1 fredrik nordström, 2 peter björk, 1 sven bäck, 3 crister ceberg,
DESCRIPTION
Utveckling av metoder och programvara för oberoende dosberäkning och riskuppskattning inom konventionell extern strålbehandling och IMRT. 1 Fredrik Nordström, 2 Peter Björk, 1 Sven Bäck, 3 Crister Ceberg, 4 Ola Holmberg och 5 Stefan Johnsson - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Utveckling av metoder och programvara för Utveckling av metoder och programvara för oberoende dosberäkning och riskuppskattning inom oberoende dosberäkning och riskuppskattning inom
konventionell extern strålbehandling och IMRTkonventionell extern strålbehandling och IMRT
11Fredrik Nordström, Fredrik Nordström, 22Peter Björk, Peter Björk, 11Sven Bäck, Sven Bäck, 33Crister Ceberg,Crister Ceberg,44Ola Holmberg och Ola Holmberg och 55Stefan JohnssonStefan Johnsson
1 1 Medicinsk strålningsfysik, Universitetssjukhuset MAS / Lunds universitet, MalmöMedicinsk strålningsfysik, Universitetssjukhuset MAS / Lunds universitet, Malmö2 2 Medicinsk fysik och teknik, Mälarsjukhuset, EskilstunaMedicinsk fysik och teknik, Mälarsjukhuset, Eskilstuna
3 3 Avdelningen för Radiofysik, Universitetssjukhuset i Lund, LundAvdelningen för Radiofysik, Universitetssjukhuset i Lund, Lund4 4 Avdelningen för Radiofysik, Universitetssjukhuset i Herlev, Herlev, DanmarkAvdelningen för Radiofysik, Universitetssjukhuset i Herlev, Herlev, Danmark
5 5 Enheten för medicinsk strålningsfysik, Länssjukhuset i Kalmar, KalmarEnheten för medicinsk strålningsfysik, Länssjukhuset i Kalmar, Kalmar
2(28)
Inledning
48 676 nya cancerfall i Sverige år 200348 676 nya cancerfall i Sverige år 2003
Nästan hälften av alla cancerpatienter i Sverige erhåller Nästan hälften av alla cancerpatienter i Sverige erhåller strålbehandlingstrålbehandling
Strålbehandling sker vanligen med fotoner från en Strålbehandling sker vanligen med fotoner från en linjäraccelerator linjäraccelerator
3(28)
Inledning
FixationFixation BildtagningBildtagning
SimuleringSimuleringBehandlingBehandling
DosplaneringDosplanering
4(28)
Vid förberedelse av strålbehandling krävs att ordinerad Vid förberedelse av strålbehandling krävs att ordinerad dos och bestrålningsgeometrin överförs till maskin-dos och bestrålningsgeometrin överförs till maskin-parametrarparametrar
Konsekvensen av att en parameter är fel kan variera Konsekvensen av att en parameter är fel kan variera mellan trivial och fatal för den enskilda patientenmellan trivial och fatal för den enskilda patienten
Studier har visat att avvikelser i absorberad dos på 5% Studier har visat att avvikelser i absorberad dos på 5% kan ha klinisk betydelsekan ha klinisk betydelse
Effektiv och oberoende kontroll av behandlings-Effektiv och oberoende kontroll av behandlings-parametrar kan vara av stor betydelseparametrar kan vara av stor betydelse
Inledning
5(28)
Inledning
Hur genomförs kontroller av parametrar (enl. FS 2000:4)? Hur genomförs kontroller av parametrar (enl. FS 2000:4)?
– Manuellt? Hur hanteras komplexa geometrier? IMRT?Manuellt? Hur hanteras komplexa geometrier? IMRT?
– Oberoende?Oberoende?
– Dokumentation, uppföljning / rapportering, riskanalys?Dokumentation, uppföljning / rapportering, riskanalys?
En viktig del av verifieringen av behandlings-parametrarna är en En viktig del av verifieringen av behandlings-parametrarna är en oberoende kontroll av antalet monitor enheter (MU)oberoende kontroll av antalet monitor enheter (MU)
14 § 14 § Parametrar som är av betydelse för behandlingen skall kontrolleras,Parametrar som är av betydelse för behandlingen skall kontrolleras,om möjligt med två av varandra oberoende metoder, eller i varje fall avom möjligt med två av varandra oberoende metoder, eller i varje fall avtvå personer oberoende av varandra. Kontrollerna skall bekräftas medtvå personer oberoende av varandra. Kontrollerna skall bekräftas medsignaturer av de båda personerna. En rimlighetskontroll skall alltid utföras.signaturer av de båda personerna. En rimlighetskontroll skall alltid utföras.
SSI FS 2000:4 Föreskrifter om medicinsk strålbehandlingSSI FS 2000:4 Föreskrifter om medicinsk strålbehandling
6(28)
Inledning
Intensitetsmodulerad strålbehandling Intensitetsmodulerad strålbehandling (IMRT) är en relativt ny metod för att (IMRT) är en relativt ny metod för att leverera en integrerad 3D-leverera en integrerad 3D-dosfördelningar som är kraftigt dosfördelningar som är kraftigt formad efter tumörvolymenformad efter tumörvolymen
Vid IMRT är det ej möjligt att genomföra en manuell Vid IMRT är det ej möjligt att genomföra en manuell dosberäkningdosberäkning
Alternativet har främst varit tidskrävande och kostsamma Alternativet har främst varit tidskrävande och kostsamma mätningar och utvärderingarmätningar och utvärderingar
7(28)
Inledning
Fel kommer alltid att göras – “den mänskliga faktorn”Fel kommer alltid att göras – “den mänskliga faktorn” En oberoende beräkningskontroll kan identifiera fel innan En oberoende beräkningskontroll kan identifiera fel innan
de påverkar behandlingen av patientende påverkar behandlingen av patienten
Andra beräkningskontrollAndra beräkningskontroll
DiodmätningDiodmätning
Automatisk transfer av parametrarAutomatisk transfer av parametrarRecord and Verify systemRecord and Verify system
FältbilderFältbilder…………
Första beräkningskontrollFörsta beräkningskontrollFel inFel in
Fel utFel ut
8(28)
Syfte
Projektet syftar till att:Projektet syftar till att:
konstruera ett datorprogram för att effektivisera och höja konstruera ett datorprogram för att effektivisera och höja kvalitén på dosberäkningskontrollen vid konventionell kvalitén på dosberäkningskontrollen vid konventionell strålbehandlingstrålbehandling
utveckla och implementera beräkningsmetoder för utveckla och implementera beräkningsmetoder för oberoende kontroll av antalet MU och 2D-oberoende kontroll av antalet MU och 2D-dosfördelningar vid IMRTdosfördelningar vid IMRT
identifiera och minimera potentiella risker vid IMRT identifiera och minimera potentiella risker vid IMRT genom att använda programmet för att logga avvikelser genom att använda programmet för att logga avvikelser vid förberedelse av IMRTvid förberedelse av IMRT
9(28)
Funktionalitet
Ett datorprogram har konstruerats i programspråket C++ Ett datorprogram har konstruerats i programspråket C++ för oberoende dosberäkningarför oberoende dosberäkningar
– WindowsbaseratWindowsbaserat– Objektorienterad programmeringObjektorienterad programmering– Modulbaserat användargränssnittModulbaserat användargränssnitt
Inmatning av data sker manuellt eller via DICOMInmatning av data sker manuellt eller via DICOM
Programmet tvingar ej användaren att följa ett visst Programmet tvingar ej användaren att följa ett visst arbetsflödetarbetsflödet
10(28)
Funktionalitet
11(28)
Funktionalitet
Programmet stödjer:Programmet stödjer:– Elekta och Varians linjäracceleratorerElekta och Varians linjäracceleratorer– MU-till-dos och dos-till-MU beräkningarMU-till-dos och dos-till-MU beräkningar– Statiska och dynamiska kilarStatiska och dynamiska kilar– Olika typer av MLCOlika typer av MLC– Import av CT-data via DICOMImport av CT-data via DICOM– Import av DICOM RT-plan, RT-image och RT-doseImport av DICOM RT-plan, RT-image och RT-dose– Korrektion för inhomogeniteter, blockhållareKorrektion för inhomogeniteter, blockhållare– Godkännande av planGodkännande av plan– Spara och öppna planerSpara och öppna planer– Utskrift av beräkningsresultatUtskrift av beräkningsresultat
12(28)
Beräkningsmetoder
PDD-tabellerPDD-tabeller
TPR-tabellerTPR-tabeller
SPR-metodenSPR-metoden (Knöös et al., RTO, p201, 2001) (Knöös et al., RTO, p201, 2001)
Absorberad dos
OFPDDIKLMUMU
DD
refi
2
),(
ref
eq dSSD
dSSDdsTPRPDD
13(28)
Beräkningsmetoder
SP DDD
)1(
1
P
P
S
PS
KD
K
K
SSPP KKD
)1(
)1(0,
refref
relP
ref T
TK
M
DMD
TKK PP 0,
)()(),(0,
,0,
0,0,
fIcHfcK
K
KK
relP
refP
PrelP
Absorberad dos: SPR-metoden
14(28)
Beräkningsmetoder
)1(
)0(
)()( zz
P
P eK
zKzT
) av funktioner linjäraär och w (a
),(
zsw
zsazs
)1(
)1(0,
refref
relP
ref T
TK
M
DMD
243
21
1)(
caca
caacH
Absorberad dos: SPR-metoden
15(28)
Sterling 1964Sterling 1964
Standard tabellStandard tabell– British Journal of radiology suppl. 25British Journal of radiology suppl. 25– MLC enl. ovanMLC enl. ovan
Xiao 1999Xiao 1999 (Xiao et al., PMB, p1053, 1999) (Xiao et al., PMB, p1053, 1999)
BeräkningsmetoderEkvivalent fältsida
YX
YXs
2
b1 :skärmadär somfältet av andel
den med s skalas MLC avskärmat är fältet Om
16(28)
BeräkningsmetoderEkvivalent fältsida: Xiao 1999
00
0
0
0 0
0
cos1
1
2
1),(
)/( ,cos/
)(
)(
2
1),,(
dQw
daYX
XwdQxr
ddrw
dradYX
1 Q 1
)]2/tan(1/)1[(arctan
1 Q )2/tan(2
1
1 Q 1
)]2/tan(1/)1[(arctan
),(),(
2
2
0
0
0
0
2
2
0
0
Q
QQh
w
da
w
daQ
QQh
w
da
QYX
wYXza
zYXs
),(
),(
17(28)
BeräkningsmetoderRadiologiskt djup
inh.i
inh.irad ddρdd
Enhanced Dynamic Wedge Factor (EDWF)
2 metoder för att beräkna EDWF2 metoder för att beräkna EDWF– Fractional MU approximation (FMA)Fractional MU approximation (FMA)
• Erforderlig data är endast Golden STT tabell för Erforderlig data är endast Golden STT tabell för resp. maskin och energi.resp. maskin och energi.
– Kuperman 2005 (Kuperman 2005 (Kuperman et al. PMB, p1256, 2005)Kuperman et al. PMB, p1256, 2005)• Två ytterligare maskin- och energispecifika Två ytterligare maskin- och energispecifika
parametrar behöver dock bestämmas parametrar behöver dock bestämmas experimentellt.experimentellt.
18(28)
Beräkningsmetoder
Fixa gantry vinklarFixa gantry vinklar
Den totala dosfördelningen är summan av den Den totala dosfördelningen är summan av den absorberade dosen från ett antal segmentabsorberade dosen från ett antal segment
Varje segment behandlas som ett oregelbundet fält och Varje segment behandlas som ett oregelbundet fält och räknas separaträknas separat
Antar homogen energifluensAntar homogen energifluens
IMRT
19(28)
Resultat
Typiska tider för beräkningskontroll:Typiska tider för beräkningskontroll:– Prostata (4 fält): ca 4 minProstata (4 fält): ca 4 min– Tang.mam. (2 fält): ca 2 minTang.mam. (2 fält): ca 2 min
20(28)
ResultatKonventionell strålbehandling – SPR-metoden
0
5
10
15
20
25
30
35
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
Avvikelse mellan TPS och RVP [%]
An
tal
pla
ne
r
21(28)
ResultatKonventionell strålbehandling – SPR-metoden
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
Behandlingsområde
Me
de
lav
vik
els
e m
ell
an
RV
P o
ch
TP
S [
%]
22(28)
ResultatKonventionell strålbehandling – PDD-tabeller
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
Avvikelse mellan TPS och RVP [%]
An
tal
pla
ne
r
23(28)
ResultatKonventionell strålbehandling – PDD-tabeller
-3
-2
-1
0
1
2
3
Behandlingsområde
Med
ela
vvik
els
e m
ell
an
RV
P o
ch
TP
S [
%]
24(28)
Resultat
0 50 100 150 200 250 300 3500
20
40
60
80
100
X (mm)
Rel
ativ
e do
se (
%)
TMSRVP
0 50 100 150 200 250 300 3500
20
40
60
80
100
Y (mm)
Rel
ativ
e do
se (
%)
TMSRVP
IMRT – Preliminära resultat
25(28)
Slutsatser
Flexibilitet har varit ett nyckelord i utvecklingsarbetet Flexibilitet har varit ett nyckelord i utvecklingsarbetet vilket har gjort programmet lätt att implementera och vilket har gjort programmet lätt att implementera och anpassa till den enskilda klinikenanpassa till den enskilda kliniken
Möjligheten att importera fältparametrar via DICOM har Möjligheten att importera fältparametrar via DICOM har medfört att tiden för kontrollen har reducerats avsevärtmedfört att tiden för kontrollen har reducerats avsevärt
Programmet kan ersätta konventionella manuella Programmet kan ersätta konventionella manuella dosberäkningar för ökad noggrannhet och effektivitetdosberäkningar för ökad noggrannhet och effektivitet
Konventionell strålbehandling
26(28)
Slutsatser
Genom att anpassa modellen, så att transmissionen Genom att anpassa modellen, så att transmissionen genom MLC tas med i beräkningen kan eventuellt genom MLC tas med i beräkningen kan eventuellt underskattningen i dos korrigerasunderskattningen i dos korrigeras
Genom att ersätta tidskrävande och kostsamma mätningar Genom att ersätta tidskrävande och kostsamma mätningar med en oberoende dosberäkning kan en betydande med en oberoende dosberäkning kan en betydande minskning av arbetsbelastningen innan behandling minskning av arbetsbelastningen innan behandling uppnåsuppnås
Genom att alla behandlingsparametrar loggas kan Genom att alla behandlingsparametrar loggas kan statistiska analyser visa om det finns behandlingar som är statistiska analyser visa om det finns behandlingar som är förknippade med ökad risk förknippade med ökad risk
Intensitetsmodulerad strålbehandling
27(28)
Framtid
SPR-metoden utvecklas för IMRT beräkningarSPR-metoden utvecklas för IMRT beräkningar
Undersöka hur effektivt RVP är som en del av ett Undersöka hur effektivt RVP är som en del av ett ”multilayer” QA program för att förhindra fel”multilayer” QA program för att förhindra fel
En nationell databas utvecklas för identifiering av risker En nationell databas utvecklas för identifiering av risker vid IMRTvid IMRT
SSI?SSI?