1 Fredrik Nordström, 2 Peter Björk, 1 Sven Bäck, 3 Crister Ceberg,

Utveckling av metoder och programvara för oberoende dosberäkning och riskuppskattning inom konventionell extern strålbehandling och IMRT 1Fredrik Nordström, 2Peter Björk, 1Sven Bäck, 3Crister Ceberg, 4Ola Holmberg och 5Stefan Johnsson 1 Medicinsk strålningsfysik, Universitetssjukhuset MAS / Lunds universitet, Malmö 2 Medicinsk fysik och teknik, Mälarsjukhuset, Eskilstuna 3 Avdelningen för Radiofysik, Universitetssjukhuset i Lund, Lund 4 Avdelningen för Radiofysik, Universitetssjukhuset i Herlev, Herlev, Danmark 5 Enheten för medicinsk strålningsfysik, Länssjukhuset i Kalmar, Kalmar

Inledning • 48 676 nya cancerfall i Sverige år 2003 • Nästan hälften av alla cancerpatienter i Sverige erhåller strålbehandling • Strålbehandling sker vanligen med fotoner från en linjäraccelerator

Inledning Fixation Bildtagning Dosplanering Behandling Simulering

Inledning • Vid förberedelse av strålbehandling krävs att ordinerad dos och bestrålningsgeometrin överförs till maskin-parametrar • Konsekvensen av att en parameter är fel kan variera mellan trivial och fatal för den enskilda patienten • Studier har visat att avvikelser i absorberad dos på 5% kan ha klinisk betydelse • Effektiv och oberoende kontroll av behandlings-parametrar kan vara av stor betydelse

Inledning • Hur genomförs kontroller av parametrar (enl. FS 2000:4)? • Manuellt? Hur hanteras komplexa geometrier? IMRT? • Oberoende? • Dokumentation, uppföljning / rapportering, riskanalys? • En viktig del av verifieringen av behandlings-parametrarna är en oberoende kontroll av antalet monitor enheter (MU) 14 § Parametrar som är av betydelse för behandlingen skall kontrolleras, om möjligt med två av varandra oberoende metoder, eller i varje fall av två personer oberoende av varandra. Kontrollerna skall bekräftas med signaturer av de båda personerna. En rimlighetskontroll skall alltid utföras. SSI FS 2000:4 Föreskrifter om medicinsk strålbehandling

Inledning • Intensitetsmodulerad strålbehandling (IMRT) är en relativt ny metod för att leverera en integrerad 3D-dosfördelningar som är kraftigt formad efter tumörvolymen • Vid IMRT är det ej möjligt att genomföra en manuell dosberäkning • Alternativet har främst varit tidskrävande och kostsamma mätningar och utvärderingar

Inledning • Fel kommer alltid att göras – “den mänskliga faktorn” • En oberoende beräkningskontroll kan identifiera fel innan de påverkar behandlingen av patienten Fel in Första beräkningskontroll Andra beräkningskontroll Automatisk transfer av parametrar Record and Verify system Diodmätning Fältbilder … … Fel ut

Syfte Projektet syftar till att: • konstruera ett datorprogram för att effektivisera och höja kvalitén på dosberäkningskontrollen vid konventionell strålbehandling • utveckla och implementera beräkningsmetoder för oberoende kontroll av antalet MU och 2D-dosfördelningar vid IMRT • identifiera och minimera potentiella risker vid IMRT genom att använda programmet för att logga avvikelser vid förberedelse av IMRT

Funktionalitet • Ett datorprogram har konstruerats i programspråket C++ för oberoende dosberäkningar • Windowsbaserat • Objektorienterad programmering • Modulbaserat användargränssnitt • Inmatning av data sker manuellt eller via DICOM • Programmet tvingar ej användaren att följa ett visst arbetsflödet

Funktionalitet

Funktionalitet • Programmet stödjer: • Elekta och Varians linjäracceleratorer • MU-till-dos och dos-till-MU beräkningar • Statiska och dynamiska kilar • Olika typer av MLC • Import av CT-data via DICOM • Import av DICOM RT-plan, RT-image och RT-dose • Korrektion för inhomogeniteter, blockhållare • Godkännande av plan • Spara och öppna planer • Utskrift av beräkningsresultat

Beräkningsmetoder Absorberad dos • PDD-tabeller • TPR-tabeller • SPR-metoden (Knöös et al., RTO, p201, 2001)

Beräkningsmetoder Absorberad dos: SPR-metoden

Beräkningsmetoder Ekvivalent fältsida • Sterling 1964 • Standard tabell • British Journal of radiology suppl. 25 • MLC enl. ovan • Xiao 1999 (Xiao et al., PMB, p1053, 1999)

Beräkningsmetoder Ekvivalent fältsida: Xiao 1999

Beräkningsmetoder Radiologiskt djup • 2 metoder för att beräkna EDWF • Fractional MU approximation (FMA) • Erforderlig data är endast Golden STT tabell för resp. maskin och energi. • Kuperman 2005 (Kuperman et al. PMB, p1256, 2005) • Två ytterligare maskin- och energispecifika parametrar behöver dock bestämmas experimentellt. Enhanced Dynamic Wedge Factor (EDWF)

Beräkningsmetoder IMRT • Fixa gantry vinklar • Den totala dosfördelningen är summan av den absorberade dosen från ett antal segment • Varje segment behandlas som ett oregelbundet fält och räknas separat • Antar homogen energifluens

Resultat • Typiska tider för beräkningskontroll: • Prostata (4 fält): ca 4 min • Tang.mam. (2 fält): ca 2 min

Resultat Konventionell strålbehandling – SPR-metoden

Resultat Konventionell strålbehandling – PDD-tabeller

Resultat IMRT – Preliminära resultat

Slutsatser Konventionell strålbehandling • Flexibilitet har varit ett nyckelord i utvecklingsarbetet vilket har gjort programmet lätt att implementera och anpassa till den enskilda kliniken • Möjligheten att importera fältparametrar via DICOM har medfört att tiden för kontrollen har reducerats avsevärt • Programmet kan ersätta konventionella manuella dosberäkningar för ökad noggrannhet och effektivitet

Slutsatser Intensitetsmodulerad strålbehandling • Genom att anpassa modellen, så att transmissionen genom MLC tas med i beräkningen kan eventuellt underskattningen i dos korrigeras • Genom att ersätta tidskrävande och kostsamma mätningar med en oberoende dosberäkning kan en betydande minskning av arbetsbelastningen innan behandling uppnås • Genom att alla behandlingsparametrar loggas kan statistiska analyser visa om det finns behandlingar som är förknippade med ökad risk

Framtid • SPR-metoden utvecklas för IMRT beräkningar • Undersöka hur effektivt RVP är som en del av ett ”multilayer” QA program för att förhindra fel • En nationell databas utvecklas för identifiering av risker vid IMRT • SSI?

Tack för visat intresse! Fredrik.Nordstrom@med.lu.se

1 Fredrik Nordström, 2 Peter Björk, 1 Sven Bäck, 3 Crister Ceberg,