποτελεί βασικό τομέα ανάπτυξης οποιουδήποτε νέου συστήματος που χρησιμοποιείται στη σύγχρονη Ακτινοθεραπεία. Ιδιαίτερα δε όταν εξετάζεται η δυνατότητα συγκέντρωσης της απορροφούμενης δόσης σε μικρό όγκο επακριβώς προσδιορισμένο, αποφεύγοντας παράλληλα την ακτινοβόληση, πάνω από τα όρια ανοχής, των παρακείμενων κρίσιμων δομών.Αρχικό σχεδιάστηκαν και κατασκευάστηκαν πρωτότυποι στερεοτακτικοί κατευθυντήρες που προσαρμόζονται με ακλόνητα στην κεφαλή του γραμμικού επιταχυντή. Ελέγχθηκαν οι μηχανικές αντοχές της κατασκευής και στη συνέχεια διερευνήθηκαν όλες εκείνες οι δοσιμετρικές παράμετροι που απορρέουν από τις τροποποιήσεις στη συσκευή παραγωγής ακτινοβολίας. Τα δοσιμετρικά δεδομένα που προέκυψαν συγκρίθηκαν με αντίστοιχα θεωρητικά υπολογισμένα μέσω προσομοίωσης Monte Carlo. Αφού πιστοποιήθηκαν οι τιμές των υπό εξέταση παραμέτρων, τ' αποτελέσματα εισήχθησαν στο υφιστάμενο σύστημα σχεδιασμού θεραπείας, ώστε ν' αποτελόσουν το πλαίσιο διαμόρφωσης ενός νέου, εξειδικευμένου σε στερεοτακτικές εφαρμογές, συστήματος σχεδιασμού.Από τη σύγκριση των θεωρητικά προσδιορισμένων δοσιμετρικών παραγόντων με τους αντίστοιχους πειραματικούς προέκυψε πολύ καλή συμφωνία των δεδομένων, εγγυώντας την κατασκευαστική αρτιότητα των προτεινόμενων κώνων στερεοταξίας, καθώς και του συστήματος στήριξής τους. Ταυτόχρονα, χρησιμοποιήθηκε ένας καινοτόμος τρόπος αποτύπωσης των πρωτότυπων κατευθυντήρων από το σύστημα σχεδιασμού θεραπείας, τρόπος που επέτρεψε την πραγματοποίηση πλάνου θεραπείας με την εμπλοκή περιστροφικής μεθόδου ακτινοβόλησης. Η βελτιστοποίηση του συστήματος σχεδιασμού θεραπείας επιτεύχθηκε με τη χρήση δοσιμέτρων πολυμερών gels, μέσα από τα οποία συσχετίστηκαν οι κατανομές δόσης που προέκυψαν από το σύστημα με τις πειραματικά προσδιοριζόμενες.Για την επιβεβαίωση της σχεδιαζόμενης κατανομής δόσης κρίθηκε αναγκαία η χρησιμοποίηση ανθρώπινου ομοιώματος κεφαλής που θα μπορούσε ν' ακτινοβοληθεί με περιστροφικό τρόπο, καταγράφοντας με τη βοήθεια των ακτινογραφικών films τις προκύπτουσες κατανομές ισοδοσιακών καμπύλών. Οι καμπύλες αυτές αποτυπώθηκαν σε κοινό διάγραμμα, με τη βοήθεια κατάλληλου λογισμικού, με αντίστοιχες που προήλθαν από το στερεοτακτικό σύστημα σχεδιασμού θεραπείας. Οι ελάχιστες αποκλίσεις που παρατηρήθηκαν αποδεικνύουν την πιστότητα του πρωτότυπου συστήματος όσον αφορά στην κατανομή και εστίαση δόσης, καθώς και στον εν γένει ακριβή και επαναλήψιμο τρόπο πραγματοποίησης της ακτινοβόλησης.Με τον τρόπο αυτό διαπιστώθηκε η επαλήθευση της διαδικασίας ακτινοβόλησης μέσα από το νέο σύστημα στερεοτακτικής ακτινοβόλησης, ενώ παράλληλα εξετάσθηκαν και άλλες παράμετροι που συμμετέχουν στη διαδικασία δοσιμετρίας, όπως η χρήση και ο ποιοτικός έλεγχος των εικονικών φίλτρων wedge. Καθίσταται λοιπόν αντιληπτό πως το πρωτότυπο σύστημα στερεοτακτικής ακτινοβόλησης έχει τη δυνατότητα με ελάχιστο κόστος ν' αποτελέσει τη βάση για την κλινική εφαρμογή της Στερεοτακτικής Ακτινοθεραπείας στην Ελλάδα.