ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ QUALITY ASSURANCE IN 3D-CRT TREATMENT PLANNING SYSTEMS ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ Δ.Π.Μ.Σ. «ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ» ΚΑΝΕΛΛΟΠΟΥΛΟΣ ΣΤΥΛΙΑΝΟΣ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ Δ.Π.Μ.Σ. «ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ» ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ QUALITY ASSURANCE IN 3D-CRT TREATMENT PLANNING SYSTEMS ΚΑΝΕΛΛΟΠΟΥΛΟΣ ΣΤΥΛΙΑΝΟΣ Επιβλέποντες Κ. Θεοδώρου Αν. Καθηγήτρια Ιατρικής Φυσικής Ιατρική Σχολή Παν. Θεσσαλίας Γ. Τσούγκος Επ. Καθηγητής Ιατρικής Φυσικής Ιατρική Σχολή Παν. Θεσσαλίας Γ. Κύργιας Επ. Καθηγητής Ιατρικής Ιατρική Σχολή Παν. Θεσσαλίας

2 2

3 3

4 4

5 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Θέλω να ευχαριστήσω τους επιβλέποντες Καθηγητές του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας για την αρωγή και τη συμπαράσταση που επέδειξαν κατά τη διάρκεια εκπόνησης της εργασίας αυτής. Ιδιαίτερη μνεία οφείλω στην Ακτινοφυσικό του Νοσοκομείου «Άγιος Σάββας» κα Π. Γεωργολοπούλου για την εκπαίδευση που μου παρείχε, την μεταλαμπάδευση της εμπειρίας της σε θέματα δοσιμετρίας και την υπομονή που επέδειξε. 5

6 6

7 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ QA ΣΤΟ TPS ΣΚΟΠΟΣ-ΧΡΗΣΙΜΟΤΗΤΑ ΤΟΥ QA ΚΑΙ ΤΟΥ COMMISSIONING Ο ρόλος του Commissioning στα σύγχρονα TPS Τα επίπεδα ανεκτικότητας (tolerance levels) στα σύγχρονα TPS Ο ΡΟΛΟΣ ΤΟΥ ΠΟΙΟΤΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΤΟΥ ΑΞΟΝΙΚΟΥ ΤΟΜΟΓΡΑΦΟΥ (CT) ΣΤΟ QA ΤΟΥ TPS ΤΟ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ DICOM ΠΕΡΙΟΔΙΚΟΣ ΠΟΙΟΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΟΥ TPS ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Ψηφιοποιητής Film scanner Δεδομένα αξονικού τομογράφου Δεδομένα μαγνητικού τομογράφου Ακεραιότητα ταυτόχρονης εισόδου ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ Υπολογισμός MU Off-axis τετράγωνο πεδίο Off-axis πεδίο με σφήνα Off-plane πεδίο Συνήθεις τεχνικές θεραπείας

8 5.3 ΔΙΑΔΙΑΚΑΣΙΑ ΕΞΑΓΩΓΗΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Συσκευές εκτύπωσης Συσκευή κοπής blocks Μεταφορά πλάνου θεραπείας ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΩΝ ΕΛΕΓΧΟΥ QA ΕΝΟΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΠΛΑΝΟΥ ΘΕΡΑΠΕΙΑΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ-ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΟΙ ΕΛΕΓΧΟΙ Εισαγωγή δεδομένων ασθενή Εισαγωγή και χρήση εικόνων Περιγραφή δέσμης Δοσιμετρικοί υπολογισμοί ΣΕΤ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΥ ΔΕΣΜΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΔΟΣΗΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΕΛΕΓΧΟΙ - ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΑΣΘΕΝΗ: Πρόβλεψη του συστήματος σε περίπτωση καταχώρησης περιστατικού με ίδιο όνομα και ίδια κλινική πάθηση Πρόβλεψη συστήματος για την δημιουργία αντιγράφων ασφαλείας (backup) ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΧΡΗΣΗ ΕΙΚΟΝΩΝ Εισαγωγή εικόνων Εισαγωγή περιγράμματος (contour) Χρήση εικόνων Ορισμός των ανατομικών δομών Έλεγχος δημιουργίας αυτόματων περιγραμμάτων Έλεγχος δημιουργίας χειροκίνητων περιγραμμάτων

9 7.2.7 Έλεγχος χειρισμού των περιγραμμάτων Κατασκευή των όγκων ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΔΕΣΜΗΣ ΟΡΙΣΜΟΣ ΔΕΣΜΗΣ SSD, SAD και μέγεθος πεδίου Θέση και περιστροφή του gantry Θέση και περιστροφή κατευθυντήρων (collimators) Θέση και κίνηση κρεβατιού Ορισμός και ρύθμιση κατευθυντήρων Ορισμός του MLC (Multi-Leaf Collimator) Εισαγωγή σφηνών και blocks Απεικόνιση δέσμης Γεωμετρία δέσμης ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΔΟΣΗΣ ΚΑΙ MONITOR UNITS (MU) Ανοιχτά τετράγωνα πεδία Ανοιχτά ορθογώνια πεδία Μεταβολή στην απόσταση SSD Τετράγωνα πεδία με παρουσία σφήνας Ορθογώνια πεδία με παρουσία σφήνας Πεδίο με κεντρικό block Πεδίο με block Ετερογένειες Πεδίο πλάγιας πρόσπτωσης Πεδίο με έλλειμμα ιστού Off-axis τετράγωνο πεδίο

10 Off-axis ορθογώνιο πεδίο Off-axis πεδίο με σφήνα Off-plane πεδίο Εισαγωγή block ΔΙΣΔΙΑΣΤΑΤΟΣ ΚΑΙ ΤΡΙΣΔΙΑΣΤΑΤΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΔΟΣΗΣ Δισδιάστατη κατανομή δόσης Ιστόγραμμα δόσης-όγκου (Dose-Volume Histogram) ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ MONITOR UNITS ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ-ΣΥΖΗΤΗΣΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

11 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο καρκίνος είναι ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα υγείας στις ανεπτυγμένες χώρες παγκοσμίως και αποτελεί την δεύτερη συχνότερη αιτία θανάτου. Οι μισοί περίπου ασθενείς που πάσχουν από καρκίνο αντιμετωπίζονται ακτινοθεραπευτικά. Τις τελευταίες δεκαετίες έχει σημειωθεί τεράστια πρόοδος στον τομέα της ακτινοθεραπείας παγκοσμίως με την χρήση των σύγχρονων συστημάτων πλάνων θεραπείας με την βοήθεια ηλεκτρονικού υπολογιστή. Η πρόοδος αυτή οφείλεται αφενός στην συνεχή ανάπτυξη των υπολογιστικών συστημάτων και αφετέρου στην χρήση νέων τεχνολογιών στην ιατρική απεικόνιση (CT, PET-CT, SPECT-CT, MRI κα), αλλά και την ακτινοθεραπεία (MLC, IMRT κα) και στην ανάπτυξη βελτιωμένων αλγορίθμων υπολογισμού δόσης. Θεμελιώδης σκοπός της ανάπτυξης αυτών των τεχνολογιών είναι η καλύτερη δυνατή αντιμετώπιση του ασθενή με την μεγιστοποίηση της δόσης στους νοσούντες ιστούς και προφύλαξη των υγιών ιστών, με ελαχιστοποίηση της δόσης σε αυτούς. Επιπροσθέτως, δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στην ελαχιστοποίηση της δόσης στο εξειδικευμένο προσωπικό. Στον αντίποδα, η συνεχής εξέλιξη στον τομέα της ακτινοθεραπείας έχει οδηγήσει στην δημιουργία πλήρως αυτοματοποιημένων και πολυσύνθετων συστημάτων με αρκετά εξελιγμένους αλγορίθμους, με αποτέλεσμα την ανάγκη ελέγχου της ακρίβειας, της αξιοπιστίας αλλά και της σωστής λειτουργίας τους. Είναι πάρα πολύ σημαντικό λοιπόν να αναπτυχθεί ένας μηχανισμός που θα μπορεί να ελέγχει την σωστή λειτουργία των χρησιμοποιούμενων συστημάτων αλλά και να προλαμβάνει τυχόν σφάλματα τα οποία είναι πιθανό να οδηγήσουν σε σοβαρά ατυχήματα, όπως έχει συμβεί στο παρελθόν. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί το ατύχημα του Παναμά (2000), όπου η αλλαγή στην εισαγωγή δεδομένων του συστήματος σχεδιασμού πλάνου θεραπείας (συγκεκριμένα στην ταυτόχρονη εισαγωγή άνω του ενός block ανά πεδίο), οδήγησε σε υπερδοσιασμό των ασθενών σε επίπεδα της τάξης του 100%, επηρεάζοντας τουλάχιστον 26 από αυτούς και οδηγώντας στον θάνατο τουλάχιστον 5. Αυτός είναι και ο κυριότερος λόγος που έγινε επιτακτική η ανάγκη της διασφάλισης ποιότητας (Quality Assurance-QA) στα σύγχρονα συστήματα πλάνων θεραπείας (Treatment Planning Systems-TPS). Η επιτροπή της Αμερικάνικης Ένωσης Φυσικών Ιατρικής (American Association of Physicists in Medicine Radiation Therapy- AAPM) και ο Διεθνής Οργανισμός Ατομικής Ενέργειας (International Atomic Energy Agency-IAEA) έχουν εκδώσει μια σειρά πρωτοκόλλων που περιλαμβάνουν το σύνολο των ενεργειών που πρέπει να περιλαμβάνει η ποιοτική διασφάλιση των σύγχρονων συστημάτων πλάνων θεραπείας. Σε αυτή την διπλωματική εργασία, έχοντας ως βασικό γνώμονα το booklet No. 7 της European Society for Radiotherapy and Oncology (ESTRO) 1 (2004) και με την βοήθεια των κατευθυντήριων γραμμών (guidelines) του Task Group 53 της AAPM 2 (1998) και του Technical Reports Series No. 430 της IAEA 3 (2004), θα προσπαθήσουμε να κατηγοριοποιήσουμε και να αναπτύξουμε το σύνολο των ενεργειών που χρειάζονται ώστε να διασφαλιστεί η σωστή λειτουργία του TPS, καθώς και η αξιοπιστία του υπό συνθήκες καθημερινής λειτουργίας. Θα καλυφθούν 11

12 οι έννοιες του Quality Assurance και του Commissioning και η χρησιμότητα τους σε ένα σύγχρονο σύστημα σχεδιασμού ακτινοθεραπείας, αλλά και τα επίπεδα ανεκτικότητας για τα πιθανά σφάλματα που δημιουργούνται στην κλινική πράξη. Στην συνέχεια θα αναφερθούμε στην χρησιμότητα του ποιοτικού ελέγχου των συστημάτων απεικόνισης που σχετίζονται με την ακτινοθεραπεία και έπειτα θα κατηγοριοποιήσουμε και αναλύσουμε τις κατηγορίες ελέγχου ενός σύγχρονου συστήματος πλάνου θεραπείας. Στο τέλος θα αναφερθούμε στις τακτικές δοκιμές ποιοτικού ελέγχου, ώστε να διασφαλιστεί ο συνεχής έλεγχος πιθανών σφαλμάτων και η σωστή λειτουργία όλου του συστήματος. Προτού συνεχίσουμε, θα πρέπει να αναφέρουμε την χρησιμότητα ύπαρξης ενός πρωτοκόλλου μεταφοράς ιατρικών εικόνων, καθώς η μεταφορά ιατρικών εικόνων έχει άμεση συνάφεια με το QA των σύγχρονων συστημάτων πλάνου θεραπείας. 12

13 2. ΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ QA ΣΤΟ TPS Ως Quality Assurance (QA) σε σύστημα πλάνου θεραπείας (TPS), ορίζεται το σύνολο των διαδικασιών που πρέπει να διενεργηθούν, ώστε να καθοριστεί η ακρίβεια και η αξιοπιστία του TPS. Επιπροσθέτως, το QA περιλαμβάνει όλες τις απαιτούμενες διαδικασίες διασφάλισης της σωστής λειτουργίας του συστήματος βάσει των καθορισμένων προδιαγραφών. Το QA είναι απαραίτητο όχι μόνο κατά την διαδικασία του treatment planning, αλλά και στις διαδικασίες εισόδου-εξόδου. Αυτό γίνεται αντιληπτό αν κατανοήσουμε ότι μια εσφαλμένη είσοδος στο σύστημα, αποτελεί συστηματική πηγή σφαλμάτων κατά την διαδικασία του treatment planning και δίνει λάθος αποτέλεσμα στην έξοδο. Επίσης, είναι εξίσου απαραίτητο το QA και στην έξοδο ώστε να μπορεί να ελεγχθεί η σωστή λειτουργία του TPS. QA Inputs TPS Outputs Σχήμα 2.1: Στάδια QA σε Συστήματα Σχεδιασμού Θεραπείας Η διαδικασία του σχεδιασμού πλάνου θεραπείας είναι αρκετά σύνθετη και περιλαμβάνει ένα μεγάλο αριθμό επί μέρους τμημάτων που συμβάλλουν στην συνολική διαδικασία. Οι κυριότεροι τομείς είναι 4 : 1. Τοποθέτηση-Ακινητοποίηση ασθενή στην θέση λήψης διαγνωστικής εικόνας και την θέση θεραπείας (είσοδος) 2. Ανάκτηση δεδομένων και είσοδος εικόνων (CT) στο σύστημα σχεδιασμού θεραπείας (είσοδος) 3. Καθορισμός ανατομικών δομών (σχεδιασμός πλάνου) 4. Τεχνική ακτινοβόλησης (σχεδιασμός πλάνου) 5. Υπολογισμοί δόσης (σχεδιασμός πλάνου) 6. Αξιολόγηση πλάνου (σχεδιασμός πλάνου) 7. Μεταφορα στοιχείων σε εξομοιωτή/γραμμικό επιταχυντή (έξοδος) 13

14 8. Εφαρμογή πλάνου (έξοδος) Οι παραπάνω διεργασίες αποτελούν το σύνολο διαδικασιών που συντελούν στον σχεδιασμό πλάνου θεραπείας. Όλες οι ανωτέρω διεργασίες υπόκεινται στην διαδικασία QA με σκοπό: Τον έλεγχο της ορθής εισαγωγής δεδομένων (inputs) στο σύστημα σχεδιασμού, ώστε να αποφευχθεί η εμφάνιση συστηματικών σφαλμάτων κατά την εισαγωγή (για τις διεργασίες 1-2) Τον έλεγχο της ορθότητας σχεδιασμού του πλάνου θεραπείας (TP), προς αποφυγή σφαλμάτων κατά την διαδικασία σχεδιασμού (για τις διεργασίες 3-6) Τον έλεγχο της ορθής εξαγωγής δεδομένων (outputs), για την διασφάλιση της σωστής μεταφοράς στοιχείων στην διαδικασία θεραπείας και τον έλεγχο ορθότητας των παραπάνω διαδικασιών (για τις διεργασίες 7-8) Η παράλειψη της διαδικασίας QA σε οποιαδήποτε από τις παραπάνω διεργασίες είναι πιθανόν να οδηγήσει σε αποτυχία ορθού σχεδιασμού θεραπείας. 14

15 3. ΣΚΟΠΟΣ-ΧΡΗΣΙΜΟΤΗΤΑ ΤΟΥ QA ΚΑΙ ΤΟΥ COMMISSIONING Πρωταρχικός σκοπός του QA είναι η πρόβλεψη και η ελαχιστοποίηση των σφαλμάτων που μπορεί να προκύψουν καθ όλη την διάρκεια της διαδικασίας του σχεδιασμού πλάνου θεραπείας. Τα ανεκτά και αναμενόμενα σφάλματα μπορούν να εκφραστούν με δύο τρόπους: α) είτε με επί τοις εκατό (%) σφάλμα, β) είτε ως απόσταση. Η ανεκτικότητα ποικίλλει ανάλογα με την απόσταση από τον κεντρικό άξονα της δέσμης, αλλά και την επιφάνεια της δέσμης. Πιο συγκεκριμένα, η ανεκτικότητα είναι μεγαλύτερη στις περιοχές υψηλής μεταβολής (βάθμωσης) δόσης (build-up, penumbra), που βρίσκονται στα άκρα και την επιφάνεια του πεδίου δέσμης και μικρότερη στις περιοχές χαμηλής μεταβολής (central axis, inside, outside), που βρίσκονται κοντά στον κεντρικό άξονα του πεδίου δέσμης. Στην ενότητα 3.2 θα αναλυθούν εκτενώς τα επίπεδα ανεκτικότητας. Κατά την ανάπτυξη του QA εμπλέκονται οι παρακάτω τομείς 5 : Acceptance testing Commissioning Routine QA (reproducibility) testing 3.1 Ο ρόλος του Commissioning στα σύγχρονα TPS Το commissioning περιλαμβάνει το σύνολο των ελέγχων που προβλέπονται για την σωστή λειτουργία του συστήματος σχεδιασμού πλάνου σε συνθήκες καθημερινής ρουτίνας. Η διαδικασία του commissioning εξελίσσεται συνεχώς λόγω του εκσυγχρονισμού των συστημάτων θεραπείας. Στα σύγχρονα TPS υπάρχουν πολλές επιλογές σχεδιασμού ενός πλάνου θεραπείας. Αυτός είναι και ο λόγος που το πλήρες commissioning καθίσταται ανέφικτο σε κλινικό περιβάλλον. Στην πραγματικότητα, η διαδικασία του commissioning προσαρμόζεται στα δεδομένα του εκάστοτε TPS. Τα πιο σημαντικά στοιχεία της διαδικασίας του commissioning χωρίζονται σε δύο βασικές συνιστώσες: α) Τα μη δοσιμετρικά τεστ (non-dosimetric tests) και β) τα δοσιμετρικά τεστ (dosimetric tests). Τα non-dosimetric tests περιλαμβάνουν την βαθμονόμηση και την σωστή λειτουργία των περιφερειακών συσκευών (ψηφιοποιητές, σαρωτές φιλμ, εκτυπωτές), την βαθμονόμηση και την μεταφορά δεδομένων από τα συστήματα απεικόνισης (CT, MRI κα), τον ορισμό και την ακρίβεια των ανατομικών δομών ( 2D και 3D δομές, ROI) και την επαλήθευση των αποτελεσμάτων. Στα dosimetric tests περιλαμβάνεται ένα ευρύ φάσμα δοκιμών που σχετίζονται με δοσιμετρικά χαρακτηριστικά, όπως την επαλήθευση των δεδομένων εισόδου του συστήματος, την επαλήθευση υπολογισμού σχετικής και απόλυτης 15

16 δόσης (σύγκριση θεωρητικών με τα μετρούμενα MU),την επαλήθευση των ισοδοσιακών επιφανειών και τέλος την επαλήθευση της κλινικής περίπτωσης. Ακρίβεια ψηφιοποητή,σαρωτή Non-dosimetric Ανάκτηση εικόνων (CT) Tests Ακρίβεια ROI Επαλήθευση εξόδου Dosimetric Υπολογισμός MU Επαλήθευση ισοδοσιακών Σχήμα 3.1: Στοιχεία διαδικασίας του Commissioning Αξιολόγηση κλινικής περίπτωσης Ανακεφαλαιώνοντας, αντιλαμβανόμαστε την σημαντικότητα της διαδικασίας του QA στην ακτινοθεραπεία ώστε να επιτευχθούν οι θεμελιώδεις αρχές της, δηλαδή η εξασφάλιση υψηλών ποσοστών ελέγχου του όγκου και παράλληλα η ελαχιστοποίηση των διαφόρων επιπλοκών. Τα πλεονεκτήματα λοιπόν του QA στα TPS της ακτινοθεραπείας, σύμφωνα με τους D.I. Thwaites et al 6, συνοψίζεται στα εξής: Το QA μειώνει αβεβαιότητες και σφάλματα στον τομέα της δοσιμετρίας, τον σχεδιασμό της θεραπείας, την απόδοση του εξοπλισμού, την διαδικασία της θεραπείας κα. Έτσι επιτυγχάνεται η βελτίωση της δοσιμετρίας, της γεωμετρικής ακρίβειας και κατανομής δόσης. Αποτέλεσμα αυτών είναι η συνολική βελτίωση της ακτινοθεραπείας, ως μέθοδο θεραπείας ασθενών με καρκίνο, με την επίτευξη των ποσοστών ελέγχου του όγκου, την μείωση πιθανών επιπλοκών και των ποσοστών υποτροπής. Το QA όχι μόνο μειώνει την πιθανότητα ατυχημάτων και την εμφάνιση λαθών, αλλά παράλληλα αυξάνει και την πιθανότητα αναγνώρισης και άμεσης διόρθωσης, στην περίπτωση που δεν αποφευχθεί η εμφάνιση λαθών. Με αυτό τον τρόπο μειώνονται οι επιπτώσεις κατά την θεραπεία του ασθενή. Αυτή η διαδικασία συναντάται όχι μόνο σε σοβαρά περιστατικά, 16

17 αλλά και σε ήσσονος σημασίας μικρότερης κλίμακας περιστατικά που όμως εμφανίζουν μεγαλύτερη πιθανότητα εμφάνισης λάθους. Το QA επιτρέπει μια αρκετά αξιόπιστη σύγκριση των αποτελεσμάτων μεταξύ διαφόρων κέντρων ακτινοθεραπείας, εξασφαλίζοντας με αυτόν τον τρόπο μια πιο ομοιόμορφη και υψηλής ακρίβειας δοσιμετρία και θεραπεία. Αυτό είναι απαραίτητο για την καθημερινή ρουτίνα ενός κέντρου ακτινοθεραπείας, καθώς και την διαδικασία κλινικών δοκιμών και την ανταλλαγή εμπειριών μεταξύ των ακτινοθεραπευτικών κέντρων. Το QA αξιοποιεί πλήρως την βελτιωμένη, αλλά παράλληλα πολύπλοκη, τεχνολογία στις σύγχρονες τεχνικές ακτινοθεραπείας, εξασφαλίζοντας την επίτευξη πολύ υψηλών επιπέδων ακρίβειας και σταθερότητας της διαδικασίας. Δύο ακόμα τομέις που εμπλέκονται, σε μικροτερο βαθμό, στην ανάπτυξη του QA είναι το acceptance testing και το routine QA testing. Το acceptance testing (δοκιμές αποδοχής) επιβεβαιώνει ότι το TPS λειτουργεί σύμφωνα με τις προδιαγραφές του κατασκευαστή. Τέλος το routine QA testing (τεστ επαναληψιμότητας) εξασφαλίζει την σταθερότητα της λειτουργίας και των αποτελεσμάτων του TPS, αλλά και την επαναληψιμότητα αυτών. 3.2 Τα επίπεδα ανεκτικότητας (tolerance levels) στα σύγχρονα TPS Αν επανέλθουμε στους πρωταρχικούς σκοπούς του QA στα σύγχρονα TPS, θα αντιληφθούμε ότι στην πραγματικότητα είναι αδύνατον να μηδενίσουμε την πιθανότητα εμφάνισης σφαλμάτων καθ όλη την διαδικασία σχεδιασμού του πλάνου θεραπείας. Αυτό που επιτυγχάνεται με το QA είναι η αναγνώριση των σφαλμάτων και η ελαχιστοποίηση τους. Ακόμα και σε αυτή την περίπτωση όμως θα πρέπει να ορίσουμε κάποια επίπεδα ανεκτικότητας (tolerance levels), για τα ανεκτά και αναμενόμενα σφάλματα που εμφανίζονται. Κατά τις περασμένες δεκαετίες τα επίπεδα ανεκτικότητας είχαν ορισθεί στα επίπεδα μιας μονάδας τυπικής απόκλισης (1SD), ή περίπου στο ±3,5%. Με τον εκσυγχρονισμό της τεχνολογίας και των τεχνικών ακτινοθεραπείας στα σύγχρονα TPS, εμφανίστηκε η ανάγκη για περαιτέρω μείωση των επιπέδων ανεκτικότητας. Στα σύγχρονα TPS ο στόχος είναι η ανεκτικότητα να βρίσκεται στα επίπεδα του ±2% μεταξύ της υπολογισμένης δόσης και της πραγματικής δόσης θεραπείας 7. Στην πραγματικότητα η τιμή ανεκτικότητας δεν είναι απόλυτη, καθώς τα επίπεδα ανεκτικότητας ποικίλλουν λόγω της διαφορετικής συνεισφοράς της κάθε περιοχής στην απορροφούμενη από τον ασθενή δόση. Στις περιοχές μεγάλης συνεισφοράς στην συνολική δόση και στις περιοχές μικρής κλίσης δόσης τα επίπεδα αποδοχής (ανεκτικότητας) είναι αρκετά πιο «αυστηρά». 17

18 Αντιθέτως, στις περιοχές υψηλής κλίσης δόσης και τις περιοχές οι οποίες συνεισφέρουν σε μικρότερο βαθμό στην συνολική δόση παρατηρείται μια ελαστικότητα, όσον αφορά στα επίπεδα ανεκτικότητας. Στην δεύτερη κατηγορία συγκαταλέγονται οι περιοχές παρασκιάς (penumbra), εισόδου (build-up) και του εξωτερικού της δέσμης. Στην περιοχή παρασκιάς 8 η δόση πέφτει απότομα (υψηλή κλίση) και οφείλεται στο πεδίο που ορίζουν οι κατευθυντήρες (collimators), το πεπερασμένο μέγεθος της πηγής και την πλευρική ηλεκτρονική αστάθεια. Το φαινόμενο της παρασκιάς εμφανίζεται στα άκρα της δέσμης και το προφίλ δόσης σε αυτή την περιοχή έχει σιγμοειδή μορφή. Επεκτείνεται από τις σιαγόνες των κατευθυντήρων έως την περιοχή ουράς παρασκιάς όπου και συναντάται μικρή ποσότητα δόσης. Αυτή η δόση οφείλεται κατά ένα μέρος στην μετάδοση διαμέσου των σιαγόνων των κατευθυντήρων (παρασκιά μετάδοσης), κατά δεύτερον στο πεπερασμένο μέγεθος της πηγής (γεωμετρική παρασκιά) και τέλος λόγω σκεδάσεων από τον ασθενή και τα διάφορα μέρη της διάταξης (παρασκιά σκέδασης). Τα τρία προηγούμενα αποτελούν στο σύνολο την φυσική παρασκιά. Η φυσική παρασκιά έχει άμεση εξάρτηση με την ενέργεια δέσμης, το μέγεθος της πηγής, την απόσταση πηγής-επιφάνειας, την απόσταση πηγής-κατευθυντήρων και το βάθος εντός του ασθενή. Η δόση συνεισφοράς στην περιοχή του build-up έχει άμεση εξάρτηση με το μέγεθος πεδίου και οφείλεται κυρίως στην εναπόθεση ενέργειας από τα δευτερεύοντα ηλεκτρόνια, την εμπροσθοσκέδαση από την επιφάνεια του ασθενή και την οπισθοσκέδαση από τα μεγαλύτερα βάθη. Τέλος, η δόση που εμφανίζεται στο εξωτερικό της δέσμης οφείλεται σε φαινόμενα σκέδασης από την αλληλεπίδραση των φωτονίων με σωμάτια του αέρα, του θαλάμου ιονισμού, σε σκέδαση από τις σιαγόνες των κατευθυντήρων αλλά και από την επιφάνεια του σώματος του ασθενή. Στις περιοχές μικρής ανεκτικότητας συμπεριλαμβάνονται η περιοχή του κεντρικού άξονα (central axis) της δέσμης και το υπόλοιπο εσωτερικό που ορίζεται από το πεδίο της δέσμης. 18

19 Σχήμα 3.2: Ορισμός των διαφόρων περιοχών της δέσμης στις οποίες ορίζονται διαφορετικά επίπεδα ανεκτικότητας Για την δημιουργία των επιπέδων ανεκτικότητας θα πρέπει πρωτίστως να γίνει μια σύγκριση μεταξύ των θεωρητικών και των υπολογισμένων δόσεων στις προαναφερθείσες περιοχές, εκφρασμένες σε ποσοστιαίες % διαφορές. Προτιμάται η κανονικοποίηση να γίνεται σε συνάρτηση με την τοπική θεωρητική τιμή της δόσης (D) από την δόση στο βάθος dmax (Dmax ). Αυτή η μέθοδος δίνει πιο χρήσιμα κλινικά αποτελέσματα καθώς δίνει σαφέστερη εικόνα για την επιτυχία κλινικής αντιμετώπισης του όγκου. Οι αποκλίσεις μεταξύ μετρούμενων και υπολογισμένων τοπικών δόσεων υπολογίζονται ως εξής 9 : δ= 100% ( Dcalc- Dmeas)/ Dmeas (1) Τα κριτήρια αποδοχής των υπολογισμών δόσεων που υπόκεινται σε σύγκριση σχετίζονται με αβεβαιότητες οι οποίες εμφανίζονται αναπόφευκτα στην δοσιμετρία και με προβλεπόμενα σφάλματα. Οι αποκλίσεις μετρώνται για τις τέσσερις περιοχές που έχουν αναφερθεί πρωτύτερα και θα οριστούν τα επίπεδα ανεκτικότητας. δ1: αφορά σε σημεία που βρίσκονται στον κεντρικό άξονα της δέσμης και βρίσκονται κάτω από το βάθος dmax. Είναι περιοχή χαμηλής κλίσης και υψηλής συνεισφοράς δόσης. δ2: περιλαμβάνει τα σημεία δεδομένων στις περιοχές build-up, penumbra και σε περιοχές των ορίων ετερογενειών. Συνθέτουν περιοχές υψηλής συνεισφοράς δόσης και υψηλής κλίσης. Γενικά, περιοχή υψηλής κλίσης δόσης ορίζεται περιοχή μεταβολής της δόσης κατά 3% ανά mm. 19

20 δ3: ορίζονται σημεία δεδομένων πέραν του βάθους dmax, εντός του πεδίου που ορίζει η δέσμη αλλά εκτός του κεντρικού άξονα. Είναι περιοχή χαμηλής κλίσης και υψηλής συνεισφοράς δόσης. δ4: αποτελείται από σημεία δεδομένων τα οποία βρίσκονται εκτός του πεδίου της δέσμης, πέραν των block θωράκισης και, γενικά, πέραν του βάθους dmax. Είναι περιοχή χαμηλής κλίσης και χαμηλής δόσης. Επειδή περιλαμβάνει τα σημεία που βρίσκονται εκτός του πεδίου της δέσμης επιβαρύνεται από μεγάλη ανακρίβεια στην σύγκριση με γειτονική θεωρητική δόση. Στην περίπτωση αυτή χρησιμοποιείται εναλλακτική έκφραση υπολογισμού της απόκλισης: δ4= 100% ( Dcalc- Dmeas)/ Dmeas,cax (2), όπου η σύγκριση μεταξύ υπολογισμένης και μετρούμενης δόσης γίνεται σε συνάρτηση με το σημείο Dmeas,cax που βρίσκεται πάνω στον κεντρικό άξονα της δέσμης και στο ίδιο ύψος. Δύο ακόμα σημεία που μπορούν να οδηγήσουν σε χρήσιμα συμπεράσματα σε συγκριτικό επίπεδο είναι: το RW 50 : το ακτινολογικό πλάτος το οποίο ορίζεται ως το πλάτος του δοσιμετρικού προφίλ στο μισό του ύψους (δηλαδή στο 50% της δόσης) συγκρινόμενο με την τιμή στον άξονα της δέσμης. δ : η απόσταση που ορίζεται από τα σημεία στο 50% και 90% (σε σχέση με την μέγιστη τιμή) στην περιοχή παρασκιάς. Παρακάτω παρατίθενται σχηματικά οι περιοχές ενδιαφέροντος σε καμπύλη δόσηςβάθους και σε δοσιμετρικό προφίλ. Σχήμα 3.3: Εμφάνιση σημείων αποκλίσεων δ 1 -δ 4 και περιοχών RW 50, δ α) σε καμπύλη δόσης-βάθους (PDD) και β) σε δοσιμετρικό προφίλ (profile) Τα επίπεδα ανεκτικότητας δεν μπορούν να οριστούν ακόμα καθώς υπάρχουν μερικοί ακόμα παράγοντες που επηρεάζουν σε μεγάλο βαθμό τα τελικά επίπεδα. 20

21 Ένας πολύ βασικός παράγοντας είναι ο αλγόριθμος που χρησιμοποιούμε. Όσο πιο σύνθετος είναι ο αλγόριθμος σχεδιασμού, όπως πχ. ο αλγόριθμος pencil beam που προβλέπει σκεδάσεις κλπ, τόσο περισσότερο μεγαλώνουν τα όρια ανεκτικότητας. Ακόμα ένας σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει τα όρια ανεκτικότητας είναι η γεωμετρία πεδίων. Συμμετρικά πεδία απλής γεωμετρίας οδηγούν σε πιο μικρά όρια. Τέλος, ένας ακόμα παράγοντας καθορισμού των ορίων είναι η ομοιογένεια του δείγματος εικόνας που λαμβάνεται. Στην περίπτωση ομοιογενών δειγμάτων τα όρια είναι πιο αυστηρά σε σχέση με δείγματα που περιλαμβάνουν ετερογένειες. Συνοψίζοντας όλα τα παραπάνω, παρατίθεται ένας πίνακας με τις προτεινόμενες τιμές ανεκτικότητας για τις διάφορες περιοχές ενδιαφέροντος, κάνοντας και διαχωρισμό σε σχέση με την ομοιογένεια του δείγματος και την πολυπλοκότητα της γεωμετρίας του σχεδιασμού. Πίνακας 3.4: Προτεινόμενα επίπεδα ανεκτικότητας για τα διάφορα σημεία ενδιαφέροντος για διάφορους τύπους ομοιογένειας και συμμετρίας γεωμετρίας δέσμης (Welleweerd et al. 2001) Στην πρώτη στήλη του πίνακα (1) παρατίθενται τα επίπεδα ανεκτικότητας για δοκιμή σε ομογενές μέσο με απλή γεωμετρία (συμμετρικά πεδία). Η ανεκτικότητα εκφράζεται είτε σε επί τοις εκατό (%) ποσοστά, είτε σε αποστάσεις (mm). Λόγω της ομοιογένειας του δείγματος δοκιμής και των συμμετρικών πεδίων, τα όρια είναι πιο μικρά, συγκρινόμενα με τις άλλες δύο στήλες. Στην δεύτερη στήλη (2) δίνονται τιμές για πιο σύνθετες γεωμετρίες, όπου υπάρχει η παρουσία σφηνών, ασυμμετρία πεδίων, ετερογενειών ή ελλείμματος ιστού. Σε αυτή την περίπτωση, για την δοσιμετρία χρησιμοποιείται σύνθετη γεωμετρία αλλά χωρίς να γίνεται συνδυασμός των παραπάνω στοιχείων. Στην τελευταία στήλη (3) η δοσιμετρία γίνεται πάλι σε σύνθετη γεωμετρία, αλλά επιτρέπεται ο συνδυασμός διαφόρων σύνθετων τεχνικών. Στην Τρίτη και τελευταία περίπτωση τα όρια ανεκτικότητας είναι μεγαλύτερα από τις υπόλοιπες περιπτώσεις, καθώς περιλαμβάνεται δείγμα με ετερογένεια και συνδυασμός σύνθετων γεωμετρικών τεχνικών. 21

22 4. Ο ΡΟΛΟΣ ΤΟΥ ΠΟΙΟΤΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΤΟΥ ΑΞΟΝΙΚΟΥ ΤΟΜΟΓΡΑΦΟΥ (CT) ΣΤΟ QA ΤΟΥ TPS Το QA του TPS είναι άρρηκτα συνδεδεμένο με την ποιότητα των εικόνων που εισάγονται στο σύστημα. Άρα πρωταρχικό μέλημα μας είναι ο έλεγχος της ποιότητας εικόνας του αξονικού τομογράφου (CT). Για αυτό τον λόγο γίνονται μετρήσεις για τον θόρυβο, την ομοιομορφία εικόνας, την ακρίβεια, την γραμμικότητα, την ανάλυση εικόνας υψηλής αντίθεσης, την ανιχνευσιμότητα χαμηλής αντίθεσης και την ανακρίβεια του πάχους τομών. Η εξέλιξη της τεχνολογίας τις τελευταίες δεκαετίες έχει οδηγήσει στην δημιουργία ρηξικέλευθων συσκευών και τεχνικών απεικόνισης με τεράστια συνεισφορά στον τομέα της ακτινοθεραπείας. Ο εκσυγχρονισμός του αξονικού τομογράφου (computed tomography-ct), του μαγνητικού τομογράφου (magnetic resonance imaging-mri) και της υπερηχοτομογραφίας (ultrasound-u/s) και η χρησιμοποίηση νέων σύνθετων απεικονιστικών μέσων όπως της τομογραφίας εκπομπής ποζιτρονίου (positron emission tomography-pet) και της τομογραφίας εκπομπής φωτονίου (single photon emission computed tomography-spect) έχουν συμβάλλει σε πολύ μεγάλο βαθμό στην βελτιστοποίηση της διαγνωστικής αξίας στην ιατρική απεικόνιση, αλλά και στην ακτινοθεραπεία. Τα τελευταία χρόνια συμπεριλήφθηκαν στην ιατρική απεικόνιση και νέες τεχνολογίες σύνθεσης απεικονιστικών μέσων. Τελευταία δείγματα της εξέλιξης αυτής είναι το PET-CT,το SPECT-CT και το PET-MRI. Όπως προαναφέρθηκε, άμεσο αντίκτυπο είχε αυτή η εξέλιξη και στον τομέα της ακτινοθεραπείας, όπου με την βελτίωση των ιατρικών εικόνων έγινε ευκολότερη η διαδικασία της ιατρικής διάγνωσης και κατ επέκταση και η διαδικασία του treatment planning. Με την βελτίωση της ιατρικής εικόνας επιτυγχάνεται και η μείωση της πιθανότητας σφαλμάτων κατά την διάγνωση και κατά τον σχεδιασμό θεραπείας. Για να ευδοκιμήσει λοιπόν η διαδικασία του QA στο TPS κατέστη απαραίτητη και η βελτίωση της ιατρικής εικόνας και ο έλεγχος των εικόνων που εισέρχονται στα συστήματα σχεδιασμού πλάνων. Άρα είναι απαραίτητος και ο ποιοτικός έλεγχος των σύγχρονων συστημάτων απεικόνισης. Άμεση συνάφεια με την χρήση της κατάλληλης απεικονιστικής μεθόδου έχει η κλινική περίπτωση που εξετάζεται. Ανάλογα με τα κλινικά χαρακτηριστικά του όγκου (στον τομέα της ακτινοθεραπείας) αναζητείται η απεικονιστική μέθοδος που δίνει την καλύτερη εικόνα και διευκολύνει την κλινική διάγνωση. Παρά την ποικιλία των σύγχρονων απεικονιστικών μεθόδων, στην πλειοψηφία των ιατρικών περιστατικών ογκολογικού ενδιαφέροντος προκρίνεται η αξονική τομογραφία ως επικρατέστερη απεικονιστική μέθοδος. Η εξέλιξη του αξονικού τομογράφου τα τελευταία χρόνια έχει συμβάλλει σε αρκετά μεγάλο βαθμό στην προτίμηση του ως καλύτερο απεικονιστικό μέσο. Στην κλινική καθημερινότητα, για να έχουμε μια καλή εικόνα, σε διαγνωστικό επίπεδο, πρέπει να έχουμε σωστή πληροφόρηση για: 22

23 Το εξωτερικό του ασθενή Την θέση του Την θέση των χαρακτηριστικών σημαδιών στο σώμα του Το πάχος και το πλήθος των τομών Την αναπνοή του ασθενή (πχ για αξονική θώρακα) Οι σύγχρονοι αξονικοί τομογράφοι ελικοειδούς κίνησης και πολλαπλών ανιχνευτών πληρούν όλα τα παραπάνω κριτήρια. Η συνεχής ελικοειδής κίνηση τους προσφέρει αφενός μεγάλη ταχύτητα στην εξέταση και αφετέρου αρκετά καλή εικόνα. Λόγω της κίνησης της κεφαλής και της αύξησης των ανιχνευτών αυξάνεται το πλήθος των τομών και μειώνεται η απόσταση μεταξύ τους. Με αυτόν τον τρόπο επιτυγχάνεται μια πιο πλήρης εικόνα με σχεδόν- τρισδιάστατη μορφή. Επίσης, με την βοήθεια των σύγχρονων λογισμικών επιτυγχάνεται ευκρινέστερη απεικόνιση του εξωτερικού και των εσωτερικών δομών και διορθώνονται ψευδενδείξεις που οφείλονται σε κίνηση ή αναπνοή του ασθενή. Πέραν των προαναφερθέντων, ο βασικότερος λόγος που ο αξονικός τομογράφος προκρίνεται ως απεικονιστική μέθοδος κατάλληλη για σχεδιασμο θεραπείας είναι ότι δίνει πολύ καλή πληροφορία πυκνότητας ηλεκτρονίων στους ιστούς και έτσι καθιστά ευκολότερο τον υπολογισμό συνεισφοράς δόσης στον ασθενή. Επίσης, άλλο ένα πλεονέκτημα του αξονικού τομογράφου είναι οτι δεν έχει γεωμετρικές παραμορφώσεις. Αυτόματα λοιπόν μπορούμε να έχουμε μια πολύ αξιόλογη εικόνα σχεδόν για όλες τις ανατομικές περιοχές του ανθρώπινου σώματος. Μοναδικό μειονέκτημα 1 της αξονικής τομογραφίας είναι ότι υστερεί στην απεικόνιση των μαλακών μορίων, έναντι της μαγνητικής τομογραφίας που είναι η δεύτερη επικρατέστερη απεικονιστική μέθοδος. Στην μαγνητική τομογραφία το πλεονέκτημα είναι η καλύτερη αντίθεση στην απεικόνιση μαλακών μορίων, κάτι που βοηθά στην καλύτερη οριοθέτηση όγκων και υγιών οργάνων. Μειονέκτημα της μαγνητικής τομογραφίας είναι η δημιουργία παραμορφώσεων εικόνας, λόγω ανακριβειών στο βαθμωτό πεδίο. Για τον λόγο αυτό προτείνεται η σύντηξη (fusion) εικόνων αξονικού-μαγνητικού τομογράφου για την βελτίωση της απεικόνισης. Άρα συνολικά, στην συντριπτική πλειοψηφία των ογκολογικών περιστατικών χρησιμοποιείται η αξονική τομογραφία για την απεικόνιση ανατομικών δομών, λόγω καλής γεωμετρίας και πληροφορίας της πυκνότητας ιστών και μανητική τομογραφία ή PET, για καλύτερη πληροφορία και απεικόνιση μαλακών μορίων, σε σύντηξη με αξονική τομογραφία. Για να εξασφαλιστεί η υψηλής ποιότητας απεικόνιση στις εικόνες που εισάγονται στα συστήματα πλάνων θεραπείας, απαιτείται ένα σύνολο ενεργειών και ελέγχων που θα υποβληθεί ο CT. Το σύνολο αυτών των ενεργειών αποτελούν την διαδικασία 1 Άλλο ένα μειονέκτημα για τον αξονικό τομογράφο είναι η εκτεταμένη έκθεση σε ακτινοβολία Χ λόγω της συνεχούς σάρωσης του αξονικού, αλλά θεωρείται αμελητέο για έναν ασθενή ακτινοθεραπείας που θα ακτινοβοληθεί με υπερπολλαπλάσια δόση. 23

24 ποιοτικού ελέγχου (QC) του αξονικού τομογράφου. Ο ποιοτικός έλεγχος αρχικά κατηγοριοποιείται ως περιοδική διαδικασία. Γίνονται έλεγχοι σε καθημερινό, μηνιαίο, ετήσιο ή σε ανεξάρτητο χρονικά επίπεδα. Η συχνότητα δοκιμών ποιοτικού ελέγχου επίσης εξαρτάται από 10 : Την εγγενή μεταβολή της διεργασίας ή του εξοπλισμού Την ηλικία, την αξιοπιστία και την συχνότητα χρήσης του εξοπλισμού Την κρισιμότητα του στοιχείου στην αλυσίδα απεικόνισης Εάν η διεργασία είναι αρκετά μεταβλητή, τότε η δοκιμές QC θα πρέπει να γίνονται συχνότερα από ότι σε συστήματα με σταθερή διεργασία. Οι παλαιότερες συσκευές πρέπει να υποβάλλονται συχνότερα σε διαδικασία δοκιμών καθώς είναι λιγότερο αξιόπιστες και είναι πιο ασταθείς στην λειτουργία τους. Τέλος, στοιχεία που έχουν υψηλότερη σημασία στην αλυσίδα απεικόνισης, άρα έχουν και μεγαλύτερη σημασία στην ποιότητα απεικόνισης, πρέπει να ελέγχονται συχνότερα από τα στοιχεία μικρότερης κρισιμότητας. Στην συνέχεια λαμβάνουν χώρο οι έλεγχοι που σχετίζονται με όλους τους τομείς που συνθέτουν μια ποιοτική εικόνα. Σε αυτή την περίπτωση γίνεται έλεγχος για συστηματικές πηγές σφαλμάτων στην απεικόνιση. Ο θόρυβος είναι η συνηθέστερη πηγή σφαλμάτων. Επίσης γίνεται έλεγχος σε τομείς που αφορούν στην ποιότητα απεικόνισης, όπως την ομοιομορφία της εικόνας, την ανάλυση εικόνας υψηλής αντίθεσης, την χωρική διακριτική ικανότητα και την ανιχνευσιμότητα χαμηλής αντίθεσης και σε τομείς που αφορούν στην γεωμετρική ακρίβεια όπως την ακρίβεια, την γραμμικότητα και την ανακρίβεια του πάχους των τομών. Για να εκτελεστούν οι δοκιμές ποιοτικού ελέγχου στον αξονικό τομογράφο, παρέχεται από την εκάστοτε κατασκευάστρια εταιρία phantom το οποίο πληροί τις προϋποθέσεις δοκιμών όλων των τομέων. Ο ποιοτικός έλεγχος σε επίπεδο συχνότητας δοκιμών διαμορφώνεται ως εξής: 1. Καθημερινά: Γίνονται δοκιμές για τον θόρυβο εικόνας, την ομοιομορφία εικόνας, την ακρίβεια CT numbers στο νερό και τις ψευδενδείξεις. Για την διεξαγωγή των ελέγχων σαρώνεται το phantom, το οποίο έχει χαρακτηριστικά ισοδύναμου νερού και είναι ομοιογενές. Για τον υπολογισμό της ομοιογένειας και του θορύβου της εικόνας λαμβάνονται μετρήσεις για την μέση τιμή CT numbers και για την τυπική απόκλιση του θορύβου εικόνας. Για να διασφαλιστεί η επαναληψιμότητα του ελέγχου χρησιμοποιούνται ROIs (Regions Of Interest) σταθερού μεγέθους σε συγκεκριμένα σημεία του phantom (συνήθως ένα στο κέντρο και τέσσερα στα άκρα συμμετρικά) και γίνονται συγκρίσεις μεταξύ των περιοχών ελέγχου αλλά και μεταξύ παλαιότερων με νεότερες εικόνες. Επίσης γίνεται έλεγχος για την ομοιομορφία της εικόνας και για ψευδενδείξεις. Οι ψευδενδείξεις σε μεγάλη κλίμακα είναι δυνατόν να παρατηρηθούν και δια γυμνού οφθαλμού. Όσον αφορά τον έλεγχο της 24

25 ομοιομορφίας της εικόνας, λαμβάνονται μέσες τιμές των CT numbers σε διάφορες περιοχές του phantom και γίνονται συγκρίσεις μεταξύ των τιμών αυτών. Για τις καθημερινές δοκιμές χρησιμοποιείται συνήθως phantom μεγέθους κεφαλής. Στο κεντρικό τμήμα του χρησιμοποιείται ROI σταθερών διαστάσεων που χρησιμεύει στις μετρήσεις ακρίβειας CT numbers και θορύβου με την μέθοδο που αναφέραμε παραπάνω. Έπειτα γίνεται οπτικός έλεγχος και λαμβάνονται μετρήσεις την ομοιομορφία της εικόνας και τις ψευδενδείξεις με την κατάλληλη εκλογή παραθύρου (window level και window length). Βασική προϋπόθεση για την διαμόρφωση του παραθύρου είναι να χρησιμοποιούνται φυσιολογικές τιμές, καθώς για πολύ στενό παράθυρο παρατήρησης η εικόνα επιβαρύνεται με ψευδενδείξεις που οφείλονται σε λάθος διαστάσεις παραθύρου. 2. Μηνιαία, συχνά ή όποτε ορίζεται από τον υπεύθυνο: Ανά τακτά χρονικά διαστήματα και έχοντας εξασφαλίσει την επιτυχία των δοκιμών σε καθημερινή βάση, γίνονται δοκιμές για το πάχος τομών, το πλάτος προφίλ δόσης, την ακρίβεια τοποθεσίας των τομών, την σταθερότητα, την ακρίβεια κλίμακας CT number, την χωρική διακριτική ικανότητα, την ανίχνευση χαμηλής αντίθεσης, την δοσιμετρία και τις ψευδενδείξεις. Για την πραγματοποίηση αυτών των δοκιμών χρησιμοποιούνται δύο διαφορετικά phantom (κεφαλής και σώματος). Για την λήψη των εικόνων που υπόκεινται στον ποιοτικό έλεγχο χρησιμοποιούνται διάφορα πάχη τομών χρήσιμων στην κλινική καθημερινότητα, διαφορετικοί χρόνοι σάρωσης, διάφοροι αλγόριθμοι ανακατασκευής εικόνας και κλινικά χρήσιμες τιμές kv, mas. a. Η δοκιμή για το πάχος τομών γίνεται για διάφορα πάχη τομών χρησιμοποιώντας το κατάλληλο δοκιμαστικό phantom. Ως πάχος τομής εικόνας λαμβάνεται το full width at half maximum (FWHM) στο προφίλ τομής. b. Για την δοκιμή του πλάτους προφίλ δόσης χρησιμοποιούνται πάνω από μια μέθοδοι. Μια γρήγορη μέθοδος είναι με την χρήση φιλμ. Μεταξύ των σαρώσεων το φιλμ μετακινείται ώστε να εκτίθεται σε ακτινοβολία και διαφορετικό κομμάτι του κάθε φορά. Χρησιμοποιείται η κατάλληλη τεχνική για να επιτευχθεί μέγιστη αμαύρωση της τάξης OD. Το φιλμ μεγεθύνεται και εξετάζεται ενδελεχώς για να προσδιοριστεί το πλάτος προφίλ δόσης στο ισόκεντρο. Τα μετρούμενα πλάτη δεν θα πρέπει να υπερβαίνουν τα αντίστοιχα μετρημένα πλάτη πάχους τομών. c. Για την ακρίβεια τοποθέτησης τομών υπάρχουν διάφοροι έλεγχοι που γίνονται για τους εξής επιμέρους τομείς όπως την ακρίβεια στο φως εντοπισμού, την ακρίβεια τοποθέτησης σε σχέση με τις προδιαγραφές της ψηφιακής ακτινογραφίας και την ακρίβεια της κίνησης του τραπεζιού με την αύξηση του βήματος. d. Για την δοκιμή ακρίβειας και σταθερότητας CT number χρησιμοποιείται κατάλληλο phantom που περιλαμβάνει διάφορα υλικά με διαφορετικά CT numbers. Μετράμε τα CT numbers της εικόνας και τα συγκρίνουμε με τα θεωρητικά για κάθε υλικό. Πέραν των συγκρίσεων μεταξύ υπολογισμένων και 25

26 θεωρητικών τιμών γίνονται συγκρίσεις για τις αποκλίσεις τιμών μεταξύ των υλικών του phantom. e. Για την δοκιμή της χωρικής διακριτικής ικανότητας χρησιμοποιείται phantom το οποίο περιλαμβάνει ράβδους και γραμμές διαφορετικής πυκνότητας, μεταβλητού μεγέθους και με υλικά με μεγάλη αντίθεση στην περιφέρεια τους. Έτσι, πλην της χωρικής διακριτικής ικανότητας δοκιμάζεται και η ικανότητα απεικόνισης εικόνων υψηλής αντίθεσης. Σε μια περιοχή γειτονικών pixel πρέπει να έχουμε απεικόνιση δομών που αποτελούνται από στοιχεία υψηλής αντίθεσης. f. Για την δοκιμή ανιχνευσιμότητας εικόνων χαμηλής αντίθεσης περιλαμβάνονται στο δοκιμαστικό phantom στοιχεία τα οποία παρουσιάζουν πολύ χαμηλή αντίθεση σε σχέση με τις γειτονικές περιοχές ( της τάξης του 1% ή 10 HU). Τα στοιχεία ποικίλλουν τα μεγέθη και οι αντιθέσεις και γίνεται έλεγχος για την σωστή απεικόνιση τους με κλασικές τεχνικές αρχικά και έπειτα με τεχνικές βέλτιστης απεικόνισης των εικόνων χαμηλής αντίθεσης. g. Για την δοκιμή δοσιμετρίας χρησιμοποιείται phantom κατασκευασμένο από το υλικό PMMA και για διάφορες περιοχές του μετράται το CTDI (CT Dose Index) και συγκρίνεται με τις θεωρητικές τιμές του εκάστοτε πρωτοκόλλου που χρησιμοποιείται. Η δοσιμετρία γίνεται σε συγκεκριμένα σημεία του phantom, όπου υπάρχουν υποδοχές για δοσίμετρα. Τα phantoms που χρησιμοποιούνται για την διαδικασία ποιοτικού ελέγχου συνήθως παρέχονται μαζί με τον αξονικό τομογράφο, είναι διαφορετικά για την κάθε εταιρία ώστε να πληρούν τις προκαθορισμένες προδιαγραφές της εκάστοτε εταιρίας και ποικίλλουν σε πολλούς τομείς. Πιο συγκεκριμένα, συναντάται ποικιλία σε μεγέθη, με την συντριπτική πλειοψηφία των phantoms να παρουσιάζει κλινικά χρήσιμες διαμέτρους (πχ κεφαλής και σώματος) και σε σχήματα ανάλογα με την κλινική χρησιμότητα. Υπάρχουν phantoms κυλινδρικά, με υλικό όμοιας πυκνότητας με ανθρώπινους ιστούς και εσοχές σε διάφορα σημεία για τους υπολογισμούς δοσιμετρίας, κυλινδρικά phantoms που περιλαμβάνουν τομές με διάφορες απεικονιστικά χρήσιμες γεωμετρίες και phantoms που εξομοιώνουν το ανθρώπινο σώμα σε διαστάσεις και σχήμα και περιλαμβάνουν ανατομικές δομές για τον έλεγχο της ποιότητας απεικόνισης ανατομικών δομών. 26

27 Σχήμα 4.1: Δείγμα phantom που εξομοιώνει ανθρώπινη ανατομία και περιλαμβάνει περιοχές υψηλής αντίθεσης, χαμηλής αντίθεσης και πυκνότητας ανάλογης ιστού, αέρα, οστού κλπ Όλες οι διαδικασίες δοκιμών ποιοτικού ελέγχου (QC) σε αξονικό τομογράφο (CT) αναλύονται ενδελεχώς στο AAPM report No. 74, S. Jeff Shepard et al. 11 Παρακάτω παρατίθεται ένας πίνακας με τα προτεινόμενα όρια για όλες τις παραπάνω κατηγορίες ποιοτικού ελέγχου για την πλειοψηφία αξονικών τομογράφων 12 27

28 Πίνακας 4.2: Μέθοδοι και όρια παραμέτρων της διαδικασίας του ποιοτικού ελέγχου σε αξονικό τομογράφο (AAPM report No. 74, S. Jeff Shepard et al) Στην πρώτη στήλη βρίσκονται όλες οι παράμετροι που υπόκεινται σε δοκιμές ποιοτικού ελέγχου. Στην δεύτερη στήλη παρατίθενται οι μέθοδοι και οι εξισώσεις υπολογισμού της κάθε κατηγορίας. Στην Τρίτη και τελευταία στήλη βρίσκονται τα προτεινόμενα όρια για κάθε κατηγορία, ώστε να θεωρείται επιτυχημένος ο ποιοτικός έλεγχος. Τα όρια αποδοχής, όπου υπάρχουν, χρησιμεύουν καθώς στην κλινική εικόνα είναι αδύνατον να επιτευχθεί και η ιδανική απεικόνιση και να εξαλειφθούν συστηματικές πηγές σφαλμάτων, όπως ο θόρυβος. 28

29 4.1 ΤΟ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ DICOM Η ύπαρξη ενός σύγχρονου μηχανογραφημένου συστήματος σχεδιασμού θεραπείας είναι απαραίτητη για τον σχεδιασμό της ακτινοθεραπείας ογκολογικών ασθενών. Όλα τα συστήματα πλάνων θεραπείας συνεργάζονται με μια σειρά υπολογιστικών συστημάτων. Η μεταφορά των εικόνων λοιπόν στην ακτινοθεραπεία μεταξύ των συστημάτων παίζει πρωτεύοντα ρόλο. Την μεταφορά των εικόνων στα σύγχρονα συστήματα αναλαμβάνει το σύστημα DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine). Τα αρχεία DICOM σχεδιάζονται με τέτοιο τρόπο ώστε να εξασφαλίζουν όλες τις απαραίτητες πληροφορίες που πρέπει να συνοδεύουν μια ιατρική εικόνα. Στον τίτλο της εικόνας υπάρχουν βασικές πληροφορίες, όπως το όνομα του ασθενή, το είδος της σάρωσης, τις διαστάσεις τις εικόνας κλπ. Επίσης, ανάλογα με τις απαιτήσεις του χρήστη, υπάρχει πρόβλεψη και για πληροφορίες της εικόνας σε τρείς διαστάσεις. Για την ακτινοθεραπεία υπάρχουν τα αρχεία DICOM RT, τα οποία περιλαμβάνουν πληροφορίες για την απεικόνιση (πχ πλήθος τομών αξονικού), για την δόση (πχ μήτρες δόσης), την κατασκευή (πχ όγκους στόχους, παρακείμενα ακτινοευαίσθητα όργανα) και τις πληροφορίες αρχιτεκτονικής πλάνου (gantry, collimators, πεδία κα). Τα DICOM αρχεία έχουν συμβατότητα με όλα τα σύγχρονα ιατρικά συστήματα και έτσι επιτρέπεται η αποθήκευση η μεταφορά δεδομένων μεταξύ διάφορων συσκευών. Τεράστια σημασία στην ακτινοθεραπεία έχει η εικόνα της αξονικής τομογραφίας, καθώς συμβάλλει στον σχεδιασμό των όγκων και στον υπολογισμό της δόσης. Ως εκ τούτου, τα δεδομένα της εικόνας και οι αριθμοί των Hounsfield Units θα πρέπει να μεταφερθούν με μεγάλη ακρίβεια. Η χρήση των εικόνων DICOM διευκολύνει την διαδικασία του QA και του commissioning, καθώς αποθηκεύει και παρέχει όλες τις απαραίτητες πληροφορίες μιας ιατρικής εικόνας. Όπως ισχύει και για τις υπόλοιπες συσκευές, έτσι θα πρέπει να γίνονται δοκιμές ελέγχου των δεδομένων των DICOM εικόνων κάθε φορά που θα γίνεται αναβάθμιση λογισμικού στο TPS ή τις υπόλοιπες συσκευές που συμμετέχουν στην διαδικασία της ακτινοθεραπείας. 29

30 5. ΠΕΡΙΟΔΙΚΟΣ ΠΟΙΟΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΟΥ TPS Πέραν των δοκιμών ελέγχου αφορούν στον έλεγχο σωστής λειτουργίας του TPS, υπάρχει και μια σειρά ελέγχων που γίνονται με σκοπό να διασφαλιστεί η διαρκής σωστή λειτουργία του συστήματος και να ελεγχθεί η εμφάνιση πιθανής πηγής σφαλμάτων. Το σύνολο των ελέγχων αυτών αποτελούν τον ποιοτικό έλεγχο (QC) του TPS. Οι πηγές σφαλμάτων και ανακριβειών στην λειτουργία του TPS διαχωρίζονται, όπως και στις δοκιμές του QA, στις παρακάτω κατηγορίες: το υλικό, την βάση δεδομένων των βασικών δοσιμετρικών δεδομένων εισόδου, τα γεωμετρικά δεδομένα εισόδου δέσμης, το σύστημα ανάκτησης δεδομένων ασθενή, τους αλγόριθμους υπολογισμού δόσης και την βάση δεδομένων που αφορά σε στοιχεία του ασθενή. Στον ποιοτικό έλεγχο για τις παραπάνω κατηγορίες υπάγονται τα στοιχεία αυτά που χρειάζονται περιοδικές δοκιμές ελέγχου της σωστής λειτουργίας τους. Σε αυτό το κεφάλαιο περιλαμβάνονται όλες οι περιοδικές δοκιμές ελέγχου οι οποίες γίνονται όποτε επιθυμεί ο χρήστης ή σε τακτά χρονικά διαστήματα. Στα περισσότερα σύγχρονα συστήματα υπάρχει η δυνατότητα αυτοματοποιημένων δοκιμών ελέγχου όποτε επιθυμεί ο χρήστης για την πρόληψη σφαλμάτων του ίδιου του συστήματος αλλά και των περιφερειακών συσκευών που συμβάλλουν στο σύνολο της διαδικασίας του treatment planning. Το σύνολο των δοκιμών που αφορούν στον ποιοτικό έλεγχο του TPS και των περιφερειακών συσκευών (λογισμικό, συσκευές εξόδου, δεδομένα εισόδου κλπ) παρουσιάζονται παρακάτω. 5.1 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Σε αυτό το σημείο ελέγχεται η ορθή λειτουργία όλων των συσκευών που σχετίζονται με την εισαγωγή δεδομένων στο σύστημα. Οι δοκιμές ποικίλλουν ανάλογα με το TPS που χρησιμοποιείται. Οι περισσότερες δοκιμές ακολουθούν ίδια διαδικασία με το QA Ψηφιοποιητής Για αυτή την δοκιμή ελέγχου θα εισαχθεί δομή με απλή γεωμετρία μέσω του ψηφιοποιητή και στην συνέχεια θα αποτυπωθεί με την βοήθεια εκτυπωτή. Οι εικόνα που δημιουργείται κατά την έξοδο συγκρίνεται με την εικόνα εισόδου για να ελεγχθεί η ακεραιότητα λειτουργίας του ψηφιοποιητή. Η μέγιστη προτεινόμενη διαφορά μεταξύ των εικόνων είναι 1mm. 30

31 5.1.2 Film scanner Σε αυτή την δοκιμασία σαρώνονται σε φιλμ απλές γεωμετρικές δομές (τετράγωνο, τρίγωνο, ορθογώνιο) με συγκεκριμένες διαστάσεις. Το μέγεθος που θα απεικονιστεί από το TPS θα συγκριθεί με το πραγματικό μέγεθος. Η μέγιστη προτεινόμενη διαφορά μεταξύ των εικόνων είναι 1mm Δεδομένα αξονικού τομογράφου a. Για την δοκιμασία αυτή θα σαρωθεί phantom με γνωστές διαστάσεις εξωτερικού περιγράμματος και με γνωστή πυκνότητα ηλεκτρονίων. Στην συνέχεια θα εισαχθούν τα δεδομένα στο TPS και θα συγκριθούν οι γεωμετρίες και η πυκνότητα ηλεκτρονίων με τα κλινικά δεδομένα. Η μέγιστη προτεινόμενη διαφορά μεταξύ των εικόνων είναι: -Γεωμετρία: 1mm -Εάν η πυκνότητα ηλεκτρονίων < 1.5 (σχετικά με το νερό): Εάν η πυκνότητα ηλεκτρονίων > 1.5 (σχετικά με το νερό): 0.1 b. Γεωμετρική ακεραιότητα των τομών. Θα σαρωθεί phantom καθορισμένων διαστάσεων και θα ελεγχθούν οι διαστάσεις του στο TPS χρησιμοποιώντας κεντρικό field-of-view. Η μέγιστη προτεινόμενη διαφορά μεταξύ των εικόνων είναι 1mm Δεδομένα μαγνητικού τομογράφου Για την συγκεκριμένη δοκιμή ελέγχου θα σαρωθεί phantom γνωστών εξωτερικών διαστάσεων που να περιλαμβάνει περιοχές ετερογενειών. Στην συνέχεια θα εισαχθούν τα δεδομένα στο TPS και συγκριθεί η γεωμετρία με τα πραγματικά δεδομένα. Η μέγιστη προτεινόμενη διαφορά μεταξύ των εικόνων είναι 2mm Ακεραιότητα ταυτόχρονης εισόδου Θα ελεγχθεί η συμπεριφορά του συστήματος στην ταυτόχρονη εισαγωγή δεδομένων από διάφορες συσκευές (ψηφιοποιητή, αξονικό τομογράφο κα) από διαφορετικούς χρήστες. 5.2 ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ Τα περισσότερα σύγχρονα TPS περιλαμβάνουν λογισμικό το οποίο έχει την δυνατότητα αυτοματοποιημένου ελέγχου (checksum). Αυτό το πρόγραμμα έχει την δυνατότητα να συγκρίνει τα τρέχοντα εκτελέσιμα αρχεία με τα αρχεία αναφοράς που έχουν δημιουργηθεί κατά την διαδικασία του commissioning του TPS. Αυτή η αυτόματη δοκιμή ελέγχου αποτελεί μια από τις πιο αποτελεσματικές δοκιμασίες λογισμικού του TPS αφού περιλαμβάνει τον έλεγχο σφαλμάτων, αφού αυτόματα 31

32 αρχειοθετεί τα αποτελέσματα της σύγκρισης. Οι υπόλοιπες διαδικασίες ποιοτικού ελέγχου που αφορούν στο λογισμικό ακολουθούν παρακάτω Υπολογισμός MU Θα ελεγχθεί ο υπολογισμός των MU για γεωμετρίες που θα παρουσιαστούν στο κεφάλαιο 7: Off-axis τετράγωνο πεδίο Off-axis ορθογώνιο πεδίο Off-axis πεδίο με σφήνα Off-plane πεδίο Συνήθεις τεχνικές θεραπείας Θα ελεγχθούν οι συνεισφορές δόσης για τις συνήθεις τεχνικές θεραπείας: a. Head & neck 2 πεδία (αντίθετα, πεδία με σφήνα, bolus) b. Πνεύμονας/οισοφάγος 2 ή 3 πεδία (πλάγιο,πρόσθιο-οπίσθιο με σφήνα, ανοιχτά) c. Μαστός 2 πεδία ( εφαπτόμενα, με σφήνα) d. Πύελος/προστάτης 3 ή 4 (box τεχνική) πεδία (πλάγια, με σφήνα, ανοιχτά) 5.3 ΔΙΑΔΙΑΚΑΣΙΑ ΕΞΑΓΩΓΗΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Οι παρακάτω δοκιμές σχετίζονται με την διαδικασία εξαγωγής δεδομένων από το TPS Συσκευές εκτύπωσης a. Σε κάθε πλάνο θεραπείας που εκτυπώνεται, απαιτούνται δύο κλίμακες σε οριζόντιο και κάθετο επίπεδο με βαθμονόμηση ανά 10 cm. Ο πρώτος έλεγχος αφορά στην σωστή βαθμονόμηση με σύγκριση της κλίμακας με χάρακα. Στην συνέχεια θα ελεγχθεί η ορθότητα γεωμετρίας εκτύπωσης. Θα εισαχθεί δομή γνωστών διαστάσεων και οι διαστάσεις του θα επαληθευτούν τόσο μέσα στο TPS, όσο και στην εικόνα που θα εξαχθεί (εκτυπωμένη εικόνα). Η μέγιστη προτεινόμενη διαφορά μεταξύ των εικόνων είναι 1mm. b. Θα εκτυπωθούν σε έναν σχεδιογράφο οι γεωμετρικές δομές από την παράγραφο και οι εικόνες εισόδου και εξόδου θα συγκριθούν για να 32

33 ελεγχθεί η ακρίβεια απεικόνισης των συσκευών εισόδου και εξόδου. Η μέγιστη προτεινόμενη διαφορά μεταξύ των εικόνων είναι 1mm. c. Θα σχεδιαστεί και θα επαληθευτεί η BEV απεικόνιση από τον έλεγχο στην παράγραφο a. Η μέγιστη προτεινόμενη διαφορά μεταξύ των εικόνων είναι 1mm. d. Θα σχεδιαστούν τουλάχιστον 3 δέσμες και θα εκτυπωθούν οι ισοδοσιακές καμπύλες για τις δέσμες αυτές. Στην συνέχεια θα συγκριθούν οι εικόνες αυτές με τις εικόνες που εμφανίζονται στην οθόνη του TPS, σύμφωνα με το κεφάλαιο 7.2. Η μέγιστη προτεινόμενη διαφορά μεταξύ των εικόνων είναι 1mm Συσκευή κοπής blocks Σε αυτή την δοκιμή θα ελεγχθεί η δυνατότητα της σωστής μεταφοράς πληροφοριών από το TPS στην συσκευή κοπής blocks. Θα ελεγχθεί η συγκεκριμένη δυνατότητα για απλά και κλινικά χρήσιμα σχήματα block, όπως τριγωνικά και τετράγωνα. Στην συνέχεια θα ελεγχθούν οι διαστάσεις των block που σχεδιάστηκαν σε σχέση με τις διαστάσεις που δόθηκαν από το TPS. Οι διαστάσεις θα πρέπει να είναι ίδιες Μεταφορά πλάνου θεραπείας Η σωστή μεταφορά πληροφοριών από το TPS στον γραμμικό επιταχυντή θα πρέπει να ελεγχθεί. Θα χρησιμοποιηθούν πλάνα από την παράγραφο ώστε να ελεγχθεί η ορθή μεταφορά πληροφοριών. 33

34 6. ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΩΝ ΕΛΕΓΧΟΥ QA ΕΝΟΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΠΛΑΝΟΥ ΘΕΡΑΠΕΙΑΣ Προτού προχωρήσουμε στην πειραματική διαδικασία θα χωρίσουμε σε 4 βασικές κατηγορίες τα χαρακτηριστικά ελέγχου QA ενός συστήματος. Η κατηγοριοποίηση αυτη κρίνεται σκόπιμη, καθώς αφορά σε διαφορετικούς τομείς λειτουργίας του TPS. Στην συνέχεια θα αναλυθούν τα βασικά χαρακτηριστικά της κάθε κατηγορίας, καθώς και οι προτεινόμενοι έλεγχοι. Οι βασικές κατηγορίες χαρακτηριστικών ελέγχου QA είναι: 1. Εισαγωγή δεδομένων ασθενή 2. Εισαγωγή και χρήση εικόνων 3. Περιγραφή δέσμης 4. Δοσιμετρικοί υπολογισμοί 6.1 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ-ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΟΙ ΕΛΕΓΧΟΙ Εισαγωγή δεδομένων ασθενή Πρώτο βήμα για την έναρξη σχεδιασμού ενός πλάνου είναι η καταχώρηση των στοιχείων του εκάστοτε ασθενή και η δημιουργία μιας καρτέλας κλινικού περιστατικού. Η ενασχόληση του QA με αυτο τον τομέα κρίνεται απαραίτητη, διότι έχει μεγάλη σημασία να αποφεύγεται η σύγχυση κατά την ανάκτηση ενός πλάνου θεραπείας, να διασφαλίζεται η ταυτοποίηση των στοιχείων με ένα και μοναδικό πλάνο θεραπείας και να ελέγχεται η δυνατότητα ορθής λειτουργίας του συστήματος καταχώρησης στοιχείων. Οι δοκιμές ελέγχου που αφορούν σε αυτον τον τομέα σχετίζονται με την δυνατότητα του συστήματος να αναγνώριζει λάθη καταχώρησης (όπως πχ η διπλή καταχώρηση ενός περιστατικού) και την δυνατότητα δημιουργίας αντιγράφων ασφαλείας, ωστέ να ελαχιστοποιηθεί η πιθανότητα απώλειας οποιουδήποτε πλάνου θεραπείας Εισαγωγή και χρήση εικόνων Για την λήψη των ιατρικών εικόνων στην ακτινοθεραπεία χρησιμοποιούνται στην πλειοψηφία εικόνες από εικόνες που προέρχονται από αξονικό τομογράφο (CT) και μαγνητικό τομογράφο (MRI). Σε ειδικές περιπτώσεις χρησιμοποιούνται εικόνες SPECT και PET. Η επιλογή της κατάλληλης διαγνωστικής μεθόδου στηρίζεται στα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της εκάστοτε απεικονιστικής διάταξης: Η CT εικόνα δίνει αρκετά σαφείς πληροφορίες για την πυκνότητα ηλεκτρονίων των ιστών και βοηθά στον υπολογισμό δόσης του ασθενή. H MRI εικόνα προκρίνεται στην δυνατότητα της να απεικονίζει με μεγαλύτερη αντίθεση τις περιοχές μαλακού 34

35 ιστού, βοηθώντας έτσι στον ευκολότερο διαχωρισμό του όγκου με γειτονικoύς υγιείς ιστούς. Οι εικόνες από PET και SPECT χρησιμοποιούνται ώστε να δώσουν πληροφόρηση για την μεταβολική δραστηριότητα των όγκων ή για να διακρίνουν διαφοροποιήσεις και νεκρώσεις σε διάφορες περιοχές του όγκου. Οι δοκιμές ελέγχου που σχετίζονται με την εισαγωγή και χρήση των ιατρικών εικόνων θα πρέπει να καλύπτουν σε μεγάλο βαθμό όλες τις σύγχρονες απεικονιστικές μεθόδους, αλλά κυρίως την απεικόνιση αξονικής τομογραφίας που χρησιμοποιείται ευρύτερα. Οι εικόνες που εισάγονται στο σύστημα θα πρέπει πρωτίστως να αντικατοπτρίζουν την πραγματική γεωμετρία του ασθενή. Για αυτό τον σκοπό θα πρέπει να ελέγχονται και να ελαχιστοποιούνται πιθανές παραμορφώσεις της εικόνας. Επιπροσθέτως, η ακρίβεια συσχέτισης έχει άμεση εξάρτηση με την ορθή λειτουργία του λογισμικού του TPS. Για να καλυφθούν οι παραπάνω απεικονιστικές ανάγκες, αλλά και μια σειρά λειτουργιών που περιγράφονται παρακάτω, εμφανίζεται η ανάγκη ύπαρξης συγκεκριμένων phantom που να καλύπτουν όλες τις δοκιμές. Τα phantom που προτείνονται για τις δοκιμές ελέγχου είναι δύο: ένα phantom το οποίο να περιλαμβάνει σημάδια θέσης, για τις δοκιμές που αφορούν στην γεωμετρία και την τοποθέτηση και ένα phantom που να περιλαμβάνει περιοχές με διαφορετικές πυκνότητες, ώστε να καλυφθούν οι έλεγχοι που αφορούν στις περιοχές ετερογένειας Περιγραφή δέσμης Τα χαρακτηριστικά που σχετίζονται με την δέσμη παίζουν πρωτεύοντα ρόλο στην κατασκευή ενός πλάνου θεραπείας ακτινοθεραπείας και αποτελούν σημαντικό τομέα ενασχόλησης του QA. Τα χαρακτηριστικά περιγραφής δέσμης εκτίνονται σε μια ευρεία κλίμακα χαρακτηριστικών και περιλαμβάνουν δοκιμές που σχετίζονται με τον προσδιορισμό της δέσμης, την απεικόνιση της δέσμης και την γεωμετρία της δέσμης. Αποτελούν κύριο κομμάτι του acceptance testing και καθορίζουν την ακρίβεια απόκρισης του συστήματος. Οι τρείς κατηγορίες χαρακτηριστικών με την σειρά τους περιλαμβάνουν μια σειρά δοκιμών, οι οποίες θα εξεταστούν λεπτομερώς στην συνέχεια. Για την εγκατάσταση των στοιχείων της δέσμης θα εφαρμοστούν από τον χρήστη διάφοροι τύποι δέσμης και διάφορες λειτουργίες απεικόνισης, όπως απεικονίσεις BEV, DRR και non axial απεικονίσεις σε διάφορα επίπεδα και δέσμες διαφόρων μεγεθών για τον έλεγχο χαρακτηριστικών όπως το μέγεθος πεδίων και κατευθυντήρων (collimators) Δοσιμετρικοί υπολογισμοί Περιλαμβάνονται όλες οι μέθοδοι ελέγχου του υπολογισμού της δόσης στο treatment planning system. Από τον υπολογισμό δόσης εξάγονται πολύ χρήσιμα συμπεράσματα όχι μόνο για την δοσιμετρία αυτή καθ αυτή αλλά και για την 35

36 συνολική αξιολόγηση του πλάνου θεραπείας. Παίρνουμε βασικές πληροφορίες για την κάλυψη της περιοχής PTV (Planning Tumor Volume) από δόση, που είναι και ο βασικότερος στόχος του treatment planning. Επίσης, λαμβάνουμε πληροφορίες για την προστασία των υγιών ιστών και των OAR (Organs At Risk), κάτι που έχει μεγάλη σημασία, καθώς η προστασία των μη ακτινοάντοχων ή των σειριακών οργάνων είναι από τους πρωταρχικούς σκοπούς της ακτινοθεραπείας. Ο κύριος παράγοντας που σχετίζεται με τον υπολογισμό δόσης είναι ο αλγόριθμος υπολογισμού που χρησιμοποιεί το σύστημα. Οι αλγόριθμοι υπολογισμού με την πάροδο του χρόνου γίνονται ολοένα και πιο πολύπλοκοι με απώτερο σκοπό τον ακριβέστερο υπολογισμό δόσης και την καλύτερη διαχείριση σύνθετων περιπτώσεων (πχ ετερογένειες), αλλά και την προσπάθεια ελαχιστοποίησης σφαλμάτων κατά την διαδικασία υπολογισμού. Πρόσφατο επίτευγμα θεωρείται ο υπολογισμός με την βοήθεια αλγορίθμου Monte Carlo. Παρ όλα αυτά, δημοφιλέστεροι αλγόριθμοι υπολογισμού δόσης θεωρούνται οι pencil beam και collapsed cone, οι οποίοι χρησιμοποιούνται στην συντριπτική πλειοψηφία των περιστατικών και στα περισσότερα λογισμικά TPS. Στο λογισμικό Oncentra Masterplan περιλαμβάνονται και οι δύο αλγόριθμοι υπολογισμού. Η επιλογή του καταλληλότερου αλγορίθμου στηρίζεται στα βασικά πλεονεκτήματα του ενός έναντι του άλλου και στην κλινική περίπτωση που θα γίνει ο υπολογισμός. Παρακάτω παρατίθενται συνοπτικά τα βασικά χαρακτηριστικά των δύο αλγορίθμων. PENCIL BEAM VS COLLAPSED CONE Δεν λαμβάνει υπ όψιν την πλάγια σκέδαση Λαμβάνει υπ όψιν τις ετερογένειες με μικρή ακρίβεια Βασίζεται στον υπολογισμό της πρωτογενούς δέσμης Χρησιμοποιεί την τεχνική της συνέλιξης Κάνει τρισδιάστατο υπολογισμό δόσης Διορθώνει τις ετερογένειες Περιλαμβάνει τον υπολογισμό πρωτογενούς και δευτερογενούς δέσμης Χρησιμοποιεί την τεχνική της συνέλιξης και της υπέρθεσης Με μια πρώτη ανάγνωση αντιλαμβανόμαστε ότι ο collapsed cone είναι ένας πιο σύνθετος και εξελιγμένος αλγόριθμος, συγκριτικά με τον pencil beam που είναι πιο απλοϊκός. Εντούτοις, η επιλογή αλγορίθμου υπολογισμού δόσης εξαρτάται από το κλινικό περιστατικό. Δεν είναι πάντα ούτε απαραίτητο, ούτε κλινικά χρήσιμο να επιλέγεται σε όλα τα περιστατικά ο πιο εξελιγμένος αλγόριθμος. Κοινό στοιχείο και των δύο αλγορίθμων είναι ότι η βαθμονόμηση τους καθορίζεται με βάση αναφοράς το νερό. 36

37 Η ακρίβεια του υπολογισμού δόσης δεν εξαρτάται αποκλειστικά από τον αλγόριθμο υπολογισμού που χρησιμοποιείται, αλλά είναι και συνάρτηση των δεδομένων δέσμης που εισάγονται στο σύστημα. Άρα είναι απαραίτητος ο έλεγχος και αυτών των στοιχείων για να καλυφθεί ο τομέας ελέγχου που αναφέρεται στον υπολογισμό δόσης. Εν πολλοίς, οι έλεγχοι των δεδομένων εισαγωγής έχουν καλυφθεί στις δοκιμές ελέγχων των επόμενων κεφαλαίων θα δοθεί βάρος στους ελέγχους δεδομένων εισαγωγής που αφορούν στον υπολογισμό δόσης, ώστε να καλυφθεί όλο το εύρος ελέγχων σε όλους τους τομείς. Για να θεωρηθούν σωστοί οι υπολογισμοί θα πρέπει να βρίσκονται εντός του εύρους τιμών αποδοχής που παρουσιάζονται εκτενώς στο κεφάλαιο 3.2 αυτής της εργασίας. Οι υπολογισμοί δόσης αποτελούν σημαντικό κομμάτι του QA σε ένα σύγχρονο TPS και περιλαμβάνουν μια εκτενή σειρά ελέγχων για να πιστοποιηθεί η ακρίβεια τους. Πρακτικά όμως είναι αδύνατον για γίνουν έλεγχοι σε όλους τους τομείς που συντελούν στον υπολογισμό δόσης και MU. Επίσης, υπάρχουν τομείς μεγάλης σημασίας που χρήζουν εκτενέστερων ελέγχων και τομείς που δεν κρίνονται απαραίτητοι εκτενείς έλεγχοι. Κατά συνέπεια, οι συνολικές δοκιμές ελέγχου των υπολογισμών δόσης θα γίνουν με γνώμονα την κλινική χρησιμότητα και θα παρουσιαστούν στην συνέχεια. 37

38 ΣΕΤ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΥ ΔΕΣΜΗΣ Διαδικασία εισαγωγής δεδομένων Για να προχωρήσουμε στην μοντελοποίηση μιας δέσμης στο TPS, είναι απαραίτητη η εισαγωγή των βασικών δεδομένων δέσμης, όπως για παράδειγμα ένα σετ χαρακτηρισμού δέσμης από τον κατασκευαστή το οποίο περιλαμβάνει όλα τα βασικά χαρακτηριστικά της δέσμης. Στην συνέχεια θα πρέπει να γίνει η σύγκριση μεταξύ μετρούμενων χαρακτηριστικών με τα χαρακτηριστικά τα οποία έχουν εισαχθεί στο σύστημα. Η σύγκριση θα γίνει με την κατασκευή PDD διαγραμμάτων, δοσιμετρικών προφίλ. Επίσης, για την διασφάλιση της σωστής λειτουργίας του αλγορίθμου του συστήματος μπορούμε να προχωρήσουμε σε σύγκριση με τις τιμές αναφοράς που δίνει ο προμηθευτής. Δημιουργία εγγράφων Η δημιουργία εγγράφων και η αρχειοθέτηση των χαρακτηριστικών στοιχείων δέσμης θεωρείται απαραίτητη ώστε να είναι δυνατόν στο μέλλον να αναπαραχθούν ή να χρησιμοποιηθούν από άλλους χρήστες. Για να αξιοποιηθούν τα έγγραφα θα χρειαστεί να γίνει εκτενής και ολοκληρωμένη δημιουργία εγγράφων που να περιλαμβάνει μια λεπτομερή αναφορά για τον τρόπο που λήφθηκαν, εφαρμόστηκαν και αποθηκεύτηκαν τα δεδομένα. Συνολικά, η αναφορά θα πρέπει να περιέχει πληροφορίες για: Έγγραφη περιγραφή για τις ημερομηνίες μετρήσεων και τα ονόματα των ερευνητών Πληροφορίες εξοπλισμού, λογισμικού και μεθόδων μετρήσεων που χρησιμοποιήθηκαν για την συλλογή των δεδομένων και οι μέθοδοι που χρησιμοποιήθηκαν για τον χειρισμό των δεδομένων Αντίγραφο των αρχικών δεδομένων Αντίγραφο των αποτελεσμάτων των μετρήσεων Περιγραφή της τοποθεσίας αποθήκευσης δεδομένων Ημερολόγιο το οποίο να περιλαμβάνει των το σύνολο γεγονότων, μετρήσεων και αλλαγών που έλαβαν χώρα κατά την δημιουργία εγγράφων ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΔΟΣΗΣ Σε ένα σύγχρονο TPS, οι έλεγχοι υπολογισμού δόσης περιλαμβάνουν μια ευρύτατη κλίμακα μετρήσεων για διάφορους τύπους αλγορίθμων υπολογισμού, εξελιγμένους ή απλοϊκούς ανάλογα με την περίσταση, και για πολύπλοκες ή απλές τεχνικές. Για τον καλύτερο έλεγχο του υπολογισμό της δόσης είναι σημαντικός ο έλεγχος της 38

39 ακρίβειας υπολογισμών για τις πιο απλές αρχιτεκτονικές δοσιμετρίας, για απλούς αλγορίθμους που να περιλαμβάνουν: Τετράγωνα και επιμήκη πεδία Διαφορετικές αποστάσεις SSD Διαμορφωτές δέσμης όπως σφήνες, blocks κλπ Ασύμμετρα collimators MLC πεδία Με βάση αυτά τα χαρακτηριστικά θα γίνει μια σειρά μετρήσεων. Για την κατοχύρωση της ορθότητας των υπολογισμών θα γίνουν εκτενείς υπολογισμοί παρουσία διαμορφωτών (ώστε να επιβεβαιωθεί ότι έχουν ορισθεί τα στοιχεία τους στο TPS) και σύγκριση των μετρήσεων που σχετίζονται με πεδία και SSD με τις θεωρητικές τιμές που προκύπτουν από την χρήση του νόμου των αντίστροφων τετραγώνων. Οι δοκιμές που ακολουθούν θα ελέγξουν αφενός τους περιορισμούς των χρησιμοποιούμενων αλγορίθμων και αφετέρου την εφαρμογή της δέσμης στο TPS. Οι υπολογισμοί θα γίνουν σε συγκεκριμένα χαρακτηριστικά βάθη, όπως το d max, και θα περιλαμβάνουν την δημιουργία καμπυλών δόσης-βάθους και δοσιμετρικών προφίλ. Στην συνέχεια, με την δημιουργία των DVH (Dose Volume Histogram), θα γίνει η αξιολόγηση του πλάνου θεραπείας και ο έλεγχος διάφορων ενδιαφερόντων παραμέτρων, όπως η προφύλαξη των εκτιθέμενων σε ακτινοβολία οργάνων OAR (Organs At Risk). 39

40 7. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΕΛΕΓΧΟΙ - ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Το λογισμικό που χρησιμοποιήθηκε καθ όλη την διαδικασία ελέγχων του συστήματος σχεδιασμού θεραπείας είναι το Oncentra Masterplan version 3.3, της εταιρίας Nucletron Electa. 7.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΑΣΘΕΝΗ: Πρόβλεψη του συστήματος σε περίπτωση καταχώρησης περιστατικού με ίδιο όνομα και ίδια κλινική πάθηση Σε αυτή την περίπτωση πρέπει το σύστημα σχεδιασμού θεραπείας να περιλαμβάνει κάποιο πεδίο αύξοντα αριθμού θεραπείας ασθενή, ή κάποιο μοναδικό αριθμό ID (πχ αριθμός μητρώου ασφαλισμένου), ώστε να αποφεύγεται η σύγχυση σε περίπτωση εμφάνισης καταχωρήσεων με ίδια στοιχεία. Έλεγχος: Γίνεται έλεγχος της συγκεκριμένης λειτουργίας, υποβάλλοντας το σύστημα σε τεσσερις χαρακτηριστικές δοκιμασίες. Καταγράφουμε την απόκριση του συστήματος. a. Δύο ασθενείς με διαφορετικό όνομα και διαφορετική ταυτότητα (Patient ID) Επιτρεπτό/Κανένα μήνυμα προειδοποίησης b. Δύο ασθενείς με διαφορετικό όνομα και την ίδια ταυτότητα (Patient ID) Μη επιτρεπτό/μήνυμα προειδοποίησης A patient with ID ******* already exists, please enter another ID. c. Δύο ασθενείς με ίδιο όνομα και ίδια ταυτότητα (Patient ID) Μη επιτρεπτό/μήνυμα προειδοποίησης A patient with ID ******* already exists, please enter another ID. d. Δύο ασθενείς με ίδιο όνομα, ίδια ταυτότητα (Patient ID) και διαφορετικές ανατομικές περιοχές Μη επιτρεπτό/μήνυμα προειδοποίησης A patient with ID ******* already exists, please enter another ID. Σημείωση: Στην καρτέλα εισαγωγής στοιχείων ασθενή υπάρχει παράθυρο στοιχείων με την ένδειξη case για την διευκρίνιση της ανατομικής περιοχής. Για να παρακαμφθεί το μήνυμα προειδοποίησης στην περίπτωση d. πρέπει να επιλεγεί η ανατομική περιοχή ως νέα περίπτωση new case. Με αυτή την διαδικασία γίνεται 40

41 επιτρεπτή η εισαγωγή ασθενή με ίδιο όνομα και ταυτότητα για διαφορετικές ανατομικές περιοχές. Επίσης, έγινε έλεγχος για την ευκολία διαγραφής ασθενή από το TPS. Κατά την διάρκεια της διαδικασίας διαγραφής εμφανίστηκε ένα μήνυμα προειδοποίησης Are you sure you want to delete this patient?. Δεν εμφανίστηκαν άλλοι περιορισμοί κατά την διαδικασία διαγραφής. Για την διαδικασία μεταφοράς ή αντιγραφής πλάνων εμφανίζονται περιορισμοί, καθώς υπάρχει ένας προεπιλεγμένος φάκελος αρχείου περιστατικών και δεν επιτρέπεται η μεταφορά αρχείων χωρίς επικύρωση Πρόβλεψη συστήματος για την δημιουργία αντιγράφων ασφαλείας (backup) Στο σύστημα μας πρέπει να υπάρχει πρόβλεψη για την συχνή δημιουργία αντιγράφων ασφαλείας (backup), ώστε να εξασφαλιστεί η ανάκτηση σημαντικών πληροφοριών σε οποιαδήποτε περίπτωση. Έλεγχος: Στο σύστημα μας υπάρχει δυνατότητα αυτόματης δημιουργίας αντιγράφων ασφαλείας ανά τρείς μέρες. Επίσης, δίνεται η δυνατότητα χειροκίνητης δημιουργίας αντιγράφων ασφαλείας κατά το δοκούν. Μετά την λήξη κάθε διαδικασίας δημιουργίας αντιγράφων ασφαλείας στον φάκελο που αποθηκεύονται τα αντίγραφα περιλαμβάνεται ένα αρχείο κειμένου (.txt) που περιλαμβάνει πλήρη αναφορά για τα αρχεία που αντιγράφηκαν και μια αναφορά σφαλμάτων κατά την διαδικασία αυτή. 41

42 7.2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΧΡΗΣΗ ΕΙΚΟΝΩΝ Εισαγωγή εικόνων a. Έλεγχος αν οι τομές από τον αξονικό τομογράφο (CT) διαβάζονται με την σωστή σειρά Εδώ θα πρέπει να υπάρχει πρόβλεψη από το σύστημα να διαβάζει τις τομές με βάση την σειρά λήψης τους από τον αξονικό τομογράφο. Εναλλακτικά, κάθε τομή θα μπορούσε να αποθηκεύεται με κάποιον αριθμό (πχ 1 η τομή = #1) και να ανακτάται με αυτό τον τρόπο από το σύστημα σχεδιασμού θεραπείας. Έλεγχος: Οι εικόνες που λαμβάνονται από τον αξονικό τομογράφο αποθηκεύονται με την σειρά λήψης ως αρχεία τύπου DICOM. Στα DICOM αρχεία υπάρχει δυνατότητα αποθήκευσης των τομών με τον αύξοντα αριθμό λήψης τους. Το TPS που χρησιμοποιούμε είναι απόλυτα συμβατό με DICOM images και έτσι επιτυγχάνεται η ανάκτηση εικόνων με την σωστή σειρά. b. Έλεγχος για την σωστή μεταφορά δεδομένων ( στην ετικέτα ονομάτων αποθηκεύονται πληροφορίες για διάφορα στοιχεία τομών) Σε αυτό το τμήμα θα μπορούν οι εικόνες που λαμβάνονται να καταγράφονται στοιχεία όπως το όνομα ασθενή, ο αριθμός τομής και η ανατομική περιοχή. Έλεγχος: Από το TPS υπάρχει η δυνατότητα εισαγωγής εικόνων με τα βασικά στοιχεία του ασθενή (όπως το ονοματεπώνυμο και η ανατομική περιοχή). Για λόγους πρακτικότητας στις εικόνες εμφανίζεται μόνο ο αριθμός τομής (πχ 3/40) και τα υπόλοιπα στοιχεία βρίσκονται εκτός του πλαισίου της ιατρικής εικόνας στο πάνω μέρος της οθόνης, όπως αυτά εισάγονται στην καρτέλα ασθενή του TPS. Επίσης, από την αποθήκευση των εικόνων ως αρχεία DICOM υπάρχουν αποθηκευμένα όλα τα παραπάνω στοιχεία σε αυτά τα αρχεία. c. Έλεγχος για τον σωστό προσανατολισμό των τομών και της θέσης του ασθενή Με την εισαγωγή των εικόνων στο σύστημα σχεδιασμού θεραπείας, θα πρέπει το σύστημα να περιλαμβάνει όλες τις απαραίτητες πληροφορίες για τον προσανατολισμό των τομών και την θέση του ασθενή (superior ή inferior,anterior ή posterior και left ή right). Έλεγχος: Τα αρχεία που εισάγονται στο TPS περιλαμβάνουν όλες τις πληροφορίες για τον προσανατολισμό των τομών από τον τρόπο που λαμβάνονται οι εικόνες 42

43 κατά την ακτινοσκόπηση. Από την θέση του ασθενή κατά την λήψη και τον τρόπο λήψης εικόνων αποθηκεύονται όλες οι απαραίτητες πληροφορίες για τον προσανατολισμό. Για την περαιτέρω διευκόλυνση μας, το σύστημα εμφανίζει τρισδιάστατο ομοίωμα ανθρώπου το οποίο εμφανίζεται με την θέση που του δίνουν όλες οι πληροφορίες προσανατολισμού και μια γραμμή που δίνει πληροφορίες για την γεωμετρία και την θέση της εκάστοτε τομής. Επίσης, δίνονται πληροφορίες για τον προσανατολισμό και την θέση με την βοήθεια των τρισδιάστατων αξόνων (x,y,z) που μας παρέχει το σύστημα. Επιπροσθέτως, το TPS μας δίνει την δυνατότητα να επιλέξουμε τον τρόπο εισαγωγής εικόνων (πχ head first), ώστε να μπορεί να σχεδιαστεί το πλάνο θεραπείας με αντίθετη θέση ασθενούς, αν αυτό καταστεί χρήσιμο. d. Έλεγχος εμφάνισης διπλών τομών και αλλαγών στο οπτικό πεδίο Ο έλεγχος αυτός περιλαμβάνει την δοκιμή του συστήματος σε περίπτωση που εμφανίζεται τομή πάνω από μια φορά κατά την εισαγωγή των εικόνων στο TPS. Επίσης ελέγχεται η δυνατότητα του συστήματος να αντιλαμβάνεται αλλαγές στην επιλογή οπτικού πεδίου και να δίνει μήνυμα προειδοποίησης. Έλεγχος: Κατά την λήψη των εικόνων από τον αξονικό τομογράφο στον φάκελο εικόνων περιλαμβανόταν μια δεύτερη εικόνα της κεντρικής τομής ξεχωριστά από την σειρά τομών. Κατά την διαδικασία εισαγωγής εμφανίζεται η δυνατότητα επιλογής των εικόνων που θα φορτωθούν στο σύστημα και μήνυμα προειδοποίησης για την φόρτωση της διπλότυπης εικόνας. Οι εικόνες που εισάγονται έχουν ως όνομα τον αύξοντα αριθμό με τον οποίο λήφθηκαν. Άρα με κριτήριο το όνομα αρχείου το σύστημα προβλέπει την ύπαρξη διπλών τομών. Αυτό που χρήζει περαιτέρω ελέγχου είναι η συμπεριφορά του συστήματος στην περίπτωση που η διπλότυπη εικόνα βρίσκεται στο μέσο των τομών και έχει διαφορετικό όνομα ως αποθηκευμένη εικόνα (πχ αν οι δυο ίδιες τομές βρίσκονται διαδοχικές με διαδοχικό όνομα). Όσον αφορά τον έλεγχο στις αλλαγές του οπτικού πεδίου, οποιαδήποτε αλλαγή στο οπτικό πεδίο μιας τομής μεταφέρεται και στις υπόλοιπες τομές ώστε να αποφευχθεί οποιαδήποτε σύγχυση. Πρέπει να εξετασθεί η περίπτωση στην οποία εισάγονται εικόνες μεταβλητής μεγέθυνσης και να ελεγχθεί η συμπεριφορά του συστήματος στην περίπτωση αυτή. e. Έλεγχος εικόνων μεταβλητού πάχους τομής Εισάγονται στο TPS εικόνες με διάφορες τιμές πάχους τομής και ελέγχεται η εμφάνιση πιθανών ειδοποιήσεων του συστήματος. Έλεγχος: Δεν κατέστη δυνατή η εισαγωγή εικόνων με μεταβλητό πάχος τομών στο σύστημα. Αντί αυτού ελέγχθηκε η συμπεριφορά του συστήματος αν αφαιρούσαμε μια τομή από το σύνολο των τομών. Αφού το σύστημα έδωσε μήνυμα προειδοποίησης για την απουσία τομής στην συνέχεια ακολουθήθηκε κανονικά η διαδικασία με το σύστημα να βλέπει στον κάθετο άξονα την απουσία της τομής (από τομή σε τομή η απόσταση άλλαζε κατά 3mm και στην τομή που είχε αφαιρεθεί 43

44 μεταβλήθηκε κατά 6mm). Χρήζει περαιτέρω ελέγχου η συμπεριφορά στην περίπτωση ύπαρξης τομών μεταβλητού πάχους. f. Έλεγχος για την περίπτωση ύπαρξης δυο σετ εικόνων για τον ίδιο ασθενή Εισάγονται δυο σετ εικόνων τα οποία έχουν το ίδιο πλήθος τομών και το ίδιο ύψος αλλά με διαφορετική ανάλυση εικόνας και διαφορετικό οπτικό πεδίο. Θα πρέπει να ελεγχθεί η δυνατότητα του συστήματος να δίνει επιλογή στον χρήστη ποιο σετ εικόνων θα χρησιμοποιήσει. Έλεγχος: Κατά την δοκιμασία του συστήματος σε αυτή την διαδικασία δεν εμφανίστηκε κανένα μήνυμα επιλογής σετ εικόνων και το σύστημα φόρτωνε αυτόματα όποιο σετ μετρήσεων επέλεγε ο χρήστης. g. Έλεγχος μέγιστου αριθμού τομών Ελέγχεται ο μέγιστος επιτρεπτός αριθμών τομών που μπορούν να φορτωθούν στο σύστημα πλάνου και η συμπεριφορά του συστήματος στην περίπτωση που ο αριθμός τομών υπερβαίνει το μέγιστο όριο. Έλεγχος: Το λογισμικό που χρησιμοποιούμε στο TPS μας επιτρέπει την εισαγωγή από 1 έως 500 τομές. Ο αριθμός αυτός πρακτικά είναι αρκετά μεγάλος και δεν κρίθηκε απαραίτητο να δοκιμαστεί περίπτωση με περισσότερες τομές. h. Έλεγχος της ακεραιότητας της ταυτόχρονης εισαγωγής Σε αυτή την περίπτωση ελέγχεται η απρόσκοπτη λειτουργία του συστήματος εάν σε αυτό εισάγονται ταυτόχρονα εικόνες από διάφορες συσκευές από διάφορους χρήστες. Έλεγχος: Από το τμήμα μας απουσίαζαν οι εικόνες από ψηφιοποιητή και μαγνητικό τομογράφο με αποτέλεσμα να μην γίνει ο έλεγχος σωστής λειτουργίας του συστήματος. Σε κάθε περίπτωση το σύστημα θα πρέπει να διαχωρίζει τις εικόνες ανάλογα με την διάταξη από την οποία προέρχονται και να μπορεί να συνεχίσει την λειτουργία του για κάθε διάταξη ξεχωριστά. i. Έλεγχος της γεωμετρικής ακεραιότητας των τομών Για την δοκιμασία ελέγχου της γεωμετρικής ακεραιότητας των τομών θα χρειαστεί να εισαχθεί στο σύστημα phantom καθορισμένων και γνωστών διαστάσεων και να ελεγχθούν οι διαστάσεις του από το TPS. Έλεγχος: Εισήχθηκε στο TPS phantom διαστάσεων cm και μετρήθηκε με τον χάρακα που περιλαμβάνει το λογισμικό. Οι διαστάσεις που μετρήθηκαν είναι: 50,03 49,97 40,03 cm. Η διαφορά μεταξύ θεωρητικών και μετρημένων τιμών είναι της τάξης του 0,1%, άρα η γεωμετρική ακεραιότητα των τομών κρίνεται ορθή. 44

45 j. Έλεγχος της αναπαράστασης των CT numbers Σε αυτή την δοκιμασία θα ελεγχθεί η αναπαράσταση των CT numbers (τιμές Hounsfield Units), με την βοήθεια phantom που περιλαμβάνει ισοδύναμο οστού, ιστού και πνεύμονα. Τα δεδομένα θα εισαχθούν στο TPS, θα μετρηθούν τα HU και θα συγκριθούν με τις τιμές που μετρήθηκαν στον αξονικό τομογράφο. Έλεγχος: Στην έκδοση λογισμικού που χρησιμοποιεί το TPS μας δεν υπήρχε πρόβλεψη για μέτρηση Hounsfield Units, όπως υπήρχε σε προηγούμενες εκδόσεις. Στην χρησιμοποιούμενη έκδοση το σύστημα χρησιμοποιεί εσωτερικό κατάλογο με mass densities, οπότε ήταν αδύνατη η απευθείας σύγκριση με τις τιμές του αξονικού τομογράφου. Οι τιμές των mass densities κυμαίνονται μεταξύ 0,001-2,83. Χαρακτηριστικές τιμές των mass densities για τον αέρα-πνεύμονα ήταν στην περιοχή του 0,001, για τον ιστό στην περιοχή του 1,00 και για το οστό στην περιοχή του 2,83. Να διευκρινιστεί ότι δεν χρησιμοποιήθηκε phantom με ισοδύναμα, αλλά κλινική εικόνα σε ανατομική περιοχή (θώρακα) που περιελάμβανε και τις τρείς περιοχές των ανάλογων ισοδύναμων. k. Έλεγχος πληροφοριών κειμένου Για την αποφυγή λαθών είναι σημαντικό να εμφανίζονται τα στοιχεία του ασθενή καθ όλη την διάρκεια της διαδικασίας σχεδιασμού πλάνου θεραπείας. Σε όλη την διάρκεια εμφανίζονται στο πάνω μέρος της οθόνης όλα τα στοιχεία του ασθενή (όνομα, επίθετο, ID ασθενή) καθώς και η έκδοση λογισμικού του TPS. Επίσης, έγινε έλεγχος για τον μέγιστο αριθμό χαρακτήρων που μπορούν να εισαχθούν στο επίθετο του ασθενή. 60 χαρακτήρες είναι το μέγιστο όριο χαρακτήρων στην καρτέλα ονόματος του ασθενή. Το επίθετο αποθηκεύεται με εντολή του χρήστη πρίν ξεκινήσει η διαδικασία κατασκευής πλάνου και ανακτάται με τους ίδιους χαρακτήρες χωρίς κανένα πρόβλημα Εισαγωγή περιγράμματος (contour) a. Έλεγχος της ακρίβειας της εικόνας του ψηφιοποιητή Το σύστημα θα πρέπει να προβλέπει την σωστή εισαγωγή και απεικόνιση των εικόνων που παίρνει από τον ψηφιοποιητή. Για τον έλεγχο της σωστής λειτουργίας, θα σχεδιαστούν σε χαρτί δοκιμαστικά περιγράμματα και θα εισαχθούν στο TPS. Έπειτα, θα ελεγχθεί η θέση συγκεκριμένων σημείων με την βοήθεια των εργαλείων που βρίσκονται στο σύστημα μας. Έλεγχος: Λόγω της μη χρήσης του ψηφιοποιητή από το τμήμα ήταν δυνατή η δοκιμή ακρίβειας της εικόνας του ψηφιοποιητή. Το σύστημα παρόλα αυτά διαθέτει τα κατάλληλα εργαλεία για να ελεγχθεί η θέση προσχεδιασμένων δοκιμαστικών περιγραμμάτων. 45

46 b. Έλεγχος της ακρίβειας της εικόνας του film scanner Το σύστημα θα πρέπει να είναι διαθέτει τα κατάλληλα εργαλεία ώστε να έχει την δυνατότητα να ελέγξει την ακρίβεια που έχουν τα περιγράμματα που θα εισαχθούν στο TPS. Για τον έλεγχο αυτο θα εισαχθούν στο σύστημα δοκιμαστικά περιγράμματα και θα αξιολογηθούν οι διαστάσεις τους ώς πρός την διεύθυνση σάρωσης, αλλά και ώς πρός τις άλλες διευθύνσεις, χρησιμοποιώντας τα εργαλεία που διατίθενται από το σύστημα μας. Επίσης, θα πρέπει να επαληθευτούν οι διαστάσεις του σχεδίου από το film scanner στο TPS. Έλεγχος: Δεν πραγματοποιήθηκε ο έλεγχος της εικόνας του film scanner, καθώς στον σύγχρονο τρισδιάτατο σχεδιασμό δεν χρησιμοποιείται film scanner. Παρ όλα αυτα, το σύστημα διαθέτει τα κατάλληλα εργαλεία για τον έλεγχο της ακριβειας σε δισδιάστατο επίπεδο Χρήση εικόνων a. Γεωμετρία των ανακατασκευασμένων εικόνων Το σύστημα πρέπει να είναι σε θέση να απεικονίζει σωστά τις ανακατασκευασμένες εικόνες σε όλα τα επίπεδα. Για τον έλεγχο της λειτουργίας αυτής θα γίνει ανακατασκευή εικόνας από phantom και στα τρία επίπεδα (οβελιαίο, στεφανιαίο, αξονικό) και θα ελεγχεί η αντιστοιχία αποστάσεων μεταξύ σημείων τοποθετημένων σε συγκεκριμένα σημεία του phantom. Έλεγχος: Κατασκευάσαμε κύβο διαστάσεων cm με κέντρο την αρχή των αξόνων και κάναμε ανακατασκευή της εικόνας και στα τρία επίπεδα. Μετά την ανακατασκευή η εικόνα παρέμεινε ακριβώς η ίδια, όπως αναμενόταν σε κυβικό δείγμα, με όλα τα σημεία να ισαπέχουν από την αρχή των αξόνων (10cm). b. Προσανατολισμός των ανακατασκευασμένων εικόνων Το σύστημα θα πρέπει να έχει την δυνατότητα να απεικονίζει τις ανακατασκευασμένες εικόνες με τον σωστό προσανατολισμό. Για τον συγκεκριμένο έλεγχο θα χρησιμοποιηθούν οι εικόνες από το phantom. Χρησιμοποιώντας την λειτουργία απεικόνισης Beam s Eye View (BEV) και αλλάζοντας τις γωνίες του gantry και του τραπεζιού, θα επαληθευτεί η δυνατότητα αλλαγής προσανατολισμού των ανακατασκευασμένων εικόνων. Έλεγχος: Όπως και παραπάνω, χρησιμοποιήθηκε box διαστάσεων cm με κέντρο την αρχή των αξόνων. Αρχικά επιλέξαμε την λειτουργία BEV και στρέψαμε το gantry στις 0,90,180 και 270. Παρατηρήσαμε ότι η εικόνα δεν μεταβαλλόταν και άλλαζαν μόνο τα χαρακτηριστικά σημάδια προσανατολισμού και οι άξονες (στο οριζόντιο επίπεδο από x σε y κ.ο.κ). Στην συνέχεια στρέψαμε το τραπέζι από τις 0 στις -90,-45,45 και 90. Για τις -90 και τις 90 άλλαξαν μόνο τα χαρακτηριστικά 46

47 σημάδια προσανατολισμού και οι άξονες. Για τις -45 και τις 45 οι ακμές του κύβου εφάπτονταν των αξόνων. Άρα η δοκιμή ήταν επιτυχής. c. Αναπαράσταση της κλίμακας του γκρί (grey-scale) Σε αυτο το σημείο είναι αναγκαία η δυνατότητα του συστήματος να αναπαριστά τις εικόνες με τον πλέον όμοιο τρόπο που αυτες απεικονίζονται στο λογισμικό του αξονικού τομογράφου (CT), ή ακόμα και σε film απεικόνισης αξονικής τομογραφίας. Για τον έλεγχο της συγκεκριμένης λειτουργίας είναι απαραίτητη η συγκριση της εικόνας του TPS με την εικόνα του film η του CT, με τα ίδια χαρακτηριστικά αναπαράστασης του grey-scale (ίδιο window width και window level). Έλεγχος: Λόγω της απουσίας ψηφιοποιητή ή film scanner, η μοναδική σύγκριση έγινε για εκτυπωμένες εικόνες αξονικού και σύγκριση τους με τις εικόνες του TPS για τα προκαθορισμένα window width και window level. Σε αυτή την περίπτωση η ομοιότητα αναπαράστασης ήταν μεγάλη, καθώς οι εικόνες ήταν σχεδόν πανομοιότυπες. Χρήζει περαιτέρω δοκιμών η σύγκριση των εικόνων του TPS με πρόγραμμα απεικόνισης ιατρικών εικόνων (πχ efilm) για διάφορες τιμές window width και window level. d. Grey-scale αναπαράσταση των ανακατασκευασμένων εικόνων Από το σύστημα πρέπει να υπάρχει η δυνατότητα να απεικονίζει τις ανακατασκευασμένες εικόνες με την σωστή grey-scale αναπαράσταση. Για τον έλεγχο αυτής της λειτουργίας θα χρειαστεί η ανακατασκευή εικόνας κατά το οβελιαίο επίπεδο και με μια σχετική κλίση όσον αφορά το στεφανιαίο και το αξονικό επίπεδο. Σε αυτο το επίπεδο θα ελεγχεί η ποιότητα του grey-scale interpolation. Έλεγχος: Στο σύστημα εισήχθηκε κλινική εικόνα και μετά την ανακατασκευή της κατά το οβελιαίο επίπεδο και μια σχετική κλίση στο στεφανιαίο και αξονικό επίπεδο παρατηρήθηκαν οι αλλαγές στην κλίμακα του γκρι. Παρά την ανακατασκευή και την αλλαγή στην κλίμακα όλες οι δομές απεικονίζονταν με σαφήνεια. e. Λειτουργίες windowing και zooming Πολύ σημαντική λειτουργία του συστήματος είναι να μπορεί να κάνει μεγέθυνση (zoom) σε μια εικόνα, αλλά και να μπορεί να βάζει την κάθε εικόνα σε παράθυρο. Επίσης, θα πρέπει να υπάρχει η δυνατότητα για την ταυτόχρονη λειτουργία των δύο επιμέρους λειτουργιών. Αυτός ο έλεγχος της ταυτόχρονης λειτουργίας καθορίζει και την δυνατότητα σωστής λειτουργίας του TPS. Έλεγχος: Στο περιβάλλον εργασίας του λογισμικού υπάρχει η δυνατότητα ταυτόχρονης ύπαρξης έως πέντε παραθύρων με απεικόνιση των ιατρικών εικόνων κατά τους τρείς άξονες, παράθυρο προβολής DRR (Digitally Reconstructed Radiograph), παράθυρο BEV απεικόνισης και εικόνας θέσης του κρεβατιού και του 47

48 gantry. Για όλες τις εικόνες που αφορούν στην απεικόνιση (BEV,DRR κλπ) ήταν δυνατή η μεγέθυνση και ταυτόχρονα η εισαγωγή τους σε παράθυρο. Επίσης, παρατηρήθηκε οτι, χρησιμοποιώντας την λειτουργία zoom δεν μεταβλήθηκε η γεωμετρία των εικόνων. ΑΝΑΤΟΜΙΚΕΣ ΔΟΜΕΣ Ορισμός των ανατομικών δομών a. Έλεγχος μοναδικότητας ταυτοποίησης Σε αυτό το σημείο θα πρέπει να γίνουν οι δοκιμές ελέγχου της συσχέτισης των ανατομικών δομών με ένα συγκεκριμένο πλάνο ασθενή ελέγχοντας παράλληλα και την πιθανότητα σύγχυσης του συστήματος. Εξίσου σημαντικός σε αυτόν τον τομέα είναι ο έλεγχος της χρήσης διαφορετικών δομών στο ίδιο πλάνο και της σύντηξης εικόνων που ανήκουν στο ίδιο σετ εικόνων. Έλεγχος: Χρησιμοποιήθηκε ένα σετ δομών για κάθε υπόθεση που ανατέθηκε και το σύστημα αποδέχτηκε αυτό το σετ δομών για το συγκεκριμένο πλάνο χωρίς καμία πιθανότητα σύγχυσης. Επίσης, ήταν δυνατή η σύντηξη εικόνων που χρησιμοποιούσαν το ίδιο σετ εικόνων. Οι περιορισμοί του συστήματος όσον αφορά τις δοκιμές συσχέτισης ανατομικών δομών έγκεινται στην μη δυνατότητα του TPS να αναγνωρίσει νέα δομή με ήδη υπάρχον όνομα. Ακόμα και στην περίπτωση του ίδιου ασθενή για κάθε διαφορετικό πλάνο (case) χρειάζεται και διαφορετικό όνομα για κάθε δομή. Αυτοί οι περιορισμοί έχουν σκοπό να προφυλάξουν το σύστημα από οποιαδήποτε πιθανότητα σύγχυσης. b. Έλεγχος μοναδικών ιδιοτήτων Απαραίτητος είναι ο έλεγχος της συμπεριφοράς του συστήματος στην περίπτωση που σχεδιαστεί δομή με άλλο όνομα και ίδιες διαστάσεις με προκαθορισμένη δομή (όπως πχ το εξωτερικό περίγραμμα). Έλεγχος: Το εξωτερικό περίγραμμα παραμένει αμετάβλητο από μια κλινική περίπτωση σε άλλη, για τον ίδιο ασθενή και την ίδια αξονική τομογραφία σχεδιασμού. Άρα θεωρήθηκε σκόπιμο ο έλεγχος να γίνει με βάση το εξωτερικό περίγραμμα. Σχεδιάστηκε νέα δομή με άλλο όνομα από αυτό του εξωτερικού περιγράμματος με πανομοιότυπες διαστάσεις. Το σύστημα δεν έδωσε κανένα μήνυμα προειδοποίησης επιτρέποντας την δημιουργία νέας δομής σε περιοχή ήδη προκαθορισμένης δομής. 48

49 c. Έλεγχος του μέγιστου αριθμού περιγραμμάτων ανά ανατομική δομή Θα πρέπει να ελεγχθεί ο μέγιστος αριθμός περιγραμμάτων που μπορούν να δημιουργηθούν ανά ανατομική δομή και ο μέγιστος αριθμός περιγραμμάτων σε μια τομή εικόνας. Έλεγχος: Από το σύστημα μας υπάρχει προκαθορισμένος κατάλογος ανατομικών δομών με περίπου 40 έτοιμες δομές. Ο κατάλογος δεν εμφάνισε περιορισμό στην προσθήκη νέων δομών περιγραμμάτων. Δοκιμάστηκαν 20 δοκιμαστικά περιγράμματα σε μια τομή ταυτόχρονα και το σύστημα αποκρίθηκε χωρίς κανέναν περιορισμό. Δοκιμάστηκε και μεγάλος αριθμός περιγραμμάτων (με πάχος περίπου 45 τομών) που αφορούν στην ίδια ανατομική δομή χωρίς κανέναν περιορισμό Έλεγχος δημιουργίας αυτόματων περιγραμμάτων Με την βοήθεια σειράς εικόνων αξονικού τομογράφου από phantom που περιλαμβάνει περιοχές πυκνότητας ανάλογης οστού, ιστού και πνεύμονα δοκιμάζεται η δυνατότητα του συστήματος να σχεδιάζει αυτόματα εξωτερικά και εσωτερικά περιγράμματα. a. Έλεγχος της σωστής γεωμετρίας των αυτοματοποιημένων περιγραμμάτων Με την βοήθεια δομής καθορισμένων διαστάσεων θα ελεγχθεί η δυνατότητα δημιουργίας αυτόματου περιγράμματος. Θα μετρηθεί η διάμετρος του περιγράμματος και θα συγκριθεί με την θεωρητική τιμή της δομής. Έλεγχος: Για την δοκιμή αυτή χρησιμοποιήθηκε box διαστάσεων με κέντρο την αρχή των αξόνων και ζητήθηκε από το TPS να σχεδιάσει το εξωτερικό περίγραμμα. Το σύστημα αναγνωρίζοντας την μεγάλη διαφορά αντίθεσης στα όρια του περιγράμματος σχεδίασε το εξωτερικό περίγραμμα. Μετά τον σχεδιασμό μετρήθηκε η διάμετρος του box σε διάφορες τομές. Οι μετρούμενες διάμετροι για τα περιγράμματα ανήκαν στην περιοχή 79,97 έως 80,06. Οι τιμές αυτές διαμέτρων μαρτυρούν την επαρκή και σωστή λειτουργία του TPS στην αυτόματη λειτουργία δημιουργίας περιγράμματος και οι όποιες ανακρίβειες οφείλονταν στην ανακρίβεια του χάρακα (της τάξης του 0,1%, όπως βρέθηκε και στον έλεγχο i). Επίσης μετρήθηκαν οι αποστάσεις του περιγράμματος από τους άξονες για να ελεγχθεί η ακρίβεια σχεδιασμού. Όλα τα σημεία βρέθηκαν να ισαπέχουν από την αρχή των αξόνων. b. Έλεγχος αλλαγής κατωφλίου των αυτοματοποιημένων περιγραμμάτων Με την βοήθεια της πρόσθετης λειτουργίας παραθύρου και για διάφορες τιμές κατωφλίων θα δοκιμαστεί η δυνατότητα του συστήματος να σχεδιάζει με αυτόν τον τρόπο περιγράμματα. 49

50 Έλεγχος: Σε εικόνα phantom με σαφώς καθορισμένες περιοχές διαφόρων δομών επιλέχθηκε η δημιουργία αυτόματου περιγράμματος. Ακόμα και στην αυτόματη λειτουργία ζητείται από το σύστημα τιμή κατωφλίου για τον σχεδιασμό περιγράμματος. Το κατώφλι είναι υποκειμενικό και επιλέγεται με την παρατήρηση της εικόνας για διάφορες τιμές κατωφλίου. Τα περιγράμματα των αυστηρά καθορισμένων δομών σχεδιάστηκαν αυτόματα χωρίς καμία δυσκολία. Σε κλινικές εικόνες με πιο σύνθετες δομές και μικρότερες διαφορές αντιθέσεων σε γειτονικές περιοχές καθίσταται δυσκολότερη η δημιουργία αυτόματων περιγραμμάτων, καθώς τα περιγράμματα σχεδιάζονται με μεγαλύτερη ασάφεια Έλεγχος δημιουργίας χειροκίνητων περιγραμμάτων Το σύστημα δίνει την δυνατότητα ελεύθερου χειροκίνητου σχεδιασμού περιγραμμάτων με την βοήθεια ψηφιοποιητή ή ποντικιού. Παρακάτω παρατίθενται οι δοκιμές ελέγχου της δημιουργίας χειροκίνητων περιγραμμάτων. a. Έλεγχος κατεύθυνσης δημιουργίας περιγραμμάτων Θα σχεδιαστούν χειροκίνητα περιγράμματα με την βοήθεια του ποντικιού κατά την διεύθυνση φοράς των δεικτών του ρολογιού και αντίθετα και θα εξεταστεί η δυνατότητα του συστήματος να σχεδιάζει και κατά τις δύο διευθύνσεις μέσω οπτικής παρατήρησης και μέτρησης όγκου. Έλεγχος: Σχεδιάστηκαν περιγράμματα χειροκίνητα με την φορά των δεικτών του ρολογιού και αντίθετα. Και στις δύο περιπτώσεις το σύστημα δεν έδωσε κανένα μήνυμα προειδοποίησης και η σχεδίαση περιγραμμάτων έγινε επιτυχώς. Οι όγκοι των δομών που σχεδιάστηκαν παρέμειναν σχεδόν ίδιοι (170,8 και 169,7 αντίστοιχα) ανεξάρτητα από την φορά σχεδιασμού. Επίσης ελέγχθηκε και η δυνατότητα να σχεδιάσουμε και με τις δύο διευθύνσεις την ίδια δομή χωρίς κανένα πρόβλημα. 50

51 b. Έλεγχος μέγιστου αριθμού σημείων Θα ελεγχθεί ο μέγιστος αριθμός σημείων που συντελούν στον σχεδιασμό ενός περιγράμματος και η συμπεριφορά του συστήματος στην περίπτωση που υπερβαίνουμε τον μέγιστο αριθμό. Έλεγχος: Κατά την διαδικασία σχεδιασμού περιγραμμάτων δίνεται από το σύστημα η δυνατότητα επιλογής πάχους γραμμής σχεδιασμού, κάτι που καθορίζει σε μεγάλο βαθμό και την πυκνότητα σημείων που συμμετέχουν στον σχεδιασμό. Επιλέξαμε το μικρότερο δυνατό πάχος (0,1 mm) ώστε να επιτύχουμε τον μέγιστο αριθμό σημείων. Με την ολοκλήρωση ενός μεγάλου περιγράμματος δεν δόθηκε κανένα μήνυμα από το σύστημα με την διαδικασία να ολοκληρώνεται επιτυχώς. Στην περίπτωση του αυτόματου σχεδιασμού το σύστημα μας ζητά πλήθος σημείων ανά τομή προτού συνεχίσει την σχεδίαση. Για αρκετά μεγάλο πλήθος σημείων (199) δεν δίνει κανένα μήνυμα. Για περισσότερα σημεία δίνει μήνυμα προειδοποίησης Έλεγχος χειρισμού των περιγραμμάτων Σε αυτό το σημείο παρατίθενται όλες οι δοκιμές ώστε να διαπιστωθεί ο ορθός χειρισμός του συστήματος στις διάφορες λειτουργίες που αφορούν στην κατασκευή περιγραμμάτων. a. Έλεγχος περιγράμματος με προσθήκη περιθωρίου Ελέγχεται η λειτουργία σωστής λειτουργίας διεύρυνσης των περιγραμμάτων σε δυσδιάστατη μορφή. Έλεγχος: Χρησιμοποιήθηκε κυκλική δομή με ακτίνα 2cm και ορθογώνιο με διαστάσεις 2,8cm 3,7cm. Ζητήθηκε από το σύστημα να διευρύνει και τα δύο περιγράμματα κατά 5mm και μετρήθηκαν οι διαστάσεις των νέων περιγραμμάτων με την βοήθεια του χάρακα που παρέχει το σύστημα. Η ακτίνα του κυλίνδρου διαμορφώθηκε στα 2,5cm και οι διαστάσεις του ορθογωνίου σε 3,3cm 4,2cm. Άρα επαληθεύτηκε η δυνατότητα προσθήκης περιθωρίου στα περιγράμματα. Σχήμα 7.1: Δοκιμή ελέγχου διεύρυνσης περιγράμματος σε κυλινδρική και ορθογώνια δομή κατά 5mm 51

52 b. Έλεγχος διεύρυνσης τρισδιάστατης δομής Μετά τον έλεγχο της δυνατότητας του TPS να διευρύνει περιγράμματα δομών σύμφωνα με τις οδηγίες του χρήστη για δισδιάστατες δομές, θα δοκιμαστεί η ίδια δυνατότητα για δομές τριών διαστάσεων (3D). Έλεγχος: Εισήχθηκαν στο σύστημα δύο τρισδιάστατες δομές. Ένας κύλινδρος ακτίνας R=2cm και ύψους h=18,5cm και ένα ορθογώνιο παραλληλεπίπεδο διαστάσεων 2,8cm 3,7cm 7,5cm. Αρχικά ζητήθηκε από το σύστημα να διευρύνει το περίγραμμα και τον δύο δομών και μετρήθηκαν οι διαστάσεις των διευρυμένων δομών. Οι δομές διευρύνθηκαν σωστά και παρατηρήθηκε ποιοτικά η σωστή διεύρυνση όλων των τομών αλλά και η συνολική εικόνα των διευρυμένων δομών. Οι δύο δομές είχαν σωστή διαμόρφωση σε όλη την δομή τους. Έπειτα ζητήθηκε η δημιουργία αρνητικού περιθωρίου 1cm και για τις δύο δομές. Το σύστημα αποκρίθηκε με απόλυτη επιτυχία και σε αυτή την πρόκληση με την σωστή συστολή των δομών και την σωστή απεικόνιση όλων των δομών συνολικά. Σχήμα 7.2: Δοκιμή ελέγχου διεύρυνσης και συρρίκνωσης περιγράμματος σε κυλινδρική και ορθογώνια δομή και τρισδιάστατη απεικόνιση c. Έλεγχος επικύρωσης Το σύστημα πρέπει να είναι σε θέση να αντιλαμβάνεται οποιεσδήποτε αλλαγές γίνονται στα περιγράμματα. Θα ελεγχθεί εάν το σύστημα απορρίπτει και 52

53 επαναϋπολογίζει ήδη υπάρχουσα τομή που έχει υποστεί τροποποίηση και θα παρατηρηθεί η αλλαγή στην συνολική δομή. Έλεγχος: Στην περίπτωση του χειροκίνητου σχεδιασμού περιγραμμάτων το σύστημα δεν δίνει κανένα μήνυμα προειδοποίησης και δεν τροποποιεί αυτόματα τις δομές αυτές που έχουν σχεδιαστεί χειροκίνητα. Στην περίπτωση που τροποποιηθεί δομή που έχει σχεδιαστεί αυτόματα, το σύστημα επαναϋπολογίζει τις δομές που έχουν τροποποιηθεί χειροκίνητα από τον χρήστη και τις απεικονίζει σωστά. Στην περίπτωση όμως που τα σημεία που θα τροποποιηθούν από τον χρήστη απέχουν πολύ μεταξύ το σύστημα αυτόματα δεν αναγνωρίζει ως ενιαία την δομή και την μεταβάλλει σε δύο ξεχωριστές δομές. d. Έλεγχος ειδικών εργαλείων TPS Πέραν των βασικών λειτουργιών περιγράμματος θα πρέπει να ελεγχθούν και οι ειδικές λειτουργίες, όπως πχ η λειτουργία ελάττωσης σημείων Έλεγχος: Έγινε έλεγχος της λειτουργίας ελάττωσης σημείων (point reduction option). Η λειτουργία αυτή έχει σκοπό έχει σκοπό να ελαττώνει τα σημεία των δομών για να απλοποιεί (simplification) τις δομές, όπου αυτό κρίνεται σκόπιμο. Ο περιορισμός του συστήματος έρχεται στην περίπτωση μεγάλης απλοποίησης όπου και εμφανίζεται το σχετικό μήνυμα: The minimum nr. of vertices you can simplify is 10. Στις υπόλοιπες επιλογές το σύστημα αποκρίθηκε χωρίς ιδιαίτερους περιορισμούς. e. Έλεγχος μεταφοράς δισδιάστατων περιγραμμάτων Θα κατασκευαστούν περιγράμματα σε διάφορα επίπεδα και θα και θα εκτυπωθούν ώστε να ελεγχθεί η δυνατότητα του να σχεδιάζει και να αναπαριστά σωστά τα περιγράμματα σε όλα τα επίπεδα. Θα ελεγχθεί επίσης η δυνατότητα αναπαράστασης τους σε σωστές διαστάσεις. Έλεγχος: Επιλέχθηκαν οι δομές που χρησιμοποιήθηκαν στις προηγούμενες δοκιμές (κύλινδρος και ορθογώνιο παραλληλεπίπεδο) και εκτυπώθηκαν σε κλίμακα 1:1. Από την μέτρηση των διαστάσεων τους με τον χάρακα επιβεβαιώθηκε η σωστή βαθμονόμηση του TPS και η αναπαράσταση τους σε σωστές διαστάσεις. Έπειτα σχεδιάστηκαν νέα περιγράμματα σε όλα τα επίπεδα (οβελιαίο, αξονικό και στεφανιαίο) και αφού ελέγχθηκε η δυνατότητα του συστήματος να σχεδιάζει περιγράμματα σε όλα τα επίπεδα επιβεβαιώθηκε η σωστή απεικόνιση τους στα υπόλοιπα επίπεδα. f. Έλεγχος κρυμμένων περιγραμμάτων Θα ελεγχθεί ο αριθμός των κρυμμένων περιγραμμάτων και η δυνατότητα αντιγραφής, μεταφοράς και διαγραφής τους αλλά και η επιλογή απόκρυψης και επανεμφάνισης τους. 53

54 Έλεγχος: Κατασκευάστηκαν 4 δοκιμαστικά περιγράμματα και δοκιμάστηκαν οι παραπάνω λειτουργίες. Αρχικά δοκιμάστηκε η δυνατότητα απόκρυψης. Επιλέγοντας την απόκρυψη των τεσσάρων περιγραμμάτων από τον σχετικό πίνακα κατασκευασμένων περιγραμμάτων επιβεβαιώθηκε η λειτουργία απόκρυψης και στην συνέχεια η λειτουργία επανεμφάνιση με την επιλογή των συγκεκριμένων περιγραμμάτων από τον πίνακα. Στην συνέχεια, με την επιλογή διαγραφής περιγράμματος δοκιμάστηκε με επιτυχία και η δοκιμασία διαγραφής. Τα περιγράμματα που διαγράφονταν από τον κατάλογο δεν ήταν δυνατόν να ανακτηθούν. Από το σύστημα δεν υπήρχε η επιλογή μετακίνησης ή αντιγραφής περιγράμματος. g. Έλεγχος δημιουργίας δομών με διακλάδωση Μια πολύ σημαντική λειτουργία που θα πρέπει να περιλαμβάνει το TPS είναι η κατασκευή περιγραμμάτων με διχαλωτή μορφή. Θα εξεταστεί κατά πόσο το σύστημα μπορεί να διαχειριστεί την παρουσία δύο περιγραμμάτων που ανήκουν στην ίδια σειρά περιγραμμάτων στην ίδια τομή. Έλεγχος: Σε αυτή δοκιμασία το σύστημα συμπεριφέρεται διαφορετικά σε δύο περιπτώσεις. Στην πρώτη περίπτωση σχεδιάζονται δύο περιγράμματα που ανήκουν στην ίδια ομάδα και ενώνονται μεταξύ τους σε μια τομή. Αν οι δύο δομές ενωθούν έστω σε μια τομή το σύστημα επιτρέπει την κατασκευή του περιγράμματος χωρίς να εμφανίζει κανένα μήνυμα προειδοποίησης. Στην περίπτωση που δεν υπάρχει διακλάδωση στην δομή που κατασκευάζεται αλλά πρόκειται για δύο ξεχωριστές δομές που ανήκουν στην ίδια ομάδα, το σύστημα θα μας ζητήσει να αλλάξουμε το όνομα της μιας από τις δυο δομές ώστε να την καταχωρήσει σε άλλη ομάδα περιγράμματος. h. Έλεγχος δημιουργίας δομών με την μέθοδο παρεμβολής Θα κατασκευαστούν δομές με την βοήθεια της μεθόδου παρεμβολής και θα ελεγχθούν οι διαστάσεις τους και η γεωμετρία τους. Έλεγχος: Χρησιμοποιήθηκαν δομές κυλίνδρου και παραλληλεπιπέδου. Σχεδιάστηκαν τα περιγράμματα της ακραίας άνω τομής, της ακραίας κάτω τομής και μιας ενδιάμεσης τομής. Τρία περιγράμματα χρειάζονται από το σύστημα ώστε να εφαρμόσει την μέθοδο παρεμβολής. Στην συνέχεια με την εντολή resample (επαναδειγματοληψία) ξεκινάει η διαδικασία δημιουργίας των νέων δομών. Πρίν ολοκληρωθεί αυτή η διαδικασία το σύστημα ζητά των αριθμό των ζητούμενων περιγραμμάτων και προχωρά στην κατασκευή τους. Οι νέες σχεδιάζονται με σωστή γεωμετρία και σωστές διαστάσεις. Επειδή πρόκειται για εικόνες που δημιουργήθηκαν με την μέθοδο παρεμβολής, το σύστημα εμφανίζει τις τομές που σχεδιάστηκαν από το TPS με διακεκομμένες γραμμές. i. Έλεγχος δημιουργίας bolus Σε αυτή την δοκιμασία θα ελεγχθεί η σωστή κατασκευή του bolus περιγράμματος, η τοποθέτηση του αλλά και η διαδικασία κατασκευής χειροκίνητου bolus. 54

55 Έλεγχος: Ζητήθηκε από το σύστημα η κατασκευή αυτόματου περιγράμματος bolus με ύψος 1cm. Το bolus που κατασκευάστηκε κάλυπτε όλη την περιοχή του πεδίου που μας ενδιέφερε. Μετρήθηκε το ύψος κατά μήκος κάθε τομής για όλες τις τομές, με την βοήθεια ειδικού εργαλείου που παρέχει το σύστημα. Το ύψος του bolus επιβεβαιώθηκε σε όλο το μήκος και πλάτος που σχεδιάστηκε. Ένα τελευταίο στοιχείο που ελέγχθηκε είναι η δυνατότητα του bolus να ακολουθεί την καμπυλότητα του εξωτερικού περιγράμματος. Σε όλες τις περιοχές που εφαρμόστηκε το bolus, το κατώτατο τμήμα του εφαπτόταν σε όλα τα σημεία με την επιφάνεια του περιγράμματος. Στην λειτουργία χειροκίνητης δημιουργίας το σύστημα αποκρίθηκε επιτυχώς, δίνοντας στον χρήστη την δυνατότητα κατασκευής του bolus βάσει των προκαθορισμένων επιλογών (όπως πχ το ύψος). 55

56 7.2.8 Κατασκευή των όγκων Σε αυτό το τμήμα θα ασχοληθούμε με όλες τις λειτουργίες που σχετίζονται με την σχεδίαση τρισδιάστατων δομών και τον υπολογισμό του όγκου τους, κάτι που είναι μεγάλης σημασίας στην σύγχρονη ακτινοθεραπεία. Θα υπολογιστεί ο όγκος για σχεδιασμένες δομές αλλά και η δυνατότητα επαναϋπολογισμου όγκων που έχουν τροποποιηθεί. a. Υπολογισμός όγκων Θα εισαχθούν στο σύστημα τρισδιάστατες δομές γνωστών διαστάσεων και θα υπολογιστεί ο όγκος τους από το σύστημα. Στις συνέχεια οι παραπάνω δομές θα υποστούν μεγέθυνση και συρρίκνωση και θα υπολογιστούν οι νέοι όγκοι τους. Στο τέλος θα συγκριθούν τα αποτελέσματα του TPS με τις θεωρητικές τιμές ώστε να ελεγχθεί η δυνατότητα υπολογισμού όγκων του συστήματος. Έλεγχος: Για την δοκιμή αυτή επιλέχθηκαν δομές που είχαν δοκιμαστεί και παραπάνω. Ένας κύλινδρος ακτίνας R=2cm και ύψους h=18,5cm και ένα ορθογώνιο παραλληλεπίπεδο διαστάσεων 2,8cm 3,7cm 7,5cm εισήχθηκαν και υπολογίστηκαν από το TPS οι όγκοι τους. Η ίδια διαδικασία ακολουθήθηκε και για τις δομές που προέκυψαν με την αύξηση του περιθωρίου κατά 5mm για κάθε δομή και έπειτα με την με την συρρίκνωση κάθε δομής κατά 10mm. Τα αποτελέσματα του TPS και τα θεωρητικά αναμενόμενα αποτελέσματα παρατίθενται στον παρακάτω πίνακα. Σχήμα δομής Τύπος Όγκος V (ccm) TPS volume (ccm) Measured volume (ccm) Σφάλμα σ (%) Box V box =a b c 2,8 3,7 7,5 77,5 77,7 0,2 Cylinder V cyl =π R 2 h π ,5 230,6 232,4 0,8 Box expanded V box =a b c 3,8 4, ,9 3,6 Cylinder exp. V cyl =π R 2 h π 2, ,2 372,9 0,7 Box constricted Cylinder const. V box =a b c 0,8 1,7 5,5 7,2 7,5 4,2 V cyl =π R 2 h π ,5 50,4 51,8 2,7 Πίνακας 7.3: Θεωρητικές και πειραματικές τιμές όγκων για δομές 1) φυσιολογικές,2) που έχουν υποστεί μεγέθυνση και 3) που έχουν υποστεί συρρίκνωση 56

57 Σημείωση: Το voxel size για όλες τις μετρήσεις σε αυτό το τμήμα είναι 0,41ccm. Συγκρίνοντας τις τιμές του πλάνου με τις τιμές όγκων που μετρήσαμε εμείς παρατηρούμε ότι οι τιμές μεταξύ θεωρητικών όγκων και όγκων μετρημένων από το TPS διαφέρουν ελάχιστα μεταξύ τους. Αυτό το αποτέλεσμα επιβεβαιώνει την ορθή μέτρηση όγκων από το σύστημα. Οι όποιες διαφορές παρατηρούνται οφείλονται κατά κύριο λόγο σε δύο παράγοντες: a) το πάχος τομής και b) το voxel size. Η ακρίβεια στην μέτρηση όγκου έχει άμεση εξάρτηση με το πάχος τομών. Όσο πιο πυκνά δομημένη είναι η 3D εικόνα που περιλαμβάνει την δομή ενδιαφέροντος, τόσο με μεγαλύτερη ακρίβεια θα υπολογιστεί ο όγκος δομής. Αυτό συμβαίνει διότι το σύστημα δεν μπορεί να υπολογίσει με τόσο μεγάλη ακρίβεια τον όγκο που περιλαμβάνεται τμηματικά μεταξύ δύο διαδοχικών τομών. Σε περιπτώσεις μεγάλων δομών ενδιαφέροντος η ανακρίβεια μέτρησης όγκου ελαττώνεται σημαντικά, αφού η περιοχή που βρίσκεται μεταξύ δύο τομών περιλαμβάνει πολύ μικρό όγκο σε σύγκριση με τον όγκο ολόκληρης της δομής. Για να εξασφαλιστεί η όσο το δυνατόν μεγαλύτερη ακρίβεια σε δομές μικρού όγκου, προτιμάται η εικόνα με μικρότερο πάχος τομής. Το voxel size επηρεάζει επίσης σε μεγάλο βαθμό την ακρίβεια μέτρησης όγκου. Όσο μικρότερο είναι το μέγεθος του voxel (όπου voxel είναι το ελάχιστο τρισδιάστατο εικονοστοιχείο), τόσο πιο ακριβής γίνεται η μέτρηση όγκου της δομής ενδιαφέροντος. Παρατηρήσαμε οτι με την αλλαγή voxel size για προκαθορισμένες δομές, αλλάζε συνεχώς (και ορισμένες φορές σε μεγάλο βαθμό) ο όγκος δομής. Αυτό συμβαίνει διότι το σύστημα αδυνατεί να διαχειριστεί σωστά τον όγκο που περιλαμβάνεται στα άκρα της δομής στην εκάστοτε τομή. Αυτο πρακτικά σημαίνει οτι αν ο όγκος στα όρια του περιγράμματος υπερκάλυπτε το μισό όγκο του voxel, αυτόματα το σύστημα περιελάβανε ολόκληρο τον όγκο του voxel. Στην αντίθετη περίπτωση, το σύστημα απέκλειε τον όγκο που περιλαμβανόταν σε voxel με πληρότητα λιγότερη από το μισό του όγκου του. Αποτέλεσμα αυτών είναι είτε η υπερεκτίμηση του όγκου με εμφάνιση πλεονάσματος όγκου, είτε η υποεκτίμηση του όγκου με εμφάνιση ελείμματος όγκου. Στον αντίποδα, η επιλογή πολύ μικρού μεγέθους voxel δεν είναι πάντα χρήσιμη για δύο κυρίως λόγους. Το μέγεθος voxel σχετίζεται άμεσα με την ποιότητα της εικόνας που λαμβάνεται από τον αξονικό τομογράφο. Η επιλογή voxel size μικρότερου από αυτο της εικόνας που έχει εισαχθεί στο σύστημα αφενός δεν έχει καμία κλινική αξία στην διαδικασία μέτρησης όγκου, αφού θα έχει ξεπεραστεί το όριο της ανάλυσης της εικόνας και αφετέρου ελοχεύει ο κίνδυνος να οδηγήσει το σύστημα σε λάθος εκτίμηση και μέτρηση του όγκου. Ένα άλλο μειονέκτημα είναι οτι το μικρό voxel size οδηγεί σε αύξηση της ανάλυσης της εικόνας (αφού η ίδια εικόνα διαμερίζεται σε περισσότερα εικονοστοιχεία) με αποτέλεσμα να χρησιμοποιεί περισσότερους πόρους μνήμης από τον υπολογιστή που χρησιμοποιείται για το treatment planning, καθιστώντας την διαδικασία υπολογισμού πολύ πιο χρονοβόρα και σε ορισμένες περιπτώσεις αδύνατη για τα μέσα υπολογιστικά συστήματα που χρησιμοποιούνται. Άρα το ιδανικό voxel size ορίζεται από την ποιότητα εικόνας που εισάγεται στο σύστημα, το μέγεθος του όγκου ενδιαφέροντος, τις απαιτήσεις του χρήστη και την δυνατότητα του συστήματος. 57

58 Μια τελευταία πηγή σφάλματος, που πιθανόν συμβάλλει στην διαφορά διαστάσεων των παραπάνω δομών οφείλεται στην ανακρίβεια χρήσης του χάρακα. b. Έλεγχος της κατασκευής όγκων από τομές μεταβαλλόμενης απόστασης Θα κατασκευαστούν δομές από περιγράμματα τα οποία δεν έχουν σταθερές αποστάσεις μεταξύ τους. Για να συμβεί αυτό θα διαγραφούν ορισμένα περιγράμματα από κάποιες τομές και θα ζητηθεί από το σύστημα να υπολογίσει τον όγκο της δομής που προκύπτει από τις τομές μεταβαλλόμενης απόστασης. Έλεγχος: Επιλέγχθηκε η κυλινδρική δομή που έχει χρησιμοποιηθεί και προηγουμένως αφαιρέθηκαν 7 περιγράμματα από τυχαίες τομές. Στην συνέχεια το σύστημα υπολόγισε αυτόματα τον όγκο της δομής που προέκυψε από τις ήδη υπάρχουσες τομές. Ο όγκος της δομής παρέμεινε ίδιος με την αρχική δομή στα 230,6 ccm. Το σύστημα αυτόματα δημιουργούσε τα περιγράμματα στις περιοχές που δεν υπήρχε περίγραμμα με διακεκομμένες και αχνές γραμμές για να πληροφορεί τον χρήστη για την περιοχή που περιλαμβάνεται ο όγκος, όπως αυτός υπολογίστηκε από το TPS. 58

59 c. Έλεγχος της κατασκευής όγκων από τομές μη διαδοχικής σειράς Θα κατασκευαστεί γνωστή κυλινδρική δομή, η οποία αποτελείται από περιγράμματα σχεδιασμένα ανά δεύτερη τομή. Θα μετρηθεί ο όγκος της και θα συγκριθεί με τον όγκο που μετρήθηκε από την κανονική δομή. Έλεγχος: Κατασκευάστηκε κύλινδρος ακτίνας R=2cm, σχεδιάζοντας τα περιγράμματα μη σειριακά, αλλά ανά δύο τομές. Το σύστημα σχεδίασε με διακεκομμένες γραμμές τα περιγράμματα που έλειπαν και υπολόγισε αυτόματα τον όγκο της δομής. Ο όγκος βρέθηκε ίδιος με την κανονική κατασκευή (230,6 ccm), επιβεβαιώνοντας την δυνατότητα του συστήματος να υπολογίζει ογκους από τομές μη διαδοχικής σειράς. d. Έλεγχος κατασκευής όγκου από μη αξονικά περιγράμματα Θα κατασκευαστεί δομή που έχει χρησιμοποιηθεί και προηγουμένως, ώστε να μπορεί να γίνει η σύγκριση των όγκων, σε μη αξονικό επίπεδο. Έλεγχος: Αλλάξαμε επίπεδο και κατασκευάσαμε κυλινδρική δομή ακτίνας R=2 cm και ύψους h=18,5 cm. Αφού ολοκληρώθηκε η κατασκευή το σύστημα υπολόγισε αυτόματα τον όγκο. Ο όγκος που μέτρησε το TPS βρέθηκε ίσος με 232,6 ccm, τιμή παραπλήσια (232,3 ccm, σ=0,1%) της τιμής όγκου που βρέθηκε σε αξονικό επίπεδο. e. Έλεγχος επιλογής ορίων Θα κατασκευαστεί δομή η οποία αποτελείται από δύο ακραία περιγράμματα. Θα ζητηθεί ο υπολογισμός του όγκου και η τιμή θα συγκριθεί με την θεωρητικά αναμενόμενη. Έλεγχος: Κατασκευάστηκαν δύο κυκλικά περιγράμματα σε δύο τομές που απείχαν μεταξύ τους 18,5 cm. Με την μέθοδο παρεμβολής το σύστημα κατασκεύασε την δομή από τα δύο ακραία περιγράμμα και υπολόγισε αυτόματα τον όγκο της κυλινδρικής δομής που προέκυψε από την μέθοδο παρεμβολής. Ο όγκος βρέθηκε ίδιος με τον όγκο του κυλίνδρου στην πρώτη δοκιμασία (230,6 ccm). f. Έλεγχος όγκου περιοχών που έχουν αποσπαστεί Θα κατασκευαστεί δομή καθορισμένων διαστάσεων και θα αφαιρεθεί τμήμα από την συνολική δομή. Θα μετρηθεί ο όγκος της δομής και θα συγκριθεί με την αρχική δομή. Έλεγχος: Το σύστημα δεν μας έδωσε την δυνατότητα να αποσπάσουμε τμήμα της δομής από την συνολική δομή και να την μεταφέρουμε. Αντί αυτού, διαγράφηκε η το τμήμα της κυλινδρικής δομής που βρίσκεται από την κεντρική τομή και κάτω. Σε αυτό το τμήμα κατασκευάστηκε από την αρχή κυλινδρική δομή ίδιας ακτίνας από το μέσο έως την κατώτατη τομή που βρισκόταν η προηγούμενη δομή. Μετρήθηκαν οι όγκοι που δημιουργήθηκαν και βρέθηκαν ίσα με 115,2 ccm και 116,1 ccm 59

60 αντίστοιχα. Ο συνολικός όγκος είχε παραπλήσια τιμή με την θεωρητικά αναμενόμενη τιμή όγκου της συνολικής δομής. 60

61 7.3 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΔΕΣΜΗΣ ΟΡΙΣΜΟΣ ΔΕΣΜΗΣ SSD, SAD και μέγεθος πεδίου Θα τοποθετηθεί δέσμη ορθογώνιου σχήματος σε τρισδιάστατο phantom με το ισόκεντρο του στα 10 cm και θα ελεγχθεί το μέγεθος του πεδίου, η απόκλιση, η θέση του ισόκεντρου, και το βάθος για διάφορα μεγέθη πεδίων και αποστάσεις SSD (Source Surface Distance). a. Μέγεθος πεδίου Για την μέτρηση των πεδίων θα μετρηθούν οι αποστάσεις σε αξονικό και οβελιαίο επίπεδο στο βάθος του ισόκεντρου και θα συγκριθούν τα μετρούμενα μεγέθη με τα αναμενόμενα θεωρητικά μεγέθη που έχουν επιλεγεί. Για την διασφάλιση της σωστής βαθμονόμησης των πεδίων θα μετρηθούν περισσότερα από ένα πεδία με διαφορετικές διαστάσεις. Επίσης, θα μετρηθούν τα πεδία σε BEV απεικόνιση και θα ελεγχθεί η ορθότητα ονομασίας των πεδίων σε κάθε επίπεδο (οβελιαίο και στεφανιαίο). Έλεγχος: Επιλέχθηκαν 3 πεδία διαστάσεων 5cm 20cm, 7,5cm 10cm και 15cm 30cm. Μετρήθηκαν οι διαστάσεις πεδίων σε αξονικό και οβελιαίο επίπεδο για κάθε πεδίο αντίστοιχα στο βάθος του ισόκεντρου (100cm) και βρέθηκαν ίδια με τα θεωρητικά αναμενόμενα. Η μέτρηση έγινε και σε BEV δίνοντας τα ίδια αποτελέσματα και έγινε και εκτύπωση των τριών πεδίων σε κλίμακα 1:1 και τα πεδία μετρήθηκαν με χάρακα. Με αυτόν τον τρόπο επιβεβαιώθηκε η σωστή βαθμονόμηση στα πεδία αλλά και η σωστή βαθμονόμηση του χάρακα που περιλαμβάνει το TPS. Επίσης, ελέγχθηκε η ονομασία των πεδίων, όπως αυτη καθορίζεται από το χρήστη, και η ορθότητα ονομασίας τους ανάλογα με το επίπεδο που βρίσκονται με επιτυχία. Ακολουθεί η σχηματική απεικόνιση των τριών πεδίων σε BEV απεικόνιση. Σχήμα 7.4 a, b, c: Beam s Eye View (BEV) απεικόνιση τριών πεδίων με διαστάσεις 5cm 20cm, 7,5cm 10cm και 15cm 30cm αντίστοιχα 61

62 b. Απόκλιση Θα ελεγχθεί η ορθότητα της απόκλισης μετρώντας διάφορα πεδία στο ύψος της επιφάνειας και σε μεγαλύτερο βάθος. Έλεγχος: Χρησιμοποιήθηκαν τα ίδια πεδία με την προηγούμενη δοκιμή ελέγχου (7.3.1 a). Τα πεδία ορίστηκαν στο βάθος ισοκέντρου και ελέγχθηκαν οι διαστάσεις τους στην επιφάνεια του phantom (90cm) και σε βάθος 130cm. Ακολουθεί πίνακας με τα μεγέθη πεδίων σε διάφορα βάθη. Field size (cm) / SSD (cm) , ,5 26 7,5 10 6,75 9 7,5 10 9, , ,5 38,9 Πίνακας 7.6: Μεγέθη ορθογώνιων πεδίων στην επιφάνεια, στο βάθος ισοκέντρου και σε μεγάλο βάθος Από τον πίνακα 7.6 παρατηρούμε οτι το σύστημα είχε την δυνατότητα να προβάλλει τα πεδία σε διάφορα ύψη (εδώ στα 90cm και 130cm) στο σωστό μέγεθος. Η ορθή προβολή επιβεβαιώνεται από την σύγκριση των μεγεθών πεδίων στα 90cm και τα 130cm σε σχέση με το πεδίο στο βάθος ισοκέντρου. Στη πρώτη περίπτωση όλα τα πεδία προβάλλονται σε κλίμακα 0,9:1 και στην δεύτερη σε κλίμακα 1,3:1. c. Τοποθέτηση ισόκεντρου Σε αυτό το σημείο θα ελεγχθούν οι συντεταγμένες και η γεωγραφική θέση του ισόκεντρου. Θα ελεγχθεί το όνομα και η κατεύθυνση των αξόνων συντεταγμένων σε σχέση με το phantom και το ανατομικό σύστημα συντεταγμένων του συστήματος. Έλεγχος: Για να ελεγχθούν τα στοιχεία συντεταγμένων και η γεωγραφική θέση του ισόκεντρου χρησιμοποιήθηκε το πεδίο 7,5cm 10cm και απεικονίστηκε το πεδίο δέσμης σε αξονικό, οβελιαίο και στεφανιαίο επίπεδο. Ελέγχθηκε το όνομα και η κατεύθυνση των αξόνων σε όλα τα επίπεδα και επιβεβαιώθηκε η σωστή κατεύθυνση και απεικόνιση του πεδίου σε όλους τους άξονες συντεταγμένων. Σε BEV απεικόνιση ελέγχθηκε η κατεύθυνση και η ονομασία των συντεταγμένων των collimators που απαρτίζουν το πεδίο. Σημείωση: Σε όλες τις απεικονίσεις υπάρχει το σύμβολο R (Right), ώστε να γίνεται σαφής ο σωστός προσανατολισμός του πεδίου. Το μέρος της εικόνας που βρίσκεται το σύμβολο R προσδιορίζει την δεξιά πλευρά του ασθενή (στην περίπτωση μας την δεξιά πλευρά του phantom). 62

63 Σχήμα 7.7: Απεικόνιση ισόκεντρου πεδίου 7,5cm 10cm σε αξονικό, οβελιαίο και στεφανιαίο επίπεδο και BEV απεικόνιση με πληροφορίες κατεύθυνσης και συντεταγμένες d. Επαλήθευση βάθους και SSD Περιλαμβάνονται όλες οι διαδικασίες επαλήθευσης της απόστασης πηγήςεπιφάνειας ή του βάθους της δέσμης όπως αναφέρεται από το TPS. Έλεγχος: Για να επαληθευτεί το βάθους ή το SSD ελέγχθηκε αρχικά η συμπεριφορά του συστήματος σε οποιαδήποτε αλλαγή βάθους ή απόστασης SSD. Παρατηρήθηκε ότι με οποιαδήποτε αλλαγή στο βάθος άλλαζε σύμφωνα και το SSD και αντίστροφα. Η αλλαγή οποιασδήποτε μεταβλητής έδινε ως τιμή την συμπληρωματική στα 100cm στην άλλη μεταβλητή (πχ SSD=85cm, d=15cm). Επίσης, αλλάζοντας συντεταγμένες στον άξονα z, άλλαζαν πάλι σύμφωνα και ταυτόχρονα το βάθος και το SSD. Για να επαληθευτεί η σωστή βαθμονόμηση μετρήθηκε το βάθος για SSD=90cm και βρέθηκε ίσο με 10cm με την βοήθεια του χάρακα. Για να επιβεβαιωθεί η σωστή θέση του ισόκεντρου με έναν ακόμα τρόπο, ζητήθηκε ο υπολογισμός δόσης και βρέθηκε πως η ισοδοσιακή καμπύλη 100% εφαπτόταν με την ευθεία του ισόκεντρου Θέση και περιστροφή του gantry Το σύστημα μας θα πρέπει να έχει την δυνατότητα να ελέγχει την ακρίβεια της θέσης του Gantry, καθώς και την δυνατότητα αλλαγής της προκαθορισμένης θέσης του, σε περίπτωση που αυτό χρειαστεί. Επίσης, θα πρέπει να έχει την δυνατότητα να ελέγχει τον τρόπο κίνησης του Gantry (με την φορά των δεικτών του ρολογιού ή αντίστροφα). 63

64 Έλεγχος: Επιλέχθηκαν διάφορες γωνίες (30,60 και 135 ) και είδαμε την κίνηση του Gantry. Επίσης, παρατηρήθηκε ότι για αρνητικές γωνίες, μας δόθηκε η συμπληρωματική γωνία ως προς τις 360 (πχ για -45 μας έδωσε 315 ). Στις ρυθμίσεις του TPS υπάρχει πρόβλεψη για τον τρόπο κίνησης του gantry, με την φορά των δεικτών του ρολογιού ή αντίστροφα. Αυτό εξαρτάται από την φορά κίνησης του εκάστοτε γραμμικού επιταχυντή και ορίζεται από το χρήστη στην εισαγωγή δεδομένων δέσμης (το ίδιο ισχύει και για τις δοκιμές ελέγχου και που ακολουθούν και αφορούν στην περιστροφή των collimators και την κίνηση του κρεβατιού αντίστοιχα). Στην συνέχεια επαληθεύτηκε η αντιστοιχία της περιστροφής του gantry με το ανθρώπινο ομοίωμα προσανατολισμού ασθενή. Χρησιμοποιήθηκε πεδίο 7,5cm 10cm και στην απεικόνιση προστέθηκαν και οι ισοδοσιακές καμπύλες. 64

65 Σχήμα 7.8 a, b, c, d: Απεικόνιση θέσης και κατεύθυνσης gantry σε όλα τα επίπεδα και κατανομή δόσης για πεδίο 7,5cm 10cm Θέση και περιστροφή κατευθυντήρων (collimators) Θα τοποθετηθεί μια δέσμη κάθετα στο phantom και θα στρέψουμε τα collimators σε γωνίες 30,60 και 135. Θα επαληθευτεί η γωνία των collimators μετρώντας σε συγκεκριμένα ύψη τα μήκη που εμφανίζονται σε αξονικό επίπεδο. Για τον έλεγχο της ορθής απεικόνισης και κατανομής δόσης θα παρουσιαστούν τα πεδία σε BEV με τις καμπύλες δόσης που προκύπτουν. 65

66 Έλεγχος: Επιλέχθηκαν διάφορες γωνίες (30,60 και 135 ) και είδαμε την κίνηση των collimators. Επίσης, παρατηρήθηκε ότι για αρνητικές γωνίες, μας δόθηκε η συμπληρωματική γωνία ως προς τις 360 (πχ για -45 μας έδωσε 315 ). Για τον έλεγχο της ορθής περιστροφής των collimators μετρήθηκαν τα μήκη που προκύπτουν σε αξονικό επίπεδο για συγκεκριμένα ύψη και για διάφορες γωνίες περιστροφής. Δημιουργήθηκε έκκεντρο πεδίο 10cm 10cm και μετρήθηκαν οι αποστάσεις στον οριζόντιο άξονα σύμφωνα με το παρακάτω σχέδιο. Σχήμα 7.9: Θέση του πεδίου για την επαλήθευση του πεδίου δέσμης σε BEV απεικόνιση Z (cm) / Collimator angle ( ) ,9 9,2 9,2 8, ,6 11,6 14-2,9 9,3 9,2 8,5 Πίνακας 7.10: Αποστάσεις σε αξονικό επίπεδο για συγκεκριμένα ύψη για διάφορες γωνίες περιστροφής των collimators Οι τιμές που προέκυψαν από τον παραπάνω πίνακα επαλήθευσαν την ορθή περιστροφή των collimators, καθώς η συμμετρία του πεδίου παρέμεινε κατά την περιστροφή οι αποστάσεις που μετρήθηκαν αντιστοιχούσαν στις αναμενόμενες γωνίες. Για τον έλεγχο της απεικόνισης της περιστροφής των collimators χρησιμοποιήθηκε πεδίο διαστάσεων 10cm 15cm για τις ίδιες γωνίες και ζητήθηκε από το σύστημα να υπολογίσει και να απεικονίσει τις καμπύλες δόσης σε όλα τα επίπεδα και σε BEV απεικόνιση. 66

67 Πίνακας 7.11 a, b, c: Απεικονίσεις σε όλα τα επίπεδα και σε BEV της περιστροφής των collimators για γωνίες περιστροφής 30, 60 και 135 με καμπύλες δόσης σε κλινική εικόνα 67

68 7.3.4 Θέση και κίνηση κρεβατιού Το σύστημα θα πρέπει να ελέγχει την θέση του κρεβατιού, το όριο κλίσης του, να έχει την δυνατότητα να αλλάξει την προκαθορισμένη θέση, εάν αυτό ζητηθεί, καθώς και να δίνει πληροφορίες για την διεύθυνση κλίσης του. Για την επαλήθευση θα ελεγχθεί η περιστροφή του κρεβατιού σε συγκεκριμένες γωνίες και θα απεικονιστεί σε όλα τα επίπεδα και σε BEV απεικόνιση παρουσία καμπυλών δόσης. Έλεγχος: Έγινε έλεγχος της θέσης του κρεβατιού για διάφορες γωνίες. Διαπιστώθηκε ότι για αρνητικές γωνίες κλίσης, δίνεται η συμπληρωματική ως προς τις 360 γωνία. Επίσης, υπάρχει πρόβλεψη από το σύστημα για την φορά κίνησης του κρεβατιού. Αυτό που χρήζει περαιτέρω ελέγχου είναι ότι δεν υπάρχει πρόβλεψη για γωνίες κίνησης του κρεβατιού κοντά στις 180. Σε αυτή την δεν είναι δυνατή η κίνηση του κρεβατιού, καθώς την εμποδίζει η κεφαλή του gantry. Στην συνέχεια επιλέχθηκαν συγκεκριμένες γωνίες περιστροφής του κρεβατιού (30,60,135 ) και ελέγχθηκε η απεικόνιση σε όλα τα επίπεδα παρουσία ισοδοσιακών καμπυλών. Το πεδίο που χρησιμοποιήθηκε ήταν διαστάσεων 10cm 15cm. 68

69 Σχήμα 7.12 a, b, c: Απεικονίσεις σε όλα τα επίπεδα και σε BEV της περιστροφής του κρεβατιού για γωνίες περιστροφής 30, 60 και 135 με καμπύλες δόσης σε κλινική εικόνα Ορισμός και ρύθμιση κατευθυντήρων Θα πρέπει να υπάρχει πρόβλεψη από το σύστημα για ανεξάρτητη κίνηση των σιαγόνων (Χ1, Χ2, Υ1, Υ2) των collimators. Είναι απαραίτητη η προβολή τους σε σωστές συντεταγμένες και η δυνατότητα διαχείρισης του συστήματος σε περίπτωση εσφαλμένης κίνησης των σιαγόνων. Θα ακολουθήσει ο έλεγχος της ορθής απεικόνισης με προβολή των πεδίων σε όλα τα επίπεδα και σε BEV απεικόνιση. Έλεγχος: Για τον έλεγχο της ανεξάρτητης κίνησης των σιαγόνων και της χρήσης των σωστών συντεταγμένων χρησιμοποιήθηκαν δύο δέσμες. Η πρώτη ήταν διαστάσεων 10cm 15cm με συμμετρία ως προς την αρχή των αξόνων και χρησιμοποιήθηκε ως γνώμονας για τον έλεγχο των ορθών συντεταγμένων. Στην συνέχεια δημιουργήθηκε δεύτερο πεδίο διαστάσεων 5cm 7,5cm που προερχόταν από ανεξάρτητη κίνηση των σιαγόνων. Η δημιουργία του πεδίου έγινε βάσει του παρακάτω σχήματος. Σχήμα 7.13: Ρύθμιση σιαγόνων για τον έλεγχο συντεταγμένων δέσμης σε BEV απεικόνιση 69

70 Σχήμα 7.14: Απεικόνιση της ανεξάρτητης κίνησης σιαγόνων με πεδίο αναφοράς γνωστό πεδίο σε αξονικό και στεφανιαίο επίπεδο Η σωστή χρήση συντεταγμένων επιβεβαιώθηκε καθώς η δεύτερη δέσμη εφαπτόταν της δέσμης αναφοράς. Συγκεκριμένα οι θέσεις διαφραγμάτων της δεύτερης δέσμης ήταν Χ1=0 cm, X2=5 cm, Y1=0 cm, Y2=7,5 cm. Η απεικόνιση σε αξονικό και στεφανιαίο επίπεδο επιβεβαίωσε την δυνατότητα ανεξάρτητης κίνησης των σιαγόνων για την δημιουργία πεδίων. Στην περίπτωση που το πεδίο που σχηματιζόταν ξεπερνούσε τα όρια του TPS (20cm σε κάθε άξονα με μέγιστο πεδίο 40cm 40cm) το σύστημα αυτόματα έδινε μέγιστη τιμή συνιστώσας τα 20cm Ορισμός του MLC (Multi-Leaf Collimator) Η χρήση του MLC προϋποθέτει μια σειρά ελέγχων σε διάφορους τομείς ώστε να διασφαλιστεί η σωστή διαχείριση του από το TPS και η ορθή χρήση του σύμφωνα με τα δεδομένα που δέχεται. Οι έλεγχοι που θα γίνουν αφορούν στον αριθμό των φύλλων, στην θέση και την αρίθμηση τους, της κατεύθυνσης τους και στους περιορισμούς κίνησης τους. Επίσης, θα πρέπει να υπάρχει δυνατότητα του προσδιορισμού σχήματος των φύλλων και της σωστής αναπαράστασης τους σε όλα τα επίπεδα. Σημείωση: Στο τμήμα ακτινοθεραπείας του νοσοκομειου «Άγιος Σάββας» δεν υπήρχε γραμμικός επιταχυντής που να περιλαμβάνει multi leaf collimators, οπότε δεν κρίθηκε απαραίτητος ο έλεγχος του TPS σε αυτόν τον τομέα. Παρ όλα αυτά θα παρατεθούν οι απαιτούμενες ενέργειες ώστε να διασφαλιστεί η σωστή λειτουργία του MLC. Έλεγχος: Για να διασφαλιστεί η σωστή λειτουργία του MLC αρχικά θα πρέπει να γίνει έλεγχος για τον μέγιστο αριθμό φύλλων που επιτρέπονται από το TPS. Επίσης, θα πρέπει να ελεγχθεί η δυνατότητα κίνησης των φύλλων σύμφωνα με την 70

71 επιθυμία του χρήστη και τα όρια κίνησης του κάθε φύλλου. Η αρίθμηση τους θα πρέπει να είναι ευκρινής καθ όλη την διάρκεια σχεδιασμού ώστε να μην δημιουργείται σύγχυση κατά την διάρκεια κατασκευής πεδίων. Θα πρέπει να υπάρχει πρόβλεψη για διάφορες κατηγορίες φύλλων (πχ φύλλα με στρογγυλά ή ορθογώνια άκρα). Τέλος θα πρέπει να γίνει έλεγχος της ορθής απεικόνισης με δυνατότητα προβολής των πεδίων σε όλα τα επίπεδα με σωστή κατανομή δόσης ανάλογα με τον σχηματισμό που δημιουργείται από τα φύλλα του MLC Εισαγωγή σφηνών και blocks Η παρουσία των σφηνών και των blocks έχει τεράστια σημασία στην διαδικασία του treatment planning καθώς καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό την βελτίωση της κατανομής δόσης και τον περιορισμό των πεδίων σε τέτοιο βαθμό ώστε να περιοριστεί η δόση σε περιοχή που να καλύπτει απόλυτα τον όγκο και παράλληλα να περιορίζει την πιθανότητα ακτινοβόλησης υγιών ιστών. Άρα ο έλεγχος τους αποτελεί διαδικασία μεγάλης σημασίας. Θα γίνει έλεγχος για την δυνατότητα εισαγωγής σφήνας σε όλες τις κατευθύνσεις και θα επαληθευτεί η σωστή απεικόνιση σε σχέση με την κατεύθυνση εισαγωγής της σφήνας. Θα εξεταστεί η αλλαγή κατεύθυνσης της σφήνα ανάλογα με την κίνηση των collimators και στην συνέχεια θα παρουσιαστεί η κατανομή δόσης για να ελεγχθεί η μεταβολή δόσης παρουσία σφήνας και η σωστή απεικόνιση σε όλα τα επίπεδα. Όσον αφορά στην εισαγωγή των blocks θα χρησιμοποιηθούν δύο blocks διαφορετικής γεωμετρίας και θα παρουσιαστεί η κατανομή δόσης ώστε να ελεγχθεί η προστασία των περιοχών που έχουν προστατευτεί με blocks αλλά και η σωστή απεικόνιση των πεδίων που περιέχουν blocks σε όλα τα επίπεδα. Έλεγχος: Κατά την διαδικασία εισαγωγής σφήνας το σύστημα μας ζήτησε να εισάγουμε την γωνία της σφήνας. Σε αυτό το σημείο διακρίθηκαν δύο περιπτώσεις εισαγωγής ανάλογα με τον γραμμικό επιταχυντή που χρησιμοποιήθηκε για την θεραπεία. Στην μια περίπτωση ο γραμμικός επιταχυντής περιλάμβανε τέσσερα είδη σφηνών προκαθορισμένης γωνίας 15, 30, 45 και 60. Σε αυτή την περίπτωση το σύστημα μας ζητούσε να επιλέξουμε την σφήνα ανάλογα με την γωνία κλίσης της από τις τέσσερεις προκαθορισμένες επιλογές. Στην δεύτερη περίπτωση ο γραμμικός επιταχυντής περιλάμβανε μια σφήνα γωνίας 60 η οποία είχε την δυνατότητα να παραμείνει για ένα προκαθορισμένο χρονικό διάστημα της ακτινοβόλησης και να απομακρυνθεί για την υπόλοιπη διάρκεια ακτινοβόλησης με σκοπό να χρησιμοποιείται ως σφήνα δυναμικής κλίσης. Έτσι επιτεύχθηκε η επιλογή γωνίας με ακρίβεια μιας μοίρας καθώς η δυνατότητα εισαγωγής και εξαγωγής της σφήνας κατά την διάρκεια θεραπείας ισοδυναμούσε με την ύπαρξη σφήνας μεταβλητής γωνίας. Σε αυτή την περίπτωση το σύστημα πριν την εισαγωγή μας ζήτησε να επιλέξουμε την γωνία κλίσης της σφήνας από 0-60 με ακρίβεια μιας μοίρας. Μετά την εισαγωγή της σφήνας ελέγχθηκε η απεικόνιση της σφήνας σε όλα τα επίπεδα. Εδώ χρήζει προσοχής το γεγονός ότι η απεικόνιση δεν εξομοιώνει τις πραγματικές διαστάσεις και την κλίση της σφήνας καθώς όλες οι σφήνες που εμφανίζονται έχουν τις ίδιες διαστάσεις ανεξάρτητα των στοιχείων κλίσης τους και χρησιμοποιούνται ώστε να απεικονίζουν την κατεύθυνση τους. Οι υπόλοιπες πληροφορίες βρίσκονται στο κάτω μέρος του περιβάλλοντος εργασίας δίνοντας όλες τις χρηστικές 71

72 πληροφορίες για την σφήνα που χρησιμοποιήθηκε. Με την περιστροφή των collimators πιστοποιήθηκε η σύμφωνη περιστροφή της σφήνας αλλά και η ορθή απεικόνιση σε όλα τα επίπεδα, με την θέση της σφήνας να είναι ευκρινής σε όλες τις προβολές. Στην απεικόνιση παρατηρήθηκε άλλο ένα παράδοξο στοιχείο. Για διαστάσεις πεδίου μεγαλύτερες από 20cm 20cm η σφήνα δεν κάλυπτε όλη την επιφάνεια του πεδίου, αλλά απεικονιζόταν στο εσωτερικό του πεδίου. Ζητώντας από το σύστημα να υπολογίσει την δόση και να απεικονίσει τις ισοδοσιακές καμπύλες. Από την κατανομή δόσης σε όλο το μήκος και πλάτος του πεδίου παρατηρήσαμε ότι η κατανομή παρέμενε ομοιόμορφη σε όλες τις τομές, επιβεβαιώνοντας ότι η απεικόνιση της σφήνας στο πλάνο δίνει πληροφορίες μόνο για την θέση της και όχι για τις διαστάσεις ή την κλίση της. Στην πραγματικότητα η σφήνα κάλυπτε όλη την επιφάνεια του πεδίου μέχρι και την μέγιστη τιμή διαστάσεων πεδίου. Άρα πρόκειται για ποιοτική απεικόνιση και χρήζει της προσοχής του χρήστη κατά τον σχεδιασμό. Παρακάτω παρατίθενται εικόνες για διάφορες γωνίες περιστροφής των σφηνών (με την περιστροφή των collimators) με προβολή σε όλα τα επίπεδα και τον σχεδιασμό των ισοδοσιακών καμπυλών για την απεικόνιση κατανομής δόσης. 72

73 Σχήμα 7.15 a, b, c: Απεικόνιση της κατανομής δόσης παρουσία σφήνας γωνίας 45 σε όλα τα επίπεδα για πεδίο 10cm 10cm και για γωνίες περιστροφής collimators 0, 90 και

74 Για την εισαγωγή blocks αρχικά ζητήθηκε να επιλέξουμε το είδος του block που θα χρησιμοποιηθεί από τον κατάλογο που διέθετε το σύστημα. Το είδος block αφορούσε στο υλικό κατασκευής και την διαπερατότητα του υλικού από την ακτινοβολία. Στην συνέχεια κατασκευάστηκαν χειροκίνητα δύο block με διαφορετικό σχήμα και ελέγχθηκε η δυνατότητα εισαγωγής και μετακίνησης τους στο πεδίο δέσμης. Σχεδιάστηκε ένα ορθογώνιο block το οποίο τοποθετήθηκε στο άνω δεξί άκρο του πεδίου και ένα τριγωνικό block στο κάτω αριστερό άκρο. Επιλέγοντας διάφορες γωνίες περιστροφής των collimators ελέγχθηκε η σύμφωνη περιστροφή των blocks. Το σύστημα δεν έδωσε κάποιο περιορισμό στον σχεδιασμό των blocks. Υπήρχε δυνατότητα μεταφοράς μέρους του block εκτός του πεδίου με την συνεισφορά να μεταβάλλεται ανάλογα με το τμήμα του block που βρισκόταν εντός πεδίου. Στην συνέχεια υπολογίστηκε η δόση από το σύστημα και ελέγχθηκε η απεικόνιση σε όλα τα επίπεδα και η κατανομή δόσης παρουσία blocks. Επίσης, ελέγχθηκε δυνατότητα δημιουργίας block σύνθετης γεωμετρίας και η μεταβολή κατανομής δόσης σε αυτή την περίπτωση. Παρακάτω παρουσιάζονται εικόνες με απεικόνιση σε όλα τα επίπεδα και με την κατανομή δόσης σε phantom και κλινική εικόνα. 74

75 Σχήμα 7.16 a, b, c: Απεικόνιση της κατανομής δόσης σε αξονικό επίπεδο για πεδίο 15cm 15cm με δύο blocks καθορισμένης γεωμετρίας και για γωνίες περιστροφής collimators 0, 180 και 270 Σχήμα 7.17: Απεικόνιση BEV και απεικόνιση κατάληψης πεδίου που περιλαμβάνει block 75

76 Σχήμα 7.18 a, b, c: Απεικόνιση σε όλα τα επίπεδα πεδίου 10cm 10cm που περιλαμβάνει block σύνθετης γεωμετρίας και της κατανομής δόσης για περιστροφή collimators σε γωνίες 0, 90 και 180 Από τις παραπάνω εικόνες είναι ευδιάκριτη σε όλα τα πεδία η περιοχή που καταλαμβάνουν τα blocks στην συνολική εικόνα, καθώς σε όλες τις απεικονίσεις με πράσινο χρώμα παρουσιάζεται το πεδίο δέσμης και με μπλε χρώμα το πεδίο που προκύπτει από την εισαγωγή block. Στην BEV απεικόνιση περιλαμβάνονται πληροφορίες για το πεδίο, την θέση του ασθενή, την θέση και το μέγεθος του block και την τομή που απεικονίζεται σε αξονικό επίπεδο. Σημείωση: Στην εικόνα 6.12 a οι καμπύλες δόσης παρουσιάζουν διαφορετική κατανομή από την αναμενόμενη καθώς παραλείφθηκε η διαδικασία κανονικοποίησης της δόσης ως προς το βάθος d max. 76

77 7.3.8 Απεικόνιση δέσμης Αυτό το κεφάλαιο περιλαμβάνει όλες τις δοκιμές που οδηγούν στην βελτίωση τις απεικόνισης όλων των συνιστωσών που χρησιμοποιούνται κατά την διαδικασία του treatment planning. Οι έλεγχοι απεικόνισης γίνονται σε όλα τα δυνατά επίπεδα απεικόνισης ώστε να πιστοποιηθεί η σύμφωνη προβολή εικόνων σε αξονικό, οβελιαίο και στεφανιαίο επίπεδο. Ιδιαίτερη σημασία θα δοθεί στην BEV απεικόνιση, δηλαδή η απεικόνιση από το επίπεδο που βλέπει η δέσμη, που έχει ιδιαίτερη κλινική σημασία κατά την κατασκευή του πλάνου θεραπείας. Σημείωση: Στην πλειοψηφία τους οι δοκιμές που αφορούν στην απεικόνιση δέσμης καλύφθηκαν στα προηγούμενα κεφάλαια. Παρ όλα αυτά θεωρείται σκόπιμο να επαναληφθούν οι δοκιμές ώστε να συμπληρωθεί η κατηγοριοποίηση των δοκιμών ελέγχου σε απεικονιστικό επίπεδο και να προβληθούν οι επιπλέον δοκιμές που δεν έχουν καλυφθεί έως τώρα. a. Beam's Eye View (BEV) απεικόνιση Ο έλεγχος της BEV απεικόνισης γίνεται σε δύο στάδια. Στο πρώτο στάδιο κατασκευάζεται τετράγωνο πεδίο με το ισόκεντρο του σύμφωνο με την επιφάνεια του phantom δοκιμής και μια προκαθορισμένη δομή και το gantry σε γωνία 0. Για διάφορες SSD θα ελεγχθεί η απεικόνιση του περιγράμματος, των διαστάσεων πεδίου, της θέσης πεδίου και της εσωτερικής δομής. Στην συνέχεια θα χρησιμοποιηθεί ασύμμετρη δέσμη υπό γωνία με σφήνα ως διάταξη ελέγχου για τις υπόλοιπες δοκιμές απεικόνισης. Έλεγχος: Στην πρώτη δοκιμασία ελέγχου χρησιμοποιήθηκε πεδίο 10cm 10cm και phantom το οποίο περιλαμβάνει κυλινδρική δομή. Η γωνία του gantry ήταν στις 0. Επιλέχθηκε θέση του πεδίου που να περιλαμβάνει την κυλινδρική δομή. Με απόσταση προβολής σταθερή στα 100cm σε BEV απεικόνιση δοκιμάστηκε η απεικόνιση για SSD 90cm, 100cm και 130cm. Παρατηρήσαμε πως όσο μεγάλωνε η απόσταση SSD τόσο το πεδίο προβολής μίκραινε. Αυτό ήταν αναμενόμενο καθώς η αύξηση της απόστασης πηγής-επιφάνειας σημαίνει πως η δέσμη βλέπει το πεδίο από πιο μακριά. Στην συνέχεια δοκιμάστηκε η απεικόνιση με την απόσταση SSD και την απόσταση προβολής να μεταβάλλονται ανάλογα. Σε αυτή την περίπτωση η προβολή του πεδίου παρέμενε ίδια και στις τρείς περιπτώσεις. Για την απεικόνιση της BEV προβολής χρησιμοποιήθηκε ίδιο πεδίο 10cm 10cm και στην περίπτωση της πιο σύνθετης διάταξης ώστε να είναι δυνατή η σύγκριση των εικόνων καθώς αλλάζει η γωνία περιστροφής του gantry. Ακόμα με την περιστροφή του gantry η προβολή και το μέγεθος του πεδίου παρέμειναν αμετάβλητα, όπως αναμενόταν, καθώς δεν άλλαξε η απόσταση προβολής. Στην περίπτωση περιστροφής του gantry απεικονιστικές πληροφορίες προέρχονταν από αλλαγή της εικόνας του εξωτερικού περιγράμματος του phantom και την αλλαγή κατεύθυνσης του ανθρώπινου ομοιώματος στο άνω δεξί άκρο του παραθύρου BEV. 77

78 Σχήμα 7.19 a, b: Απεικόνιση πεδίου 10cm 10cm σε BEV για γωνίες gantry 0 και 30 και SSD= 100cm b. Θέση και σχήμα πεδίου Θα πρέπει να επαληθευτεί η θέση και το σχήμα της δέσμης (άξονας δέσμης, απόκλιση και άνοιγμα δέσμης) και η κατεύθυνση σφήνας σε αξονικό και στεφανιαίο επίπεδο. Έλεγχος: Όλες οι πληροφορίες απεικόνισης που σχετίζονται με την θέση και το σχήμα της δέσμης παρατίθενται στις εικόνες που ακολουθούν. Για την συγκεκριμένη δοκιμή δεν χρησιμοποιήθηκε ορθογώνιο phantom αλλά κλινική εικόνα που περιλάμβανε κυλινδρική δομή στο εσωτερικό της. Η απεικόνιση ήταν άρτια και έδινε σωστή πληροφόρηση για την θέση και το σχήμα της δέσμης σε αξονικό και στεφανιαίο επίπεδο. Οι πληροφορίες για τις συντεταγμένες βρίσκονταν στο κάτω μέρος της οθόνης του προγράμματος και επαληθεύτηκε η ορθότητα τους 78

79 καθώς το πεδίο το οποίο σχεδιάστηκε σύμφωνα με την αρχή των αξόνων περιλάμβανε την κυλινδρική δομή που είχε σχεδιαστεί με τον ίδιο τρόπο. Η κατεύθυνση και η κλίση της σφήνας φαινόταν σε όλες τις προβολές με πληροφόρηση για την θέση της σφήνας σε κάθε επίπεδο και την γωνία κλίσης στην BEV απεικόνιση. 79

80 Σχήμα 7.20 a, b, c: Απεικόνιση σε όλα τα επίπεδα πεδίου 10cm 15cm με κυλινδρική δομή στο εσωτερικό που περιλαμβάνει σφήνα 45 και BEV απεικόνιση c. Θέση δέσμης σε BEV Για τον έλεγχο της θέσης της δέσμης σε BEV απαιτούνται δύο δοκιμές ελέγχου: 1. Η επαλήθευση της θέσης της δέσμης σε BEV και 3D απεικόνιση σύμφωνη με το εξωτερικό περίγραμμα του phantom 2. Η επαλήθευση της σύμφωνης θέσης της δέσμης σε BEV και DRR απεικόνιση Έλεγχος: Η τρισδιάστατη απεικόνιση του εξωτερικού περιγράμματος που διαθέτει το σύστημα μας δεν μας έδινε την δυνατότητα να κάνουμε την συσχέτιση του πεδίου δέσμης με το περίγραμμα αλλά έδινε μια ποιοτική απεικόνιση του εξωτερικού περιγράμματος και των εσωτερικών δομών. Για την επαλήθευση της θέσης της δέσμης έγινε η σύγκριση των εικόνων 6.16 a και c για την στεφανιαία προβολή και την BEV και DRR απεικόνιση. Στην DRR απεικόνιση, με την επιλογή του κατάλληλου παραθύρου αντίθεσης, εμφανίστηκε η καλύτερη δυνατή εικόνα ώστε να γίνει ο έλεγχος συμφωνίας απεικονίσεων. Τα κάτω άκρα του πεδίου εφάπτονταν με τις κεφαλές των μηρών στην BEV απεικόνιση. Η συμφωνία απεικόνισης επαληθεύτηκε στην στεφανιαία προβολή όπου το πεδίο πάλι εφαπτόταν με την περιοχή αναφοράς (κεφαλές μηρών). 80

81 d. Θέση block στην BEV απεικόνιση Για τον έλεγχο της θέσης των blocks στην BEV απεικόνιση υπάρχουν δύο κατηγορίες δοκιμών: 1. Θα οριστεί χειροκίνητα ένα block χρησιμοποιώντας τις συντεταγμένες του πεδίου δέσμης. Θα επαληθευτεί η αναπαράσταση των blocks με απεικόνιση σε BEV 2. Θα επαληθευτεί η προβολή των blocks στις τομές αξονικού σε BEV απεικόνιση Έλεγχος: Για τον έλεγχο της θέσης των blocks κατασκευάστηκαν blocks απολύτως χειροκίνητα χωρίς να χρησιμοποιηθούν συντεταγμένες του πεδίου δέσμης. Η αναπαράσταση των blocks σε BEV, όπως αυτές απεικονίζονται στις εικόνες 6.12 a, b και c, μαρτυρά την ορθή απεικόνιση καθώς και την ορθή προβολή σε τομές αξονικού τομογράφου. Σε όλες τις προβολές δίνεται σαφής εικόνα για την περιοχή πεδίου που καλύπτουν τα blocks. Τέλος, δοκιμάστηκε η μετακίνηση των προκαθορισμένων blocks και πως αλλάζει η προβολή πεδίου με την μετακίνηση των blocks. Σχήμα 7.21: BEV-DRR και αξονική απεικόνιση πεδίου που περιλαμβάνει blocks και απεικόνιση κατάληψης πεδίου σε αξονικό επίπεδο e. Πεδίο που σχηματίζεται από MLC Θα γίνουν δοκιμές που αφορούν στην χειροκίνητη κατασκευή MLC πεδίου χρησιμοποιώντας τις συντεταγμένες της BEV απεικόνισης. Θα γίνει επαλήθευση της 81

82 απεικόνισης του πεδίου σε διάφορα επίπεδα καθώς και η πληρότητα στοιχείων τοποθέτησης. Έλεγχος: Όπως προαναφέρθηκε, λόγω της απουσίας MLC στο τμήμα, δεν έγιναν δοκιμές ελέγχου σε αυτόν τον τομέα. Θα πρέπει να υπάρχει δυνατότητα από το σύστημα να σχεδιάζει, με την χρήση συντεταγμένων, το κατάλληλο MLC πεδίο. Λόγω της σύνθετης γεωμετρίας των MLC πεδίων θα πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στον έλεγχο του προσανατολισμού των προβολών σε όλα τα επίπεδα. Σε κάθε προβολή θα πρέπει να εμφανίζονται πληροφορίες προσανατολισμού AP/PA, left/right. f. Τοποθέτηση bolus Σε BEV απεικόνιση θα επαληθευτεί η απεικόνιση του bolus. Επίσης θα ελεγχθεί η απεικόνιση σε όλα τα επίπεδα με ενεργό το bolus και η κατανομή δόσης παρουσία bolus. Έλεγχος: Αρχικά ζητήθηκε από το σύστημα η κατασκευή bolus και έγιναν οι απαραίτητοι έλεγχοι όπως παρουσιάζονται στο κεφάλαιο i. Στην BEV απεικόνιση δεν υπήρχαν σημαντικές διαφορές με μοναδική διαφοροποίηση την αλλαγή χρώματος του εξωτερικού περιγράμματος λόγω της παρουσίας του bolus. Στην απεικόνιση σε αξονικό και σε οβελιαίο επίπεδο ήταν εμφανής η προσθήκη του bolus δίνοντας σωστή πληροφόρηση για το πάχος του. Η κατανομή δόσης ακολούθησε την αναμενόμενη κατανομή καθώς η απόσταση καμπυλών παρέμεινε αμετάβλητη και θα κάθε εκατοστό bolus που προστέθηκε η κατανομή μεταφέρθηκε ένα εκατοστό προς την επιφάνεια του πεδίου. 82

83 7.3.9 Γεωμετρία δέσμης Θα ορισθεί γεωμετρικό phantom και θα σχηματισθεί τρισδιάστατος όγκος για να ακολουθήσουν οι διαδικασίες ελέγχου γεωμετρίας. a. Αυτόματος σχεδιασμός block και τοποθέτηση φύλλων MLC Σε αυτή την δοκιμή θα κατασκευαστεί συμμετρική δέσμη και θα επιλεχτεί γωνία gantry 0. Εντός της δέσμης θα σχεδιαστεί ακραίο πεδίο χρησιμοποιώντας την λειτουργία περιθωρίου στην BEV απεικόνιση. Θα γίνουν οι εξής έλεγχοι: 1. Επαλήθευση της θέσης των blocks, σε αξονικό και στεφανιαίο επίπεδο 2. Επαλήθευση της θέσης των φύλλων του MLC σε αξονικό και στεφανιαίο επίπεδο 3. Επαλήθευση για τον MLC της ενδότερης, μέσης και εξωτερικής θέσης για διάφορες ρυθμίσεις των φύλλων 4. Επαλήθευση για τον MLC της προκαθορισμένης θέσης των σιαγόνων Έλεγχος: Οι έλεγχοι που αφορούσαν στις ρυθμίσεις του MLC παραλήφθηκαν καθώς δεν υπήρχε MLC στο τμήμα. 1. Η επαλήθευση της θέσης και της απεικόνισης των blocks σε αξονικό και στεφανιαίο επίπεδο έγινε στο κεφάλαιο Το σύστημα αποκρίθηκε ορθά στην απεικόνιση των blocks για ακραία κατασκευή πεδίου, αφού μεταχειρίζεται ανεξάρτητα την κατασκευή των blocks από το πεδίο. 2. Ο έλεγχος αυτός παραλήφθηκε. Σε αυτή την περίπτωση το σύστημα θα πρέπει έχει την δυνατότητα σε BEV να απεικονίζει την θέση κάθε φύλλου με ευκρίνεια, σε αξονικό επίπεδο να απεικονίζει το πεδίο που δημιουργεί το κάθε ζεύγος φύλλων σε κάθε τομή και σε στεφανιαίο επίπεδο η κατανομή δόσης να μαρτυρά την θέση των φύλλων. 3. Ο έλεγχος αυτός παραλήφθηκε. Σε αυτή την περίπτωση το σύστημα θα πρέπει έχει την δυνατότητα να απεικονίζει με κάποιο τρόπο το όριο κίνησης των φύλλων του MLC παρέχοντας πληροφορίες (πιθανότατα με διακεκομμένες γραμμές) της ελάχιστης και μέγιστης θέσης κίνησης των φύλλων, καθώς και την μέση θέση των φύλλων. 4. Ο έλεγχος αυτός παραλήφθηκε. Σε αυτή την περίπτωση το σύστημα θα πρέπει έχει την δυνατότητα να δίνει πληροφορίες (με αχνή απεικόνιση ή 83

84 διακεκομμένες γραμμές) για την προκαθορισμένη θέση των σιαγόνων του MLC. b. Block καθορισμένο από τον χρήστη Σε αυτή την δοκιμή θα κατασκευαστεί συμμετρικό πεδίο που προέρχεται από δέσμη με γωνία gantry, γωνία collimators και γωνία κλίνης ίσες με 0. Θα σχεδιαστεί χειροκίνητα block γνωστών διαστάσεων με γνωστές συντεταγμένες και θα επιβεβαιωθεί η σωστή μετατροπή συντεταγμένων σε BEV απεικόνιση. Έλεγχος: Αρχικά κατασκευάστηκε πεδίο 15cm 15cm, συμμετρικό ως προς την αρχή των αξόνων. Στην συνέχεια σχεδιάστηκε block σε σχήμα ισοσκελούς τριγώνου με άκρα στα σημεία A (-7,5, 0), B (-7,5, -7,5) και C (0, -7,5), όπως φαίνεται στην εικόνα 6.12 a, για γωνία gantry-collimators-κλίνης ίση με 0. Με την χρήση του εργαλείου που παρέχει το σύστημα για τις συντεταγμένες θέσης μετρήσαμε τις συντεταγμένες στις τρείς ακμές του τριγώνου. Η σύμπτωση μεταξύ θεωρητικά αναμενόμενων και μετρούμενων συντεταγμένων επιβεβαίωσε την σωστή μετατροπή συντεταγμένων. c. Γραμμικότητα και απόκλιση DRR Ο έλεγχος γραμμικότητας και απόκλισης των DRR διαγραμμάτων γίνει λαμβάνοντας λήψεις από αξονικό τομογράφο ενός phantom που περιλαμβάνει καθορισμένους δείκτες σε συγκεκριμένα σημεία. Κατασκευάζοντας τα DRR διαγράμματα και για διάφορες αποστάσεις SSD θα απεικονιστούν οι δείκτες και θα μετρηθούν οι αποστάσεις μεταξύ τους. Έλεγχος: Δεν είχαμε στην διάθεση μας phantom με δείκτες σε προκαθορισμένες θέσεις. Αντί αυτού χρησιμοποιήθηκαν κλινικές εικόνες στην περιοχή πυέλου, από τις οποίες κατασκευάστηκαν DRR απεικονίσεις σε διάφορες τομές. Με την σωστή επιλογή παραθύρου αντίθεσης δόθηκε έμφαση στην περιοχή απεικόνισης οστού. Με αυτόν τον τρόπο έγινε η σύγκριση αποστάσεων μεταξύ των ανώτερων σημείων της λεκάνης. Επίσης έγινε η σύγκριση των αποστάσεων μεταξύ των μεταλλικών δεικτών αναφοράς που χρησιμοποιούνται κατά την λήψη εικόνας αξονικού. Η συμφωνία μεταξύ αποστάσεων του DRR και των εικόνων αξονικού τομογράφου επιβεβαίωσε την ορθότητα λειτουργίας γραμμικότητας και απόκλισης των DRR διαγραμμάτων. d. Λειτουργίες εισαγωγής, αλλαγής και επεξεργασίας Σε αυτή την ενότητα περιλαμβάνεται μια σειρά δοκιμών που αφορούν στην ακρίβεια λειτουργίας των διαφόρων επί μέρους λειτουργιών που σχετίζονται με την γεωμετρία δέσμης. 1. Μετακίνηση δέσμης: Δοκιμάστηκε η δυνατότητα μετακίνησης της δέσμης με την επιλογή move beam. Μετά από πλευρική μετακίνηση της δέσμης το σύστημα μας έδωσε επαρκείς πληροφορίες για θέση της δέσμης κρατώντας παράλληλα αμετάβλητα το μέγεθος πεδίου, το βάθος d και την απόσταση 84

85 SSD. Επίσης δοκιμάστηκε μετακίνηση της δέσμης σε όλα τα επίπεδα και λάβαμε τις απαραίτητες πληροφορίες για την θέση, το βάθος d και την απόσταση SSD, διατηρώντας παράλληλα αμετάβλητο το μέγεθος πεδίου. 2. Αντίθετη δέσμη: Με την επιλογή oppose beam το σύστημα κατασκεύασε δέσμη ακριβώς αντιδιαμετρική σε σχέση με το βάθος αναφοράς κρατώντας απαράλλακτα όλα τα στοιχεία (μέγεθος πεδίου, SSD κλπ), πλην της γωνίας περιστροφής του gantry, η οποία απέχει 180 της γωνίας της αρχικής δέσμης. 3. Συντεταγμένη z: Δίνεται δυνατότητα αλλαγής της απόστασης της συντεταγμένης z ανά πάσα στιγμή από το σύστημα. Με οποιαδήποτε αλλαγή στον άξονα z αλλάζει αυτόματα η απόσταση SSD και το βάθος d. Η ίδια δυνατότητα υπάρχει από το σύστημα και για τις συντεταγμένες x και y. 4. Μετακίνηση block: Με την επιλογή move block δίνεται η δυνατότητα μετακίνησης του block σε οποιοδήποτε σημείο επιθυμεί ο χρήστης. 5. Αντιγραφή block: Με την επιλογή copy block κατασκευάζεται ακριβές αντίγραφο του block που ζητήθηκε να αντιγραφεί και δίνεται η επιλογή μετακίνησης του σε όποιο σημείο επιθυμεί ο χρήστης. 6. Θέση BEV δέσμης: Για οποιαδήποτε αλλαγή σε διαστάσεις ενός πεδίου το σύστημα τροποποιεί ανάλογα την απεικόνιση της BEV δέσμης και κρατά την ίδια απόσταση απεικόνισης μέχρι να την αλλάξει ο χρήστης. 7. Επιλογή ειδώλου: Δεν υπήρχε η δυνατότητα δημιουργίας ειδώλου δέσμης ως πρός καθορισμένο σημείο. Αντ αυτου υπήρχε η επιλογή duplicate beam, που δημιουργει ακριβές αντίγραφο δέσμης με ίδια θέση και μέγεθος και η επιλογή oppose beam, που αναλύθηκε παραπάνω. 8. Διαμήκης και εγκάρσια περιστροφή BEV πεδίου: Η άμεση εξάρτηση της BEV απεικόνισης πεδίου με την τοποθέτηση δέσμης δεν επιτρέπει την ανεξάρτητη διαχείριση του BEV πεδίου. Οποιαδήποτε διαφοροποίηση στην περιστροφή του πεδίου προερχόταν από αλλαγές στις παραμέτρους δέσμης. Σε αυτή την περίπτωση η BEV προβολή άλλαζε σύμφωνα. 9. Μετακίνηση συντεταγμένων ασθενή: Από το σύστημα δίνεται η δυνατότητα αλλαγής των συντεταγμένων περιοχής ενδιαφέροντος στην εικόνα του ασθενή αλλάζοντας παράλληλα τις συντεταγμένες σε όλες τις γεωμετρικές παραμέτρους. Στην περίπτωση που έχει ζητηθεί από το σύστημα να υπολογίσει της καμπύλες δόσης και γίνει αλλαγή σε οποιαδήποτε από τις παραπάνω λειτουργίες, το σύστημα ακυρώνει τις δοσιμέτρηση και απαιτεί επαναϋπολογισμό της συνεισφοράς δόσης με τα νέα δεδομένα. 85

86 7.4 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΔΟΣΗΣ ΚΑΙ MONITOR UNITS (MU) Οι μετρήσεις έγιναν σε phantom νερού διαστάσεων 30cm x 30cm x 35cm Ανοιχτά τετράγωνα πεδία Με την χρήση των τιμών του συστήματος θα σχεδιαστούν τα PDD και τα δοσιμετρικά προφίλ για τετράγωνα πεδία με τα παρακάτω στοιχεία: a. Μέγεθος πεδίου 5cm x 5cm, SSD=90cm b. Μέγεθος πεδίου 10cm x 10cm, SSD=90cm c. Μέγεθος πεδίου 15cm x 15cm, SSD=90cm d. Μέγεθος πεδίου 20cm x 20cm, SSD=90cm Σχήμα 7.22 a,b: PDD διαγράμματα και δοσιμετρικά προφίλ για τετράγωνες δέσμες ενέργειας 6MV με SSD=90cm για διάφορα μεγέθη πεδίων 86

87 Από την κατασκευή των διαγραμμάτων παρατηρούμε την σωστή απεικόνιση των καμπυλών που σχεδιάστηκαν για τις πειραματικες τιμές δόσεων. Στο PDD διάγραμμα παρατηρήσαμε την μεταβολή της κατανομής δόσης για τα διάφορα μεγέθη πεδίων. Για μικρότερα μεγέθη πεδίων, όπου η δέσμη ηταν πιο συγκεντρωμένη, η επιφάνεια έλαβε σχετικά μικρότερη δόση. Η δέσμη συνείσφερε μεγαλύτερη δόση στο μέγιστο βάθος d max και παρουσίασε ταχύτερη εξασθένιση. Αυξάνοντας το μέγεθος πεδίου δέσμης παρατηρήσαμε οτι η δόση στην επιφάνεια αυξανόταν ανάλογα με το μέγεθος πεδίου, παρουσίαζε μικρότερη συνεισφορά στο d max και στην συνέχεια εξασθενούσε με χαμηλότερο ρυθμό. Με αυτον τον τρόπο επιβεβαιώθηκε η σωστή κατανομή δόσης σε phantom νερού σε εξάρτηση με το μέγεθος πεδίου. Οσον αφορά τα δοσιμετρικά προφίλ, αυτά παρουσιάζουν την αναμενόμενη εικόνα ανάλογα με το μέγεθος των πεδίων, αφου οι θεωρητικά αναμενόμενες τιμές με τις πειραματικές τιμές του συστήματος συμπίπτουν Ανοιχτά ορθογώνια πεδία Με την χρήση των τιμών του συστήματος θα σχεδιαστούν τα δοσιμετρικά προφίλ για ορθογώνια πεδία με τα παρακάτω στοιχεία: a. Μέγεθος πεδίου 5cm x 20cm, SSD=90cm b. Μέγεθος πεδίου 20cm x 5cm, SSD=90cm 87

88 Σχήμα 7.23 a,b: Δοσιμετρικά προφίλ κατανομής δόσης συναρτήσει της απόστασης στον οριζόντιο άξονα (x) για ορθογώνιες δέσμες ενέργειας 6MV με SSD=90cm και μεγέθη πεδίων 5 cm X 20 cm και 20 cm X 5 cm αντίστοιχα. Στα δύο παραπάνω προφίλ απεικονίζεται η κατανομή δόσης κατά τον άξονα x. Στο πρώτο προφίλ απεικονίζεται η κατανομή δόσης κατά τον άξονα x για το πεδίο 5 cm x 20 cm. Λόγω της δισδιάστατης απεικόνισης σε κάθε προφίλ εμφανίζεται η κατανομή κατά τον ένα άξονα. Το δεύτερο προφίλ απεικονίζει την κατανομή δόσης στον ίδιο άξονα για ορθογώνιο πεδίο 20 cm x 5 cm Μεταβολή στην απόσταση SSD Με την χρήση των τιμών του συστήματος θα σχεδιαστούν τα δοσιμετρικά προφίλ για τετράγωνο πεδίο 10cm x 10cm για διάφορες τιμές απόστασης SSD με τα παρακάτω στοιχεία: a. Μέγεθος πεδίου 10cm x 10cm, SSD=80cm b. Μέγεθος πεδίου 10cm x 10cm, SSD=100cm c. Μέγεθος πεδίου 10cm x 10cm, SSD=130cm 88

89 Σχήμα 7.24: Δοσιμετρικά προφίλ κατανομής δόσης συναρτήσει της απόστασης στον οριζόντιο άξονα (x) για τετράγωνη δέσμη μεγέθους 10 cm X 10 cm και ενέργειας 6MV για διάφορες τιμές αποστάσεων SSD. Παρατηρώντας τα παραπάνω δοσιμετρικά προφίλ παρατηρούμε ότι, όπως αναμενόταν, μεγαλώνοντας η απόσταση SSD ελαττώνεται η συνεισφορά δόσης σε ένα συγκεκριμένο βάθος (10 cm). Αυτό συμβαίνει διότι η δέσμη διανύει μεγαλύτερη απόσταση προτού εισχωρήσει στον ασθενή, με αποτέλεσμα να υφίσταται μεγαλύτερη εξασθένιση. Επίσης παρατηρούμε ότι αυξάνεται και το πλάτος του προφίλ όσο μεγαλώνει η απόσταση SSD, καθώς η προβολή της κωνικής δέσμης γίνεται σε μεγαλύτερη απόσταση από την πηγή Τετράγωνα πεδία με παρουσία σφήνας Με την χρήση των τιμών του συστήματος θα σχεδιαστούν τα PDD διαγράμματα και τα δοσιμετρικά προφίλ για τετράγωνα πεδία με σφήνα 60 και τα παρακάτω στοιχεία: a. Μέγεθος πεδίου 5cm x 5cm, SSD=90cm b. Μέγεθος πεδίου 10cm x 10cm, SSD=90cm c. Μέγεθος πεδίου 15cm x 15cm, SSD=90cm 89

90 d. Μέγεθος πεδίου 20cm x 20cm, SSD=90cm Σχήμα 7.25 a,b: PDD διαγράμματα και δοσιμετρικά προφίλ κατανομής δόσης συναρτήσει της απόστασης στον οριζόντιο άξονα (x) παρουσία σφήνας 60 για ενέργεια 6 MV για διάφορα πεδία. Όπως συμβαίνει και στην δοκιμή 7.4.1, έτσι και στην περίπτωση πεδίου με σφήνα ακολουθείται ίδια κατανομή δόσης ανάλογα με το μέγεθος του πεδίου. Η διαφοροποίηση με το ανοιχτό πεδίο έγκειται στην περιοχή του build-up. Πιο συγκεκριμένα, η κατανομή δόσης παίρνει την μέγιστη τιμή της σε μικρότερο βάθος, καθώς μεσολαβεί η σφήνα, η οποία απορροφά μέρος της ακτινοβολίας. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να μεταφέρεται πιο κοντά στην επιφάνεια του ασθενή η μέγιστη δόση. Όσον αφορά τα δοσιμετρικά προφίλ, αυτά μεταβάλλονται λόγω της παρουσίας σφήνας. Η κλίση που παρουσιάζουν τα προφίλ είναι ανάλογη με την γωνία της σφήνας με συνέπεια όλα τα προφίλ να παρουσιάζουν την ίδια κλίση ανεξαρτήτως μεγέθους πεδίου. 90

91 7.4.5 Ορθογώνια πεδία με παρουσία σφήνας Με την χρήση των τιμών του συστήματος θα σχεδιαστούν τα δοσιμετρικά προφίλ για ορθογώνια πεδία 5cm x 20cm και 20cm x 5 cm, με σφήνα 60 με τα παρακάτω στοιχεία: a. Μέγεθος πεδίου 5cm x 20cm, SSD=90cm, wedge=60 b. Μέγεθος πεδίου 20cm x 5cm, SSD=90cm, wedge=60 Σχήμα 7.26 a,b: Δοσιμετρικά προφίλ κατανομής δόσης συναρτήσει της απόστασης στον οριζόντιο άξονα (x) για ορθογώνια πεδία 5 cm x 20 cm και 20 cm x 5 cm, παρουσία σφήνας 60 και για δέσμη ενέργειας 6 MV. 91

92 Από τα παραπάνω γραφήματα παρατηρούμε πως μεταβάλλεται η κατανομή δόσης σε ένα πεδίο που περιλαμβάνει σφήνα. Από την κλίση της καμπύλης του δοσιμετρικού προφίλ παρατηρούμε πως το σύστημα σχεδιάζει ορθά τα προφίλ μετά την εισαγωγή σφήνας 60 και στα δύο ορθογώνια πεδία. Επίσης, απεικονίζονται σωστά και οι διαστάσεις των πεδίων στα δοσιμετρικά προφίλ Πεδίο με κεντρικό block Με την χρήση των τιμών του συστήματος θα σχεδιαστεί το δοσιμετρικό προφίλ για τετράγωνο πεδίο 15cm x 15cm, με SSD=90cm και block κλινικά χρήσιμων διαστάσεων στο κέντρο του. Σχήμα 7.27: Δοσιμετρικό προφίλ κατανομής δόσης συναρτήσει της απόστασης στον οριζόντιο άξονα (x) για τετράγωνο πεδίο 15 cm x 15 cm για δέσμη ενέργειας 6 MV με παρουσία block στον κεντρικό άξονα. Από την παραπάνω εικόνα παρατηρούμε πως η παρουσία block κατά τον κεντρικό άξονα μεταβάλλει το δοσιμετρικό προφίλ όπως αναμενόταν. Στην περιοχή του προφίλ που βρίσκεται κάτω από το block η κατανομή δόσης ελαττώνεται σε μεγάλο βαθμό και φτάνει στα επίπεδα του 15% (το ποσοστό αυτο εξαρτάται από το ύψος του block). Η δόση αυτή κατά τον κεντρικό άξονα οφείλεται σε ακτινοβολία από το υπόλοιπο ανοιχτό πεδίο, σε δόση διέλευσης μέσα από το block και σε δόση σκέδασης από το ομοίωμα που ακτινοβολείται. 92

93 7.4.7 Πεδίο με block Με την χρήση των τιμών του συστήματος θα σχεδιαστεί το δοσιμετρικό προφίλ για τετράγωνο πεδίο 30cm x 30cm, με SSD=90cm και block διαστάσεων 20 cm x 30 cm, το οποίο καλύπτει τα 2/3 του συνολικού πεδίου. Σχήμα 7.28: Δοσιμετρικό προφίλ κατανομής δόσης συναρτήσει της απόστασης στον οριζόντιο άξονα (x) για τετράγωνο πεδίο 30 cm x 30 cm για δέσμη ενέργειας 6 MV με παρουσία block διαστάσεων 20 cm x 30 cm και απεικόνιση του προφίλ κατανομής δόσης με και χωρίς το block. Από την εικόνα παρατηρούμε ότι η κατανομή δόσης αλλάζει σύμφωνα με το αναμενόμενο με την προσθήκη του block που καλύπτει τα δύο τρίτα της συνολικής επιφάνειας. Η αλλαγή με την προσθήκη του block έγκειται στο γεγονός ότι μεταβάλλεται, έστω και κατ ελάχιστον, η περιοχή μέγιστης δόσης. Η αλλαγή αυτή είναι αναμενόμενη εφόσον αλλάζει το μέγεθος του πεδίου. Η διαφορά αυτή ελαχιστοποιείται στην περιοχή του κεντρικού άξονα του εκάστοτε πεδίου (0 cm για το αρχικό πεδίο και -10 cm για το πεδίο που προκύπτει από την χρήση block) Ετερογένειες Με την χρήση των τιμών του συστήματος θα σχεδιαστεί το δοσιμετρικό προφίλ για τετράγωνο πεδίο 10cm x 10cm, με SSD=90cm που περιλαμβάνει περιοχή ετερογένειας με υλικό πυκνότητας ισοδύναμης οστού. 93

94 Σχήμα 7.29: Δοσιμετρικό προφίλ κατανομής δόσης συναρτήσει της απόστασης στον οριζόντιο άξονα (x) για τετράγωνο πεδίο 10 cm x 10 cm για δέσμη ενέργειας 6 MV με παρουσία περιοχής ετερογένειας ισοδύναμου οστού και SSD=90cm. Η εικόνα που εμφανίζει το δοσιμετρικό προφίλ στην περίπτωση πεδίου που περιλαμβάνει περιοχή ετερογένειας είναι η θεωρητικά αναμενόμενη. Στην παραπάνω εικόνα παρατηρούμε ότι, στην περιοχή της ετερογένειας, η καμπύλη παρουσιάζει έλλειμμα δόσης. Αυτό συμβαίνει διότι το TPS αντιλαμβάνεται την ύπαρξη ετερογένειας με πυκνότητα μεγαλύτερη του ιστού, με αποτέλεσμα την απορρόφηση δόσης από την περιοχή ετερογένειας. Αυτό οδηγεί στο έλλειμμα δόσης στην καμπύλη Πεδίο πλάγιας πρόσπτωσης Με την χρήση των τιμών του συστήματος θα σχεδιαστεί το δοσιμετρικό προφίλ για τετράγωνο πεδίο 10cm x 10cm, με SSD=90cm και γωνία δέσμης 315. Σχήμα 7.30: Δοσιμετρικό προφίλ κατανομής δόσης συναρτήσει της απόστασης στον οριζόντιο άξονα (x) για τετράγωνο πεδίο 10 cm x 10 cm για δέσμη ενέργειας 6 MV με γωνία πρόσπτωσης δέσμης 315 και SSD=90cm. 94

95 Στην περίπτωση πεδίου πλάγιας πρόσπτωσης υπάρχει διαφοροποίηση σε σχέση με την θεωρητικά αναμενόμενη εικόνα. Το δοσιμετρικό προφίλ παρουσιάζει την σωστή κλίση (315 στην περίπτωση μας), αλλά διαφοροποιείται στο υπόλοιπο της δέσμης. Το σύστημα δεν λαμβάνει υπ όψιν την πλάγια πρόσπτωση όλης της δέσμης, με αποτέλεσμα το προφίλ που παρουσιάζεται να είναι όμοιο με προφίλ κάθετης δέσμης που περιέχει σφήνα 45 και χρήζει περαιτέρω ελέγχου Πεδίο με έλλειμμα ιστού Με την χρήση των τιμών του συστήματος θα σχεδιαστεί το δοσιμετρικό προφίλ για τετράγωνο ανοιχτό πεδίο 10cm x 10cm, με SSD=90cm, γωνία δέσμης 0 και με την μισή δέσμη να βρίσκεται να βρίσκεται έξω από το phantom. Σχήμα 7.31: Δοσιμετρικό προφίλ κατανομής δόσης συναρτήσει της απόστασης στον οριζόντιο άξονα (x) για τετράγωνο πεδίο 10 cm x 10 cm, για δέσμη ενέργειας 6 MV με γωνία πρόσπτωσης δέσμης 0 και SSD=90cm, με την μισή δέσμη να βρίσκεται εκτός του phantom. Στο παραπάνω προφίλ παρατηρούμε την κατανομή δόσης για την περίπτωση πεδίου με έλλειμμα ιστού. Το σύστημα διαχειρίζεται τον σχεδιασμό του πεδίου σαν να πρόκειται για ένα κανονικό πεδίο, όσον αφορά την περιοχή που βρίσκεται εντός του πεδίου. Στην περιοχή που εμφανίζεται το έλλειμμα ιστού το σύστημα δεν δίνει καμία απολύτως πληροφορία και, κατ επέκταση, δεν λαμβάνει υπ όψιν την δόση που προέρχεται από το τμήμα της δέσμης που βρίσκεται εκτός πεδίου (περιοχή ελλείμματος ιστού). 95

96 Off-axis τετράγωνο πεδίο Με την χρήση των τιμών του συστήματος θα σχεδιαστεί το δοσιμετρικό προφίλ για τετράγωνο πεδίο 10cm x 10cm, με SSD=90cm το οποίο βρίσκεται εκτός άξονα κατά 5 cm. Σχήμα 7.32: Δοσιμετρικό προφίλ κατανομής δόσης συναρτήσει της απόστασης στον οριζόντιο άξονα (x) για τετράγωνο πεδίο 10 cm x 10 cm, για δέσμη ενέργειας 6 MV με SSD=90cm, με την δέσμη να βρίσκεται εκτός άξονα κατά 5cm. Παρατηρούμε από το παραπάνω γράφημα ότι το σύστημα μεταβάλλει και απεικονίζει ορθά τις διαστάσεις του πεδίου στην περίπτωση της κίνησης του πεδίου εκτός άξονα. Επίσης, φαίνεται η μετατόπιση του κεντρικού άξονα της δέσμης από την θέση που βρισκόταν πριν την μεταφορά του πεδίου εκτός άξονα. 96

97 Off-axis ορθογώνιο πεδίο Με την χρήση των τιμών του συστήματος θα σχεδιαστεί το δοσιμετρικό προφίλ για ορθογώνιο ανοιχτό πεδίο 2cm x 20cm, με SSD=90cm το οποίο βρίσκεται εκτός άξονα κατά 10 cm. Σχήμα 7.33: Δοσιμετρικό προφίλ κατανομής δόσης συναρτήσει της απόστασης στον οριζόντιο άξονα (x) για ορθογώνιο πεδίο 2 cm x 20 cm, για δέσμη ενέργειας 6 MV με SSD=90cm, με την δέσμη να βρίσκεται εκτός άξονα κατά 10cm. Ακολουθήθηκε η ίδια διαδικασία με αυτήν της παραγράφου και για ορθογώνιο πεδίο. Από το δοσιμετρικό προφίλ παρατηρούμε πως εμφανίζεται μια διαφοροποίηση του προφίλ σε σχέση με την θεωρητικά αναμενόμενη εικόνα. Αυτό οφείλεται κατά κύριο λόγο στο μικρό πλάτος της δέσμης (2 cm). Το προφίλ βρίσκεται αρκετά κοντά στα άκρα της δέσμης με αποτέλεσμα να εμφανίζονται οι διαφορές σε σχέση με το θεωρητικά αναμενόμενο προφίλ δέσμης. Οι διαστάσεις του πεδίου απεικονίζονται σωστά από το σύστημα, με το πλάτος της δέσμης που βρίσκεται εκτός άξονα να είναι 10 cm. 97

98 Off-axis πεδίο με σφήνα Με την χρήση των τιμών του συστήματος θα σχεδιαστεί το δοσιμετρικό προφίλ για τετράγωνο πεδίο 10cm x 10cm, με SSD=90cm το οποίο βρίσκεται εκτός άξονα κατά 5 cm και περιλαμβάνει σφήνα με γωνία 60. Σχήμα 7.34: Δοσιμετρικό προφίλ κατανομής δόσης συναρτήσει της απόστασης στον οριζόντιο άξονα (x) για τετράγωνο πεδίο 10 cm x 10 cm, για δέσμη ενέργειας 6 MV με SSD=90cm, με την δέσμη να βρίσκεται εκτός άξονα κατά 5cm και να περιλαμβάνει σφήνα 60. Από την κλίση του παραπάνω δοσιμετρικού προφίλ παρατηρούμε ότι το σύστημα μεταβάλλει κατάλληλα την κατανομή δόσης με την εισαγωγή σφήνας γωνίας 60. Επίσης μεταβάλλονται ορθά οι διαστάσεις του πεδίου που βρίσκεται εκτός άξονα Off-plane πεδίο Με την χρήση των τιμών του συστήματος θα σχεδιαστεί το δοσιμετρικό προφίλ για τετράγωνο ανοιχτό πεδίο 10cm x 10cm, με SSD=90cm το οποίο βρίσκεται εκτός πεδίου κατά 5 cm (απόκλιση και από τους δύο άξονες κατά 5 cm). 98

99 Σχήμα 7.35: Δοσιμετρικό προφίλ κατανομής δόσης συναρτήσει της απόστασης στον οριζόντιο άξονα (x) για τετράγωνο πεδίο 10 cm x 10 cm, για δέσμη ενέργειας 6 MV με SSD=90cm, με την δέσμη να βρίσκεται εκτός πεδίου κατά 5cm. Σχεδιάστηκε από το σύστημα το δοσιμετρικό προφίλ για πεδίο που έχει μετακινηθεί και κατά τους δύο άξονες. Παρατηρείται από το γράφημα η ορθή απεικόνιση των διαστάσεων του πεδίου, ωστόσο εμφανίζεται μια διαφοροποίηση της κατανομής δόσης σε σχέση με την θεωρητικά αναμενόμενη εικόνα. Αυτό συμβαίνει διότι τα δοσιμετρικά προφίλ προέρχονται από τον κεντρικό άξονα του αρχικού πεδίου. Στην περίπτωση του πεδίου που έχει υποστεί μετατόπιση εκτός πεδίου (Σχ. 7.14), ο κεντρικός άξονας αλλάζει με αποτέλεσμα η τομή του δοσιμετρικού προφίλ να ανήκει στα άκρα του νέου πεδίου. Άρα η κατανομή δόσης που εμφανίζεται αφορά στα άκρα του πεδίου, με αποτέλεσμα την διαφοροποίηση του δοσιμετρικού προφίλ Εισαγωγή block a. Ο στόχος αυτών των δοκιμών είναι να ελεγχθεί η επίδραση του τρόπου της κατασκευής block στον υπολογισμό δόσης. Για τον σκοπό αυτό θα δημιουργηθεί ένα πεδίο και θα δοκιμαστούν διάφορες μέθοδοι εισαγωγής blocks. Προτείνονται τα παρακάτω βήματα: 1. Αρχικά θα κατασκευαστεί ένα ανοιχτό πεδίο διαστάσεων 20 cm x 20 cm κάθετο στην επιφάνεια του phantom. 2. Στην συνέχεια θα εισαχθούν στην δέσμη τέσσερα blocks, τα οποία θα σχεδιαστούν ξεχωριστά ένα προς ένα. 3. Η ίδια διάταξη θα σχεδιαστεί χρησιμοποιώντας δύο βρόχους, έναν για το εξωτερικό και έναν για το εσωτερικό περίγραμμα των blocks με την ίδια φορά σχεδιασμού. 4. Η ίδια διάταξη θα σχεδιαστεί χρησιμοποιώντας δύο βρόχους, έναν για το εξωτερικό και έναν για το εσωτερικό περίγραμμα των blocks με αντίθετη φορά σχεδιασμού μεταξύ του εξωτερικού και του εσωτερικού περιγράμματος. 99

100 Θα σχεδιαστούν τα δοσιμετρικά προφίλ για τις τρείς παραπάνω περιπτώσεις ώστε να εξεταστεί κατά πόσον επηρεάζει την κατανομή δόσης η διαφορετική σχεδίαση των blocks. Σχήμα 7.36: Δοσιμετρικά προφίλ κατανομής δόσης συναρτήσει της απόστασης στον οριζόντιο άξονα (x) για τετράγωνο πεδίο 20 cm x 20 cm, για δέσμη ενέργειας 6 MV με SSD=90cm, για δέσμες που περιλαμβάνουν blocks με διαφορετικό τρόπο σχεδίασης. Από το παραπάνω σχήμα παρατηρούμε ότι οι καμπύλες κατανομής δόσης συμπίπτουν, κάτι που επιβεβαιώνει ότι ο τρόπος σχεδιασμού των blocks δεν επηρεάζει την κατανομή δόσης. b. Συμπληρωματικά, μπορεί να γίνει ο έλεγχος της επίδρασης της πλήρωσης πεδίου με block στην κατανομή δόσης βάθους. Οι μετρήσεις αφορούν στην κατανομή δόσης κατά τον κεντρικό άξονα για τις παρακάτω διατάξεις: - Μέγεθος πεδίου 15 cm x 15 cm, ανοιχτό. -Μέγεθος πεδίου 15 cm x 15 cm με μικρό τριγωνικό block στο κάτω δεξί άκρο του πεδίου. - Μέγεθος πεδίου 15 cm x 15 cm με δύο μικρά τριγωνικά block στο δεξί μέρος του πεδίου. - Μέγεθος πεδίου 15 cm x 15 cm με τέσσερα μικρά τριγωνικά block στα τέσσερα άκρα του πεδίου. 100

101 Σχήμα 7.37: Δοσιμετρικά προφίλ κατανομής δόσης συναρτήσει της απόστασης στον οριζόντιο άξονα (x) για τετράγωνο πεδίο 15 cm x 15 cm, για δέσμη ενέργειας 6 MV με SSD=90cm, για δέσμες που περιλαμβάνουν διαφορετικά blocks σε πλήθος και σχεδίαση. Από το παραπάνω σχήμα παρατηρούμε την επίδραση των blocks, ανάλογα με το πλήθος και την σχεδίαση, στην κατανομή δόσης. Τα τέσσερα δοσιμετρικά προφίλ επιβεβαιώνουν την αναμενόμενη εικόνα της κατανομής δόσης στον οριζόντιο άξονα. Το πεδίο που περιλαμβάνει το μικρό block στην κάτω δεξιά γωνία δεν παρουσιάζει μεγάλες διαφοροποιήσεις σχέση με το ανοιχτό πεδίο. Η επίδραση του block στην συνολική δόση είναι μικρή και για αυτόν τον λόγο δεν διαφοροποιείται σε μορφή το δοσιμετρικό προφίλ. Η μικρή επίδραση στην κατανομή δόσης παρατηρείται στο τμήμα μέγιστης δόσης της καμπύλης, όπου το μέγιστο στην περίπτωση του πεδίου που περιλαμβάνει block βρίσκεται λίγο χαμηλότερα σε σχέση με το ανοιχτό πεδίο. Στην περίπτωση του πεδίου με τα δύο blocks, αυξάνεται η πλήρωση του πεδίου από blocks, με αντίκτυπο στην κατανομή δόσης. Αφενός, σε αυτή την περίπτωση η περιοχή μέγιστης δόσης ελαττώνεται σε σχέση με το ανοιχτό πεδίο και αφετέρου αλλάζει και η μορφή της καμπύλης σε σχέση με την κατανομή στο οριζόντιο άξονα. Η παρουσία και των δύο blocks στην ίδια πλευρά του πεδίου αλλάζει σημαντικά την κατανομή, αφού παρατηρούμε πως χάνεται η συμμετρία κατανομής δόσης στο δεξί τμήμα, με τα blocks να κόβουν τμήμα της δόσης σε αυτό το τμήμα του οριζόντιου άξονα. Τέλος, όσον αφορά το πεδίο που περιλαμβάνει ένα block που καλύπτει μεγάλο της δεξιάς πλευράς του πεδίου αυτού, η κατανομή δόσης είναι παρόμοια με την προηγούμενη περίπτωση με τα δύο blocks. Και σε αυτή την περίπτωση η περιοχή μέγιστης δόσης ελαττώνεται, αλλά αλλάζει και η κατανομή στην δεξιά πλευρά του προφίλ, που οφείλεται στην παρουσία block που κόβει την δόση σε αυτή την περιοχή. 101

102 ΔΙΣΔΙΑΣΤΑΤΟΣ ΚΑΙ ΤΡΙΣΔΙΑΣΤΑΤΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΔΟΣΗΣ Εκτός από τον έλεγχο της δόσης σε συγκεκριμένα σημεία, είναι σημαντική η επαλήθευση των τιμών δόσης στο σύνολο του όγκου ενδιαφέροντος. Ένας τρόπος ελέγχου προκύπτει από την σύγκριση μεταξύ θεωρητικών και μετρούμενων τιμών δόσης για συγκεκριμένες ισοδοσιακές καμπύλες. Η επαλήθευση της ορθής κατανομής δόσης σε δισδιάστατο αλλά και τρισδιάστατο επίπεδο μπορεί επίσης να γίνει με την χρήση των ιστογραμμάτων δόσης-βάθους (DVH) Δισδιάστατη κατανομή δόσης Για τον έλεγχο της 2-D κατανομής δόσης χρησιμοποιούνται διάφορες δέσμες με συγκεκριμένα μεγέθη πεδίων και με την χρήση σφηνών, blocks, και MLC πεδίων. Με την λήψη των χαρακτηριστικών ισοδοσιακών καμπυλών σε συγκεκριμένες περιοχές (πχ 95%, 90%, 80%, 50% και 20%) και με καθορισμένες τις τιμές απόστασης SSD= 90 cm και βάθος d= 10 cm θα γίνουν οι συγκρίσεις μεταξύ των θεωρητικών και των υπολογισμένων τιμών κατανομής δόσης. Για την επικύρωση της ακρίβειας των μετρήσεων μπορούν να μετρηθούν και απεικονιστούν οι ελάχιστες και οι μέγιστες αποκλίσεις μεταξύ θεωρητικών και υπολογισμένων τιμών. Επίσης κλινικά χρήσιμη μπορεί να θεωρηθεί η χρήση της μεθόδου γ-αξιολόγησης και η απεικόνιση των γάμμα ιστογραμμάτων για τις μέσες και μέγιστες γ-τιμές. Στην περίπτωση μας προτιμήθηκε ο έλεγχος τρισδιάστατης κατανομής δόσης με την χρήση των DVH διαγραμμάτων έναντι του ελέγχου κατανομής δόσης σε δύο διαστάσεις Ιστόγραμμα δόσης-όγκου (Dose-Volume Histogram) Ο έλεγχος για την τρισδιάστατη κατανομή δόσης σε μια δομή γίνεται με την χρήση των DVH διαγραμμάτων. Η κατασκευή των συγκεκριμένων ιστογραμμάτων προκύπτει από τον πολλαπλασιασμό του τμήματος που ορίζει τον όγκο και μια ισοδοσιακή γραμμή με το αξονικό μήκος της περιοχής που δίνει ίσο ή μεγαλύτερο όγκο από την ισοδοσιακή αυτή γραμμή. Σε μια απλοϊκή δοκιμή ελέγχου του DVH κατασκευάζεται μια μικρή κυβική δομή (με όγκο ίσο με 1 κυβικό εκατοστό) και ακτινοβολείται με μια δέσμη φωτονίων σε διάφορα βάθη, από το μέγιστο βάθος d max έως ένα βάθος της τάξης των 20 cm. Στην συνέχεια, το DVH που προέρχεται από την ακτινοβόληση του όγκου συγκρίνεται με το DVH που προκύπτει με τους υπολογισμούς της καμπύλης δόσης βάθους. Μπορούν να γίνουν δοκιμές ελέγχου όχι μόνο για κυβικές δομές, αλλά και για δομές με διαφορετική γεωμετρία (όπως πχ σφαιρικές δομές). Οι προτεινόμενες δοκιμές ελέγχου σε αυτήν την ενότητα αφορούν στην τρισδιάστατη κατανομή δόσης, όπως αυτή απεικονίζεται με τις ισοδοσιακές γραμμές, σε σύγκριση με το αντίστοιχο DVH. Οι έλεγχοι των DVH θα γίνουν στις δύο παρακάτω περιοχές: 102

103 Περιοχή χαμηλής μεταβολής δόσης: Θα κατασκευαστεί ένα ομογενές κυβικό phantom μεγάλων διαστάσεων το οποίο θα περιλαμβάνει κυβική δομή 125 cm 3 (5cm x 5cm x 5cm), με το κέντρο της να βρίσκεται πάνω στον άξονα της δέσμης. Στην συνέχεια θα απεικονιστούν οι ισοδοσιακές γραμμές κατά τον άξονα της δέσμης, στο κέντρο και τα άκρα της δομής. Στην συνέχεια θα ζητηθεί από το σύστημα να κατασκευάσει το DVH της δομής. Ο όγκος θα πρέπει να είναι εφάμιλλος με τον θεωρητικά αναμενόμενο και η ελάχιστη και η μέγιστη δόση του DVH θα πρέπει να βρίσκεται σε συνοχή με την απεικόνιση που περιλαμβάνει τις ισοδοσιακές γραμμές. Σχήμα 7.38: Απεικόνιση ισοδοσιακών γραμμών και DVH για την κατανομή δόσης που αφορά στον συνολικό όγκο κυβικής δομής προκαθορισμένων διαστάσεων, που βρίσκεται στην περιοχή του άξονα της δέσμης. 103

104 Από την σύγκριση των δύο εικόνων μπορούμε να προχωρήσουμε στον έλεγχο αξιοπιστίας του DVH. Ο πρώτος έλεγχος αφορά στην ακεραιότητα μέτρησης του όγκου από το DVH. Ο θεωρητικά μετρημένος όγκος της κυβικής δομής ήταν 125 cm 3 και ο όγκος που υπολόγισε το DVH βρέθηκε ίσος με 120 cm 3. Το voxel size για όλες τις μετρήσεις σε αυτό το τμήμα είναι 0,41ccm. Η απόκλιση μεταξύ των δύο τιμών ήταν ελάχιστη με αποτέλεσμα να επιβεβαιώνεται η ορθή μέτρηση του όγκου από το σύστημα. Ο δεύτερος έλεγχος αφορά στην ακεραιότητα της καμπύλης του DVH. Η σύγκριση γίνεται με την βοήθεια των ισοδοσιακών γραμμών του πλάνου. Με το άνω άκρο της δομής να εφάπτεται με την ισοδοσιακή γραμμή που αντιστοιχεί στο 100% της δόσης, παρατηρήσαμε (στο DVH) πως κανένα τμήμα του όγκου δεν περιλαμβάνει το 100% της δόσης. Το κάτω άκρο της βρίσκεται μεταξύ των ισοδοσιακών 80% και 70% με το μεγαλύτερο μέρος να βρίσκεται στο 80%. Από το DVH παρατηρούμε πως το σύνολο του όγκου λαμβάνει πάνω από το 75% της δόσης, κάτι που έρχεται σε απόλυτη συμφωνία με την αναμενόμενη κατανομή δόσης που προκύπτει από την απεικόνιση των ισοδοσιακών καμπυλών. Η κλιμακωτή μορφή που παρουσιάζει η καμπύλη στο DVH οφείλεται κυρίως στην απόσταση μεταξύ των τομών. Στην περίπτωση που οι τομές είχαν αρκετά μικρότερη απόσταση μεταξύ τους, η κατανομή θα εμφάνιζε συνεχή μορφή και έδινε ακριβέστερες πληροφορίες όσον αφορά την ακρίβεια κατανομής δόσης. Η μεγάλη απόσταση μεταξύ των τομών στην περίπτωση μας έδινε μικρότερη ακρίβεια στην κατανομή της δόσης, εντούτοις έδωσε χρηστικά συμπεράσματα για την ακεραιότητα χρήσης του DVH. Περιοχή υψηλής μεταβολής δόσης: Για αυτόν τον έλεγχο θα κατασκευαστεί μια δέσμη αντίθετη προς την αρχική και στην συνέχεια θα μετακινηθούν και οι δύο δέσμες σύμφωνα κατά 5cm, έτσι ώστε ο κεντρικός άξονας από τις δύο δέσμες να βρίσκεται στην ίδια ευθεία με το άκρο της κυβικής δομής. Στην συνέχεια θα γίνει κανονικοποίηση στο ισόκεντρο που προκύπτει από τις δέσμες και θα ελεγχθεί η ομοιομορφία κατανομής δόσης και θα υπολογιστεί το DVH. Το DVH θα πρέπει να είναι γραμμικό στην περιοχή μεταξύ 80% και 20% και η διαφορά όγκου μεταξύ αυτών των δύο περιοχών ίσος με 25 x d (cm 3 ). 104

105 Σχήμα 7.39: Απεικόνιση ισοδοσιακών γραμμών και DVH για την κατανομή δόσης που αφορά στον συνολικό όγκο κυβικής δομής προκαθορισμένων διαστάσεων, που βρίσκεται στην περιοχή χαμηλής κλίσης δόσης. Κατά την κατασκευή του σύνθετου πεδίου με τις δύο δέσμες η κανονικοποίηση έγινε στο άνω άκρο της κυβικής δομής και όχι στο μέσο της. Το γεγονός αυτό σε συνδυασμό με την μεγάλη απόσταση μεταξύ των τομών που συνθέτουν την κυβική δομή δεν μας επέτρεψαν να ελέγξουμε με ακρίβεια την γραμμικότητα της καμπύλης του DVH. Μπορούμε παρόλα αυτά να παρατηρήσουμε ότι η καμπύλη παρουσιάζει μια σχετική γραμμικότητα στην περιοχή δόσης 75%-25% σε σύγκριση με τις υπόλοιπες περιοχές όπου η κατανομή δόσης σε σχέση με τον όγκο παρουσιάζει 105