KHDAK IMRT sinde Tedavi Planlama Sistemlerinin Monte Carlo Yöntemi ile Karşılaştırılması Türkay TOKLU 1, Bahar DİRİCAN 2, Necdet ASLAN 1 1 Yeditepe Üniversitesi, Fizik Bölümü 2 Gülhane Askeri Tıp Akademisi, Radyasyon Onkolojisi AD.
Giriş Radyoterapide doğru doz hesaplaması, tedavi planının kalitesi ve dolayısıyla hastaya verilen dozun doğruluğu için temel gereksinimdir. Son yıllarda klinik radyoterapi planlama sistemlerinin doz hesaplama modelleri iyileştirilmiş ve karmaşıklaşmıştır. Bununla beraber radyoterapi uygulamalarında radyasyon transportu için en güçlü aracın Monte Carlo (MC) yöntemi olduğu kabul görmektedir.
Amaç Bu çalışmada, küçük hücre dışı akciğer kanserli (KHDAK) hastalarda, Pencil Beam (PB) ve Collapsed Cone Convolution-Superposition (CS) algoritması kullanan iki tedavi planlama sistemi ile retrospektif olarak gerçekleştirilen yoğunluk ayarlı radyoterapi (IMRT) planlarının, Monte Carlo (MC) yöntemi ile doz-hacim histogramı (DVH) parametreleri açısından karşılaştırılması amaçlanmıştır.
Gereç ve Yöntemler
Tedavi Planlama Sistemleri Araştırmada: Pencil Beam (PB) Collapsed Cone Convolution/Superposition (CS) algoritması kullanan iki tedavi planlama sistemi değerlendirildi. Karşılaştırmada kullanılan planlama sistemleri aynı iyon odası ölçümleri ile kullanıma alındı.
Yoğunluk Ayarlı Radyoterapi (IMRT) KHDAK li 15 hastaya (M/F:11/4 ; ortalama PTV hacmi = 297±144 cm 3 ) retrospektif olarak IMRT planlaması gerçekleştirildi. Planlamalarda Elekta Synergy MLCi lineer hızlandırıcısına ait 6 MV nominal enerjili foton demeti kullanıldı. PTV nin %93 üne 35 fraksiyonda 70 Gy verilebilmesi için 9 eş-düzlemsiz demet ve her demette 4 segment kullanıldı. Planlama ve optimizasyon PB algoritmalı sistemde gerçekleştirildi.
Yoğunluk Ayarlı Radyoterapi (IMRT) Optimizasyon hedefleri Akciğerler için V 20Gy <%30 ve ortalama akciğer dozu < 27Gy, Özefagus için V 55Gy <%30 ve ortalama özefagus dozu < 34Gy, Maksimum lokal spinal kord dozu < 45Gy, Kalp dozu < 40Gy olarak belirlendi. Elde edilen planlar DICOM-RT formatında diğer sistemlere alınarak, aynı planlamalar aynı MU değerleri kullanılarak gerçekleştirildi.
Monte Carlo (MC) Simülasyonu Çalışmada EGSnrc/BEAMnrc MC kodu kullanıldı. MC simülasyonu iyon odası ölçümlerinden elde edilen %DD ve doz profili eğrileri ile %1 den daha iyi uyum gösterecek şekilde dizayn edildi. MU kalibrasyonu referans koşullarda iyon odası ölçümlerine göre yapıldı. İstatistiksel belirsizliğin %0.5 in altında kalabilmesi için her segment için 1x10 8 elektron simüle edildi.
BT # Yoğunluk dönüşümü Su
Doz Hacim Histogramı Parametreleri Hedef hacimler için: D max, D min, D ort ve D %93 Akciğerler için: V 20Gy, V 30Gy ve D ort Kalp, özefagus ve spinal kord için: D max, D %33 ve D %67 Tüm kritik organlar için: Eşdeğer homojen doz (EUD) Normal doku komplikasyon olasılığı (NTCP) parametreleri karşılaştırıldı. TPS lerin MC ile ikili karşılaştırmalarında eşli örnekler için t-testi kullanıldı. p<0.05 anlamlı kabul edildi.
Bulgular PB MC CS
Doz Hacim Histogramı
Hedef Hacimler
Hedef Hacimler Yüzde Bağıl Fark p değeri (t-testi) PB MC CS MC PB MC CS MC GTV D max 2.08-0.05 0.001 0.818 D min 1.78-1.38 0.007 0.055 D ort 1.53 0.32 <0.001 0.143 D %93 1.39-0.04 0.001 0.902 CTV D max 2.41-0.32 0.001 0.221 D min 3.43-2.04 0.018 0.056 D ort 1.90-0.17 0.001 0.568 D %93 1.88-0.98 0.006 0.077 PTV D max 2.58-0.47 <0.001 0.079 D min 5.34-3.61 0.004 0.015 D ort 2.14-0.58 0.001 0.094 D %93 2.27-1.76 0.008 0.007
Hasta Değerleri: GTV Dort
Hasta Değerleri: PTV Dort
Kritik Organlar Yüzde Bağıl Fark p değeri (t-testi) PB MC CS MC PB MC CS MC Kalp D max 0.93 0.02 0.315 0.942 D %33-4.38 2.13 0.003 0.196 D %67-5.19 1.54 0.004 0.157 Özefagus D max -0.15-0.18 0.644 0.587 D %33-3.35 1.78 0.062 0.015 D %67 0.31 0.00 0.950 1.000 Spinal Kord D max -2.56-0.43 0.001 0.327 D %33-6.01 2.74 0.024 0.055 D %67-15.85-5.73 0.019 0.122 Akciğerler V 20Gy -0.54-2.23 0.418 <0.001 V 30Gy -0.15-3.04 0.880 <0.001 D ort -1.80-1.93 <0.001 <0.001
Kritik Organlar Yüzde Bağıl Fark p değeri (t-testi) PB MC CS MC PB MC CS MC EUD Kalp -5.05 1.87 <0.001 0.133 Özefagus -3.39 0.05 <0.001 0.900 Spinal Kord -29.91 1.00 <0.001 0.603 Akciğerler -1.91-1.93 <0.001 <0.001 NTCP Kalp -36.01 10.09 0.311 0.145 Özefagus -3.98-0.27 0.014 0.817 Spinal Kord -25.29-1.47 0.032 0.745 Akciğerler -3.47-3.63 <0.001 <0.001
Hasta Değerleri: Akciğerler Dort
Hasta Değerleri: Akciğerler EUD
Hasta Değerleri: Spinal Kord EUD
Tartışma ve Sonuç PB algoritmalı sistemde hedef hacimlerin tamamında tüm parametreler MC ya göre yüksek hesaplanmıştır. CS algoritmalı sistemde ise sadece PTV de D min ve D %93 parametrelerinde istatistiksel olarak anlamlı farklılıklar gözlenmiştir. Kritik organlara ilişkin parametrelerde ise PB algoritmalı sistem parametrelerin çoğunluğunu düşük olarak hesaplarken, CS algoritmalı sistem akciğer ile ilgili parametreleri düşük hesaplamıştır. Genel olarak değerlendirildiğinde, CS algoritması kullanan sistemin MC ya daha yakın hesaplama yaptığı görülmektedir.
Tartışma ve Sonuç TPS lerin kullandığı algoritmalar tedavi planı hesaplamalarında hatalar yapabilmektedir. Özellikle akciğer kanseri IMRT planlarının MC ile verifikasyonu önem taşımaktadır.