ΕΠΙΒΕΒΑΙΩΣΗ ΠΛΑΝΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΘΕΡΑΠΕΙΑΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ VMAT ΑΣΘΕΝΩΝ ΜΕ ΚΑΡΚΙΝΟ ΠΡΟΣΤΑΤΗ ΚΑΙ ΚΕΦΑΛΗΣ ΤΡΑΧΗΛΟΥ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΤΟΜΕΑΣ ΠΥΡΗΝΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΗΣ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΕΠΙΒΕΒΑΙΩΣΗ ΠΛΑΝΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΘΕΡΑΠΕΙΑΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ VMAT ΑΣΘΕΝΩΝ ΜΕ ΚΑΡΚΙΝΟ ΠΡΟΣΤΑΤΗ ΚΑΙ ΚΕΦΑΛΗΣ ΤΡΑΧΗΛΟΥ Διεκπεραιωθείσα εργασία στο Τμήμα Ιατρικής Φυσικής του Γενικού Νοσοκομείου Θεσσαλονίκης «Παπαγεωργίου» ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΗΣ ΚΡΙΑΡΗ ΑΛΕΞΑΝΔΡΑΣ ΕΠΙΒΛΕΠΟΝΤΕΣ: ΥΠΕΥΘΥΝΗ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ: ΙΩΑΝΝΙΔΟΥ ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ ΑΚΤΙΝΟΦΥΣΙΚΟΣ: ΧΑΤΖΗΙΩΑΝΝΟΥ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ, ΙΟΥΛΙΟΣ 2016 I

2 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Η φοίτησή μου στο Τμήμα Φυσικής στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, μετά από 5 χρόνια φτάνει στο τέλος της. Το επιστέγασμα των αρχικών φόβων και δυσκολιών που στη συνέχεια μετατράπηκαν σε όρεξη για μάθηση και σε συνεργασία με αξιόλογους εκπαιδευτικούς, αποτελεί η παρούσα πτυχιακή εργασία. Ως κατεύθυνση στην οποία ήθελα να ολοκληρώσω τη φοίτησή μου επέλεξα την κατεύθυνση Πυρηνικής Φυσικής και Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων. Τα μαθήματα του 4 ου έτους Φυσική Ακτινοβολιών και Ραδιοϊσοτόπων, Ιατρική Φυσική και Υγειοφυσική, χάρη στην άρτια διδασκαλία των καθηγητών του τομέα, κέντρισαν το ενδιαφέρον μου για τις εφαρμογές της Φυσικής στον κλάδο της Ιατρικής και ειδικότερα στον τομέα της Ακτινοθεραπείας,. Το επιστέγασμα της ενδιαφέροντος μου αποτέλεσε η πρόταση της κυρίας Ιωαννίδου Αλεξάνδρας για την παρούσα πτυχιακή εργασία σε συνεργασία με το Γενικό Νοσοκομείο Θεσσαλονίκης «Παπαγεωργίου». Εκεί μου δόθηκε η ευκαιρία να προσκομίσω αρκετές γνώσεις στον τομέα της ακτινοθεραπείας, να έρθω σε επαφή με ιατρικά μηχανήματα και να εξοικειωθώ με τις σύγχρονες τεχνικές που χρησιμοποιούνται. Προσωπικά θα ήθελα να εκφράσω τις θερμές μου ευχαριστίες στην κ. Ιωαννίδου για την εμπιστοσύνη που μου έδειξε, αναθέτοντάς μου την παρούσα εργασία. Ο ακτινοφυσικός του τμήματος Ιατρικής Φυσικής του Γενικού Νοσοκομείου «Παπαγεωργίου», κ. Κωνσταντίνος Χατζηιωάννου, ήταν το άτομο το οποίο είχε την επίβλεψη της εργασίας μου. Ο κ. Χατζηιωάννου με τη συνεχή καθοδήγησή του, τις εύστοχες παρατηρήσεις του και πάντα με ευχάριστη διάθεση να μου μεταδώσει τις γνώσεις του, έχει σημαίνοντα ρόλο στην ολοκλήρωση της εργασίας. Η συνεργασία μας, ήταν και είναι άριστη, με αμοιβαίο σεβασμό και κοινό ενδιαφέρον πάνω στην εργασία. Θεωρώ τον εαυτό μου τυχερό που ήμουν υπό την επίβλεψή του. Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω την οικογένειά μου για τη συνεχή ενθάρρυνση στις δύσκολες στιγμές σε αυτά τα χρόνια αλλά και στη γενικότερη μαθητική μου πορεία, για τα εφόδια, και τις αρχές που μου μετέδωσαν. Στον Βασίλη και στους φίλους μου, οι οποίοι παρόλο που τον τελευταίο καιρό δεν βλεπόμασταν, συνέχιζαν να με ενθαρρύνουν, οφείλω ένα ακόμα μεγάλο ευχαριστώ. II

3 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Οι σύγχρονες τεχνικές ακτινοθεραπείας με εξωτερικές δέσμες είναι ιδιαίτερα σημαντικές για τη θεραπεία των καρκινικών όγκων. Τεχνικές ακτινοθεραπείας όπως η IMRT και η VMAT είναι σχεδιασμένες και εφαρμόζονται με τέτοιο τρόπο ώστε η προσπίπτουσα ακτινοβολία να είναι απόλυτα στοχευόμενη στον όγκο χωρίς να επιβαρύνονται ιδιαίτερα οι παρακείμενοι υγιείς ιστοί. Ο σχεδιασμός τους δίνει τη δυνατότητα της ανομοιόμορφης κατανομής της δόσης στον όγκο στόχο, καθώς ορισμένες περιοχές του ακτινοβολούνται με υψηλότερης έντασης ακτινοβολία και άλλες με χαμηλότερη. Ο σχεδιασμός του πλάνου θεραπείας πρέπει να είναι ακριβής και να προσαρμόζεται στα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του εκάστοτε όγκου. Εξαιτίας του γεγονότος ότι οι σύγχρονες μέθοδοι βασίζονται σε περίπλοκα λογισμικά, έχει καταστεί επιτακτικός ο έλεγχος των πλάνων θεραπείας πριν από την ακτινοβόληση των ασθενών. Στην παρούσα πτυχιακή εργασία χρησιμοποιήθηκαν για την επιβεβαίωση του πλάνου θεραπείας τα λογισμικά Epiqa και MapCHECK. Μελετήθηκαν πλάνα θεραπείας ασθενών με καρκίνο προστάτη και κεφαλής τραχήλου, και ελέγχθηκε η ορθότητα τους σύμφωνα με τη γ ανάλυση, στην οποία ορίζεται ένα κριτήριο αποδοχής σφαλμάτων ως προς το ποσοστό της απορροφούμενης δόσης από τον όγκο στόχο αλλά και ως προς τη μέγιστη επιτρεπόμενη απόσταση από αυτόν. Για τον έλεγχο αυτό, συγκρίθηκαν οι κατανομές δόσης όπως είχαν υπολογιστεί στο πλάνο σχεδιασμού της ακτινοθεραπείας του εκάστοτε ασθενούς με κατανομές δόσης που λήφθηκαν έπειτα από την ακτινοβόληση των εικονικών ασθενών Epiqa και MapCHECK με το ίδιο πλάνο θεραπείας. Τα αποτελέσματα της πειραματικής διαδικασίας ήταν τα επιθυμητά, καθώς διαπιστώθηκε ότι τα πλάνα θεραπείας που σχεδιάζονται είναι απόλυτα ακριβή και πληρούν τα δοσιμετρικά και γεωμετρικά χαρακτηριστικά των όγκων στόχων. III

4 ABSTRACT Modern radiotherapy techniques play a major role in cancerous tumors treatment, due to their promising results. Radiotherapy techniques such as IMRT and VMAT are designed in a specific way, which can enhance the dose accuracy and protect the adjacent organs and tissues in order for them to remain unharmed. Moreover, the use of these techniques in treatment planning allows the uneven distribution of the dosage delivery; some areas are delivered with high intent radiation, whereas others not. Every treatment plan should be accurate and adjustable to the geometry of each tumor. As long as modern radiotherapy techniques are based on elaborate software, the verification of treatment planning has became an indispensable step, before the inception of radiotherapy. There are various ways in which treatment plans can be verified; for this dissertation Epiqa and MapCHECK software were used, due to their reliability, accuracy and their user-friendly environment in use among others. The study of treatment plans of patients with Head Neck or Prostate cancer along with the elaborate checking of the plans in terms of the dose distribution was part of the dissertation. In order for this to be done, dose distributions of every patient as they were calculated during radiation treatment planning were compared to distributions which were collected after the radiation of virtual patients Epiqa and MapCHECK, following the same treatment plan protocol. The results of the experimental procedure were satisfactory as it was ascertained that the treatment plans which are designed are absolutely accurate and meet the geometrical requirements of target-tumors. It is safe to say that radiation is delivered to the limits of the tumor without harming the adjacent organs and tissues. Furthermore the intensity of the radiation does not exceed the estimated limit. IV

5 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ακτινοθεραπεία Σκοπός της Ακτινοθεραπείας Μέθοδοι Ακτινοθεραπείας Εξωτερική Ακτινοβόληση Βραχυθεραπεία Ακτινοθεραπεία με εξωτερικές δέσμες Γραμμικός Επιταχυντής Αρχή Λειτουργίας Φίλτρο Επιπέδωσης Σύστημα Κατευθυντήρων Στάδια Εξωτερικής Ακτινοθεραπείας Τεχνικές Ακτινοθεραπείας Εξελιγμένες τεχνικές ακτινοθεραπείας Ακτινοθεραπεία με πεδία ακτινοβολίας διαμορφωμένης έντασης IMRT Ογκομετρική Θεραπεία Τόξων VMAT Επιβεβαίωση Θεραπείας Verification Επιβεβαίωση Υπολογισμών Δόσης Έλεγχος Ισοδοσιακών Καμπυλών Έλεγχος Διαφοράς Δόσης DD Συμφωνία στην Απόσταση DTA Γ Ανάλυση (Gamma Analysis) ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Καρκίνος του Προστάτη Παθογένεια Συμπτωματολογία Σταδιοποίηση Καρκίνου Προστάτη Θεραπεία του Καρκίνου του Προστάτη Καρκίνος Κεφαλής Τραχήλου Παθογένεια Συμπτωματολογία Συστήματα Επιβεβαίωσης Θεραπείας (Verification) Verification με χρήση προγράμματος Epiqa Περιγραφή Τεχνικών Χαρακτηριστικών MapCHECK V

6 3. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Επιβεβαίωση με Epiqa Επιβεβαίωση με MapCHECK ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ VI

7 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα 1. 1 Καμπύλες δόσης επιβίωσης για καρκινικά και υγιή κύτταρα... 3 Σχήμα 1. 2 Διάγραμμα γραμμικού επιταχυντή... 6 Σχήμα 1. 3 Πεδίο ακτινοβολίας διαμορφωμένου σχήματος με τη χρήση MLC... 8 Σχήμα 1. 4 Απεικόνιση των GTV, CTV, PTV,ITV καθώς και OAR... 9 Σχήμα 1. 5 Το κάθε ένα από τα πεδία αποτελείται από έναν αριθμό υποπεδίων (segments).. 12 Σχήμα 1. 6 Στάδια Επιβεβαίωσης Θεραπείας : a)πλάνο Θεραπείας, b) έκθεση του πλάνου στον ανιχνευτή για επιβεβαίωση, c) υπολογισμοί επιβεβαίωσης μέσω του παράγοντα γ Σχήμα 1. 7 Σχηματική Αναπαράσταση της γ ανάλυσης για δισδιάστατη κατανομή δόσεων. Τα αποδεκτά κριτήρια υποδηλώνονται από τα και Σχήμα 2. 1 Γραμμικός Επιταχυντής τύπου DHX Silhouette του οίκου VARIAN.25 Σχήμα 2. 2 Σχηματική αναπαράσταση των διόδων ανιχνευτών στη διάταξη MapCHECK Σχήμα 3. 1 Εικόνες που λήφθηκαν μέσω του προγράμματος Epiqa για τον ασθενή 531 με τύπο καρκίνου H&N και ποσοστό επιτυχίας 99,86 % χρησιμοποιώντας το κριτήριο 3mm / 3%...36 Σχήμα 3. 2 Εικόνες που λήφθηκαν μέσω του προγράμματος Epiqa για τον ασθενή 531 με τύπο καρκίνου H&N και ποσοστό επιτυχίας 98,69% χρησιμοποιώντας το κριτήριο 2mm / 2% Σχήμα 3. 3 Εικόνες που λήφθηκαν μέσω του προγράμματος Epiqa για τον ασθενή 492 με τύπο καρκίνου H&N και ποσοστό επιτυχίας 99,76 % χρησιμοποιώντας το κριτήριο 3mm / 3% Σχήμα 3. 4 Εικόνες που λήφθηκαν μέσω του προγράμματος Epiqa για τον ασθενή 492 με τύπο καρκίνου H&N και ποσοστό επιτυχίας 99,76 % με το κριτήριο 3mm / 3% Σχήμα 3. 5 Η διάταξη ανιχνευτών MapCHECK τοποθετείται μέσα στο ομοίωμα στερεού νερού MapPHAN και πάνω στην κλίνη του γραμμικού επιταχυντή CLINAC Σχήμα 3. 6 Εικόνες που λήφθηκαν μέσω του προγράμματος MapCHECK του ασθενούς με ID 1233 για καρκίνο PR και ποσοστό επιτυχίας 99,99 % με το κριτήριο 3mm / 3% στο 1 ο τόξο 43 Σχήμα 3. 7 Εικόνες που λήφθηκαν μέσω του προγράμματος MapCHECK του ασθενούς με ID 1233 για καρκίνο PR και ποσοστό επιτυχίας 99,9 % με το κριτήριο 2mm / 2% στο 1 ο τόξο. 43 Σχήμα 3. 8 Προσδιορισμός και ταυτοποίηση σημείων που δεν πληρούν το κριτήριο 3mm / 3%στο α) 1ο τόξο και β) 2ο τόξο του πλάνου θεραπείας του ασθενούς 1233 με καρκίνο PR VII

8 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ Διάγραμμα 1: Κατανομή ποσοστών επιτυχίας επιβεβαίωσης θεραπείας με το πρόγραμμα Epiqa σε δείγμα 50 ασθενών με καρκίνο σε PR και Η&N σύμφωνα με το κριτήριο 3mm / 3% Διάγραμμα 2: Κατανομή ποσοστών επιτυχίας επιβεβαίωσης θεραπείας με το πρόγραμμα Epiqa σε δείγμα 50 ασθενών με καρκίνο σε PR και Η&N σύμφωνα με το κριτήριο 2mm / 2% Διάγραμμα 3: Συγκριτική κατανομή ποσοστών επιτυχίας επιβεβαίωσης θεραπείας με το πρόγραμμα Epiqa σε δείγμα 50 ασθενών με καρκίνο σε PR και Η&N σύμφωνα με τα κριτήρια 3 mm /3% και 2mm / 2% και για τα δύο τόξα ακτινοβόλησης Διάγραμμα 4: Συσχέτιση του εύρους των ποσοστών επιβεβαίωσης θεραπείας συναρτήσει του πλήθους των τιμών με το κριτήριο 3mm / 3% στο 1 ο τόξο Διάγραμμα 5: Συσχέτιση του εύρους των ποσοστών επιβεβαίωσης θεραπείας συναρτήσει του πλήθους των τιμών με το κριτήριο 3mm / 3% στο 2 ο τόξο Διάγραμμα 6: Συσχέτιση του εύρους των ποσοστών επιβεβαίωσης θεραπείας συναρτήσει του πλήθους των τιμών με το κριτήριο 2mm / 2% στο 1 ο τόξο Διάγραμμα 7: Συσχέτιση του εύρους των ποσοστών επιβεβαίωσης θεραπείας συναρτήσει του πλήθους των τιμών με το κριτήριο 2mm / 2% στο 2 ο τόξο Διάγραμμα 8: Συγκριτική κατανομή ποσοστών επιτυχίας επιβεβαίωσης θεραπείας με το πρόγραμμα MapCHECK σε δείγμα 17 ασθενών με βάση τα κριτήρια 3mm / 3% και 2mm / 2 % για το 1 ο τόξο Διάγραμμα 9: Συγκριτική κατανομή ποσοστών επιτυχίας επιβεβαίωσης θεραπείας με το πρόγραμμα Epiqa σε δείγμα 17 ασθενών με βάση τα κριτήρια 3 3 % και 2 2 % για το 1 ο τόξο Διάγραμμα 10: Συγκριτική κατανομή ποσοστών επιτυχίας επιβεβαίωσης θεραπείας με τα προγράμματα Epiqa και MapCHECK σε δείγμα 17 ασθενών με βάση τo κριτήριο 3 3 %.. 42 VIII

9 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1. Ακτινοθεραπεία Ακτινοθεραπεία είναι η επιστήμη, αντικείμενο της οποίας είναι η θεραπεία νόσων με χρήση ιοντιζουσών ακτινοβολιών. Διαμορφώθηκε σαν ιατρική δραστηριότητα μετά την ανακάλυψη των ιοντιζουσών ακτινοβολιών, των ακτίνων Χ από τον Röentgen το 1895 και της ραδιενέργειας από τον Becquerel το Ο τομέας της ακτινοθεραπείας άρχισε να παρουσιάζει τα πρώτα βήματα ανάπτυξης στις αρχές του 20 ου αιώνα, χάρη στις ανακαλύψεις της Marie Curie, η οποία το 1898 είχε ανακαλύψει τα ραδιενεργά στοιχεία ράδιο και πολώνιο. Η ακτινοθεραπεία αποτελεί βασική μέθοδο αντιμετώπισης του καρκίνου. Ο καρκίνος καθίσταται ως η δεύτερη αιτία θανάτου παγκοσμίως μετά τις καρδιοπάθειες και πλέον η εμφάνιση της νόσου αυτής παρουσιάζει αυξανόμενη συχνότητα με τάση να γίνει η πρώτη αιτία θανάτου. Η ακτινοθεραπεία ως θεραπευτική μέθοδος εμφανίζει υψηλά ποσοστά επιτυχίας συγκριτικά με άλλα είδη θεραπειών. Οι ασθενείς που πάσχουν από καρκίνο, σε ποσοστό 60% (βάσει στατιστικών δεδομένων), θα χρειαστεί να υποβληθούν σε ακτινοθεραπεία κατά τη διάρκεια της θεραπείας τους, με σκοπό τη ριζική θεραπεία ή για ανακουφιστικούς λόγους Σκοπός της Ακτινοθεραπείας Τα καρκινικά κύτταρα αναπτύσσονται χωρίς να υπακούουν στους φυσιολογικούς μηχανισμούς ελέγχου του σώματος. Επιπλέον τα κύτταρα των κακοήθων νεοπλασιών (καρκίνων) προκαλούν μεταστάσεις, δηλαδή διασπείρονται από την αρχική τους θέση και εισβάλλουν σε άλλους ιστούς. Υπάρχουν πολλών ειδών καρκινικά κύτταρα. Άλλα οργανώνονται και αυξάνουν μαζί αποτελώντας συμπαγείς καρκινικούς όγκους μέσα ή στην επιφάνεια ενός οργάνου ή ιστού. Άλλα είδη, όπως στην λευχαιμία και τα λεμφώματα έχουν την ιδιότητα να μετακινούνται μέσα στο σώμα μέσω του αίματος και του λεμφικού συστήματος. Εάν ο καρκίνος δεν διαγνωστεί έγκαιρα, έχει σαν αποτέλεσμα να καταστρέφει τη λειτουργία του οργάνου ή ιστού που έχει καταλάβει. Η θεραπεία του καρκίνου έχει σαν στόχο τη 1

10 θανάτωση και την απομάκρυνση των καρκινικών κυττάρων και την παύση του περαιτέρω πολλαπλασιασμού τους [1]. Οι κύριες μέθοδοι για την αντιμετώπιση του καρκίνου είναι η Χειρουργική με την εξαγωγή καρκινικών τμημάτων, η Χημειοθεραπεία για τη θανάτωση και αδρανοποίηση των καρκινικών κυττάρων με χρήση φαρμάκων, η Ανοσοθεραπεία με την ενίσχυση των αμυντικών μηχανισμών του οργανισμού και η Ακτινοθεραπεία που προσπαθεί με τη χρήση ιοντιζουσών ακτινοβολιών να καταστρέψει τα καρκινικά κύτταρα. Οι ανωτέρω μέθοδοι χρησιμοποιούνται είτε ο καθένας ξεχωριστά είτε και σε συνδυασμό. Όλα τα κύτταρα, υγιή και μη μπορούν να καταστραφούν με την ιοντίζουσα ακτινοβολία. Οι δόσεις όμως διαφέρουν για καθεμία περίπτωση, καθώς τα διαφορετικού είδους κύτταρα παρουσιάζουν διαφορά στην ακτινοευαισθησία τους. Κατά την ακτινοβόληση καρκινικών κυττάρων ενός καρκινικού όγκου είναι αναπόφευκτη η ακτινοβόληση και των υγιών ιστών και οργάνων που περιβάλλουν τον όγκο. Εάν οι υγιείς ιστοί ακτινοβοληθούν με δόση μεγαλύτερη από κάποιο όριο, ενδέχεται να εμφανιστούν κλινικά αποτελέσματα τα οποία να μην είναι αποδεκτά. Σκοπός της ακτινοθεραπείας είναι η εναπόθεση της μέγιστης δυνατής δόσης ακτινοβολίας υψηλών ενεργειών στον όγκο στόχο, ώστε να επιτευχθεί η μέγιστη πιθανότητα ελέγχου και αναστολής της ανάπτυξης των καρκινικών κυττάρων, ενώ ταυτόχρονα πρέπει να περιοριστεί η βλάβη των ακτινοβολούμενων μη καρκινικών ιστών και οργάνων σε αποδεκτό επίπεδο. Ο στόχος της ακτινοθεραπείας που διατυπώθηκε παραπάνω μπορεί να απεικονιστεί στο παρακάτω διάγραμμα, όπου αποτυπώνεται με δύο καμπύλες, μια για τον όγκο και η άλλη για τον υγιή ιστό. Η επιτυχής καταστροφή ενός όγκου μπορεί να επιτευχθεί, όταν η καμπύλη για τον όγκο εκτείνεται αριστερά της καμπύλης για τον υγιή ιστό δηλαδή, όταν η δόση που απαιτείται για την απόκτηση μεγάλης πιθανότητας ολικής καταστροφής του όγκου είναι μικρότερη από τη δόση της ακτινοβολίας που ενδέχεται να προκαλέσει καταστροφή στον υγιή ιστό. Η επιτυχία της ακτινοθεραπείας είναι μέγιστη όταν οι δύο καμπύλες είναι διαχωρισμένες και απέχουν κάποια απόσταση [2]. 2

11 Σχήμα 1. 1 Καμπύλες δόσης επιβίωσης για καρκινικά και υγιή κύτταρα 1.3. Μέθοδοι Ακτινοθεραπείας Οι μέθοδοι χορήγησης ακτινοθεραπείας διακρίνονται σε δύο μορφές, ανάλογα με την απόσταση της πηγής ακτινοβόλησης από τον όγκο στόχο, την εξωτερική ακτινοθεραπεία (τηλεθεραπεία) και την βραχυθεραπεία. Συγκεκριμένα, η ακτινοθεραπεία πραγματοποιείται: i. Με τη χρήση εξωτερικών δεσμών ιοντιζουσών ακτινοβολιών ii. Με τη χρήση κλειστών πηγών ιοντιζουσών ακτινοβολιών που τοποθετούνται στο σώμα των ασθενών (βραχυθεραπεία) iii. Με τη χρήση ανοικτών πηγών, δηλαδή χορηγώντας στους ασθενείς ραδιενεργές ουσίες Εξωτερική Ακτινοβόληση Κατά την εξωτερική ακτινοθεραπεία, η πηγή βρίσκεται μακριά από το σώμα του ασθενούς, επιδιώκοντας το επιθυμητό θεραπευτικό αποτέλεσμα, μέσω μιας δέσμης ακτινοβολίας. Η θεραπεία με εξωτερικές δέσμες αποτελεί τη συνηθέστερη μέθοδο ακτινοθεραπείας. Χρησιμοποιούνται δέσμες ηλεκτρονίων και ακτίνων Χ παραγόμενες από γραμμικούς επιταχυντές, ενώ παλιότερα χρησιμοποιούνταν φωτόνια γ από μονάδες 60 Co και 137 Cs και ακτίνες Χ από λυχνίες παραγωγής ακτινοβολίας Χ. Σκοπός της εξωτερικής ακτινοθεραπείας είναι η ακτινοβόληση της πρωτοπαθούς κακοήθειας, αλλά και η μικροσκοπική υποκλινική νόσος γύρω από αυτή. Η δόση που θα 3

12 πάρει ο όγκος καθορίζεται από το χρόνο που θα ακτινοβοληθεί ο όγκος σε συνδυασμό με το πεδίο και την ενέργεια της ακτινοβολίας. Η δέσμη ακτινοβολίας, εξερχόμενη από το μηχάνημα παραγωγής της, έχει δύο μεταβλητές, την ένταση της και τις διαστάσεις της, οι οποίες και καθορίζουν το χρόνο έκθεσης στην ακτινοβολία. Ως προς τις διαστάσεις της, η δέσμη διαμορφώνεται στη μεν ακτινοβολία φωτονίων από το ίδιο το μηχάνημα, ενώ στην ακτινοβολία με ηλεκτρόνια από πρόσθετους κώνους διαφόρων διαστάσεων [3] Βραχυθεραπεία Η βραχυθεραπεία βασίζεται στη χρήση ραδιενεργών πηγών, οι οποίες είναι εγκλεισμένες σε περίβλημα, εκπέμπουν β και γ ακτινοβολία και τοποθετούνται ενδοκοιλοτικά, ενδοϊστικά ή και σε επαφή με καρκινικό όγκο στόχο. Το κύριο πλεονέκτημα της μεθόδου αυτής είναι ότι η πολύ μικρή απόσταση πηγής όγκου επιτρέπει την όσο το δυνατό πιο εντοπισμένη ακτινοβόληση αυτού, ελαχιστοποιώντας με αυτόν τον τρόπο τη δόση στους περιβάλλοντες υγιής ιστούς. Επειδή κατά τη βραχυθεραπεία οι πηγές ακτινοβολίας τοποθετούνται σε πολύ μικρή απόσταση από τον όγκο, η περιοχή αυτού απορροφά πολύ μεγαλύτερη δόση ακτινοβολίας σε σχέση με τους παρακείμενους ιστούς, λόγω της μείωσης της δόσης με το νόμο του αντιστρόφου τετραγώνου της απόστασης (. Η βραχυθεραπεία χρησιμοποιείται στην ακτινοβόληση τοπικών καρκίνων που είναι προσπελάσιμοι [2]. Κατά την ενδοϊστική βραχυθεραπεία, η ραδιενεργός πηγή τοποθετείται μέσα στον ως προς θεραπεία ιστό ύστερα από χειρουργική παρέμβαση. Οι πηγές έχουν μικρή διάμετρο έτσι ώστε να επιτρέπεται η διείσδυση αυτής μέσα στον ιστό. Οι συνηθέστερες περιοχές στις οποίες εφαρμόζεται αυτός ο τρόπος βραχυθεραπείας είναι η γλώσσα και ο μαστός. Η χρήση ραδιενεργών πηγών στη μήτρα, γύρω από τον τράχηλο και στον κόλπο για τη θεραπεία γυναικολογικών κακοηθών όγκων αποτελεί τη πιο συνηθισμένη τεχνική ενδοκοιλοτικής βραχυθεραπείας. Οι πηγές έχουν σωληνοειδές σχήμα και τοποθετούνται μέσα στην κοιλότητα, αφού πρώτα έχουν καλυφθεί από καουτσούκ ή άλλα υλικά τα οποία τείνουν να μειώσουν την ακτινοβολία που δέχονται οι παρακείμενοι ιστοί. Η χρήση κλειστών ραδιενεργών πηγών που τοποθετούνται επιφανειακά σε έναν όγκο αποτελούν την τελευταία τεχνική βραχυθεραπείας. Η ραγδαία ελάττωση της δόσης μέσα στον ιστό, καθιστά την τεχνική αυτή ιδανική για όλους τους επιφανειακούς όγκους 4

13 που είναι εξαπλωμένη σε ιδιαίτερα ευαίσθητους κανονικούς ιστούς. Χαρακτηριστικό παράδειγμα της τεχνικής αυτής, αποτελεί η θεραπεία καρκίνου στους οφθαλμούς, και στην οποία τα ραδιονουκλίδια από β διάσπαση, χρησιμοποιούνται ως εκπομποί φωτονίων Ακτινοθεραπεία με εξωτερικές δέσμες Η εξωτερική ακτινοθεραπεία με δέσμες ιοντιζουσών ακτινοβολιών αποτελεί τη πιο διαδεδομένη μέθοδο ακτινοθεραπείας. Για την εφαρμογή της απαιτούνται δέσμες ακτινοβολιών που παράγονται από μηχανήματα ακτινοθεραπείας. Για την παραγωγή δεσμών φωτονίων και ηλεκτρονίων χρησιμοποιούνται οι γραμμικοί επιταχυντές ηλεκτρονίων. Οι δέσμες ηλεκτρονίων έχουν ενέργεια 4 20 MeV, ενώ οι δέσμες ακτίνων- Χ έχουν συνήθως ενέργεια 6 έως 18 MV [4]. Αξίζει να σημειωθεί ότι παλαιότερα χρησιμοποιούνταν Μονάδες Κοβαλτίου Co 60, των οποίων η χρήση πλέον αποφεύγεται στα μεγάλα ακτινοθεραπευτικά κέντρα. Είναι παρόμοιες στη γενική εμφάνιση με τον γραμμικό επιταχυντή. Η κεφαλή τους όμως είναι λιγότερο πολύπλοκη, καθώς φέρει μόνο μια πηγή Co-60 υψηλής ενεργότητας ( Ci). Με αυτόματο μηχανισμό, η πηγή μετακινείται σε θέση ακτινοβόλησης από μια αρχική θέση μέσα στην κεφαλή όταν δεν είναι σε λειτουργία, η οποία όπως και ο γραμμικός επιταχυντής φέρει περίβλημα με στρώμα μολύβδου Γραμμικός Επιταχυντής Αρχή Λειτουργίας Ο γραμμικός επιταχυντής (linear accelerator), είναι μια διάταξη στην οποία επιταχύνονται ατομικά και υποατομικά σωματίδια σε υψηλές ταχύτητες. Για να επιτευχθεί η επιτάχυνση τους απαιτούνται ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία, ο ρόλος των οποίων είναι να εστιάσουν και να κατευθύνουν με ακρίβεια τα σωματίδια. Οι Γραμμικοί Επιταχυντές που χρησιμοποιούνται στην ιατρική επιταχύνουν ως επί το πλείστων ηλεκτρόνια και όταν απαιτείται θεραπεία με βαρέα ιόντα, επιταχύνονται ιόντα ή πρωτόνια. Ένας τυπικός Γραμμικός Επιταχυντής για ακτινοθεραπεία απεικονίζεται στο Σχήμα 1.2. Αποτελείται από ένα περιστρεφόμενο κατά 360 βραχίονα, ο οποίος φέρει τη κεφαλή του γραμμικού επιταχυντή (gantry). Κάτω από την κεφαλή υπάρχει η κλίνη της ακτινοθεραπείας. Η κεφαλή και η κλίνη έχουν αυξημένες δυνατότητες μετακίνησης και περιστροφής. 5

14 Σχήμα 1. 2 Διάγραμμα γραμμικού επιταχυντή Το σημείο έναρξης της διαδικασίας επιτάχυνσης ηλεκτρονίων είναι το πυροβόλο ηλεκτρονίων (electron gun), όπου παράγονται με θερμιονική εκπομπή ηλεκτρόνια υπό μορφή παλμών. Αρχικά τα ηλεκτρόνια βρίσκονται δεσμευμένα στα μόρια μιας επιφάνειας αργιλικού βαρίου ή νήματος βολφραμίου ή κάποιου άλλου θερμιονικού υλικού. Η επιφάνεια αυτή είναι γνωστή ως κάθοδος του πυροβόλου ηλεκτρονίων και συγκεντρώνει το αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο. Στα πολυβόλα των γραμμικών επιταχυντών, τα ηλεκτρόνια εκπέμπονται κατά τη θέρμανση της καθόδου. Στη συνέχεια, τα ηλεκτρόνια επιταχύνονται με τη χρήση επιταχυντικής διάταξης η οποία αποτελείται από έναν κυματοδηγό (wave guide) που χρησιμοποιεί ηλεκτρομαγνητικά πεδία συχνότητας ραδιοκυμάτων (RF). Ο κυματοδηγός αποτελείται από μια σειρά μεταλλικών σωλήνων ολίσθησης, οι οποίοι είναι διατεταγμένοι κατά μήκος του άξονα της δέσμης και είναι συνδεδεμένοι με εναλλασσόμενη συχνότητα με το τροφοδοτικό ραδιοσυχνοτήτων. Αυτά έχοντας αποκτήσει ικανή ενέργεια (της τάξεως μερικών MeV), κατευθύνονται στη κεφαλή του γραμμικού επιταχυντή, όπου εκεί παράγεται η ζητούμενη δέσμη ακτινοβολίας. Εν συνεχεία, η διαδικασία διαφοροποιείται, αναλόγως για το αν ο γραμμικός επιταχυντής χρησιμοποιείται για παραγωγή δέσμης ακτίνων- Χ ή για ακτινοθεραπεία με ηλεκτρόνια. Στην πρώτη περίπτωση, τα ηλεκτρόνια προσπίπτουν σε ειδικό υλικό στόχο, υψηλού ατομικού αριθμού και χάνουν την ενέργεια τους, της οποίας μέρος μετατρέπεται σε ακτινοβολία- Χ, ενώ το μεγαλύτερο μετατρέπεται σε θερμότητα. Ένα φίλτρο επιπέδωσης χρησιμοποιείται για την ομοιογένεια της δέσμης, ενώ ένα σύστημα διαφραγμάτων χρησιμοποιείται για την προσαρμογή των διαστάσεων της. Αντιθέτως, αν ο 6

15 γραμμικός επιταχυντής πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για θεραπεία με δέσμη ηλεκτρονίων, τότε αυτή εξέρχεται από την επιταχυντική διάταξη μέσω ενός λεπτού παραθύρου, κατευθυνόμενη προς την κεφαλή, όπου σκεδάζεται ή σαρώνεται ηλεκτρομαγνητικά έτσι ώστε να επιτευχθεί η επιθυμητή διάσταση της δέσμης Φίλτρο Επιπέδωσης Η παραγόμενη στον στόχο δέσμη ακτίνων Χ δεν παρουσιάζει ομοιογένεια ως προς την ένταση της ροής, καθώς κατά μήκος του κεντρικού άξονα της υπάρχει εμφάνιση μεγίστου, γεγονός που σημαίνει ότι ο αριθμός των φωτονίων είναι μεγαλύτερος στον κεντρικό άξονα της δέσμης και ελαττώνεται όσο απομακρυνόμαστε από αυτόν. Επιπρόσθετα, στη δέσμη συμπεριλαμβάνεται αριθμός φωτονίων χαμηλής ενέργειας, των οποίων η παρουσία είναι κλινικά επιβλαβής, δεδομένου ότι συντελούν στην αύξηση της δόσης στην επιφάνεια (δέρμα) του ασθενούς. Βάσει των προαναφερθέντων, κρίνεται κλινικά αναγκαία η χρήση ενός φίλτρου επιπέδωσης (flattening filter) στη δέσμη των ακτίνων Χ, το οποίο επιτυγχάνει χωρική ομοιογένεια ως προς την ένταση της δέσμης αλλά και απορρόφηση των φωτονίων χαμηλών ενεργειών. Το σχήμα αυτού είναι κωνικό, προκειμένου να μειώνεται η ένταση της δέσμης κατά μεγαλύτερο ποσοστό κατά μήκος του κεντρικού άξονα από ότι στα άκρα. Αυτό πρέπει να συμβαίνει, διότι τα φωτόνια του κεντρικού άξονα συναντούν περισσότερο υλικό του φίλτρου και απορροφώνται περισσότερο από αυτά που βρίσκονται στα άκρα Σύστημα Κατευθυντήρων Το τελικό προσπίπτον στον ασθενή πεδίο ακτινοβολίας, καθορίζεται από ειδικά διαφράγματα, τους κατευθυντήρες που βρίσκονται στην κεφαλή του επιταχυντή. Στους σύγχρονους γραμμικούς επιταχυντές, προκειμένου να εξασφαλιστεί η απορρόφηση των ακτίνων- Χ που προσπίπτουν στους κατευθυντήρες, υπάρχουν τρία διαφορετικά είδη κατευθυντήρων, κατασκευασμένοι από υλικό μεγάλου ατομικού αριθμού και πυκνότητας (μόλυβδο, βολφράμιο ή κράμα βαρέων μετάλλων). Οι κατευθυντήρες αυτοί διακρίνονται στους παρακάτω: i. Ο πρωτεύων κατευθυντήρας (primary collimator) ο οποίος βρίσκεται αμέσως μετά το στόχο και πριν από το φίλτρο επιπέδωσης καθορίζοντας το μέγιστο πεδίο ακτινοβόλησης που διατίθεται, 7

16 ii. iii. o δευτερεύων κατευθυντήρας ο οποίος αποτελείται από δύο ζεύγη διαφραγμάτων πεδίου (upper lower jaws), τα οποία μετακινούνται μέσα έξω δημιουργώντας με τον τρόπο αυτό τετραγωνικά ή ορθογώνια πεδία ακτινοβολίας, τα οποία θα προσπέσουν στον ασθενή, ο πολύφυλλος κατευθυντήρας, που είναι αποτελούμενος από δύο σειρές πολλαπλών φύλλων (Multi Leaf Collimators MLC) τοποθετημένες αντιπαράλληλα. Καθένα από τα φύλλα έχει ανεξάρτητη κίνηση, προκειμένου να μπορεί να διαμορφώσει το σχήμα του πεδίου έτσι ώστε να προσαρμόζεται ανάλογα στο σχήμα του εκάστοτε όγκου στόχου προς ακτινοβόληση. Σχήμα 1. 3 Πεδίο ακτινοβολίας διαμορφωμένου σχήματος με τη χρήση MLC Στάδια Εξωτερικής Ακτινοθεραπείας Η διαδικασία της σύγχρονης ακτινοθεραπείας με εξωτερικές δέσμες ακτινοβολίας, περιλαμβάνει διάφορα στάδια και πραγματοποιείται από θεραπευτική ομάδα που περιλαμβάνει ειδικούς ιατρούς, ακτινοφυσικούς και τεχνολόγους. Κατά το πρώτο στάδιο της ακτινοθεραπείας, αναγνωρίζεται το είδος του καρκίνου, γίνεται η σταδιοποίηση της ασθένειας και αποφασίζεται η ενέργεια και η δόση της ακτινοβολίας που θα χρησιμοποιηθεί. Με τη βοήθεια απεικονιστικών τεχνικών και ειδικότερα της αξονικής τομογραφίας, ο ακτινοθεραπευτής ιατρός προσδιορίζει τον Αδρό (Γεωμετρικό) Καρκινικό Όγκο (GTV, Gross Tumor Volume), ο οποίος περιλαμβάνει τον πρωτοπαθή όγκο και αντιστοιχεί στο τμήμα εκείνο με τη μέγιστη πυκνότητα καρκινικών κυττάρων. Στη συνέχεια προσδιορίζει τον Κλινικό Όγκο Στόχο (CTV, Clinical Target 8

17 Volume), ο οποίος είναι ο GTV με ένα περιθώριο, δηλαδή είτε ένα σύνολο ιστών οι οποίοι ενδέχεται να περιέχουν νεοπλασματική νόσο, είτε περιοχές στις οποίες υπάρχει υποψία κακοήθειας, έτσι ώστε να συμπεριλαμβάνονται και οι τοπικές διηθήσεις των καρκινικών κυττάρων. Στο τέλος του πρώτου σταδίου, ο ιατρός προσδιορίζει το μέγεθος της δόσης που θα δοθεί στον CTV, τη διάρκεια της θεραπείας καθώς και τα όργανα σε κίνδυνο (OAR, Organs At Risk), ορίζοντας τον κατάλληλο συνδυασμό δεσμών και πεδίων ώστε να επέλθει ριζική θεραπεία [5]. Κατά το δεύτερο στάδιο, ο φυσικός ιατρικής προσθέτει στον CTV και ένα περιθώριο καθώς κατά κύριο λόγο εξαιτίας της αναπνοής, θα υπάρξει μετακίνηση των ορίων, και καθορίζεται ο Σχεδιασθής Όγκος Στόχου (PTV, Planning Target Volume). Εν συνεχεία, με ειδικές υπολογιστικές τεχνικές, ο φυσικός προσδιορίζει το βέλτιστο σχήμα θεραπείας για την ακτινοβόληση με PVT με την προσδιορισθείσα δόση αλλά και την ελάχιστη δόση στα όργανα σε κίνδυνο, προσδιορίζοντας με αυτόν τον τρόπο τη βέλτιστη κατανομή της δόσης. Οι διαδικασίες του δεύτερου σταδίου αποτελούν το ονομαζόμενο Σύστημα Σχεδιασμού Θεραπείας (TPS, Treatment Planning System), το οποίο επιτυγχάνεται μέσω κατάλληλου λογισμικού. Σχήμα 1. 4 Απεικόνιση των GTV, CTV, PTV,ITV καθώς και OAR Στο τρίτο στάδιο, το επιλεγέν σχήμα ακτινοθεραπείας ελέγχεται με τον εξομοιωτή, ένα ακτινογραφικό σύστημα, το οποίο περιλαμβάνει κατάλληλους βαθμούς ελευθερίας στην κίνηση του, έτσι ώστε να αναπαράγεται κατά αναλογία και η πραγματική ακτινοβόληση, τόσο ως προς τα πεδία αλλά και τη γεωμετρία της. Το τελικό στάδιο της Ακτινοθεραπείας είναι αυτό και της ακτινοβόλησης του όγκου. Ο ασθενής ακτινοβολείται υπό συνεχή ιατρική παρακολούθηση και σύμφωνα με το πρωτόκολλο που ακολουθεί το εκάστοτε ακτινοθεραπευτικό κέντρο. 9

18 1.5. Τεχνικές Ακτινοθεραπείας Ισοκεντρική Θεραπεία Πολλαπλών Πεδίων Ακτινοβολίας Για να επιτευχθεί ο σκοπός της ακτινοθεραπείας, δηλαδή η αύξηση της απορροφούμενης δόσης ακτινοβολίας από τον όγκο στόχο που βρίσκεται σε κάποιο βάθος από την επιφάνεια προστατεύοντας παράλληλα τους υγιείς παρακείμενους ιστούς, χρησιμοποιούνται πολλαπλά πεδία ακτινοβολίας, τα οποία εισέρχονται στον ασθενή από διαφορετικές εισόδους. Με αυτόν τον τρόπο, κάθε πεδίο ακτινοβολίας συνεισφέρει στη δόση για τον όγκο στόχο, ακτινοβολώντας ταυτόχρονα διαφορετική περιοχή υγιών ιστών από τα υπόλοιπα, με σκοπό η προσπίπτουσα δόση να είναι μεγαλύτερη στον όγκο από ότι στα φυσιολογικά όργανα. Στις ισοκεντρικές θεραπείες πολλαπλών πεδίων, ο ασθενής τοποθετείται σε ειδική κλίνη κάτω από την κεφαλή του γραμμικού επιταχυντή, ο οποίος μπορεί να περιστρέφεται με τη χρήση του βραχίονα (gantry), γύρω από ένα σημείο περιστροφής στο χώρο, το ισόκεντρο. Το ισόκεντρο είναι το κέντρο περιστροφής του βραχίονα περιστροφής, της κλίνης και του συστήματος διαφραγμάτων καθώς από το σημείο αυτό περνά και ο κεντρικός άξονας της δέσμης ακτινοβολίας. Τοποθετώντας το ισόκεντρο στο κέντρο του όγκου, είναι εφικτή η ακτινοβόληση του όγκου με πολλαπλά πεδία ακτινοβολίας, γυρνώντας απλά το βραχίονα περιστροφής. Τα πεδία ακτινοβολίας έχουν διαφορετικές εισόδους και έτσι ακτινοβολούν διαφορετικό μέρος των υγιών ιστών ή οργάνων Σύμμορφη Τρισδιάστατη Ακτινοθεραπεία Η σύμμορφη τρισδιάστατη ακτινοθεραπεία (3D Conformal Radiotherapy CTR) επιτυγχάνει να προσαρμόσει τη περιοχή υψηλής δόσης στον ακριβώς καθορισμένο όγκο στόχο, περιορίζοντας ταυτόχρονα τη δόση στους παρακείμενους υγιείς ιστούς. Στην τεχνική αυτή χρησιμοποιούνται πολλαπλά πεδία ακτινοβολίας ομοιόμορφης έντασης το σχήμα των οποίων είναι τέτοιο που προσαρμόζεται στον όγκο. Ο ακριβής καθορισμός των κατευθύνσεων των πολλαπλών δεσμών, του σχήματος του πεδίου ακτινοβολίας και του ποσοστού της δόσης που χορηγείται από κάθε δέσμη, πραγματοποιείται από ειδικό λογισμικό του συστήματος σχεδιασμού θεραπείας, με τη βοήθεια λεπτομερών δεδομένων που παρέχονται από τον αξονικό τομογράφο. 10

19 Προϋπόθεση καίριας σημασίας για την τρισδιάστατη σύμμορφη ακτινοθεραπεία είναι η ακινητοποίηση του ασθενή με τρόπο ακριβή, καθώς οποιαδήποτε τροποποίηση στη θέση του ασθενή μπορεί να οδηγήσει σε επικίνδυνα λάθη δόσεων και μη αποδεκτά κλινικά αποτελέσματα. Εξαιτίας αυτού, πραγματοποιείται αξονική τομογραφία σε θέση θεραπείας για τον εντοπισμό της ακτινοβολούμενης περιοχής, καθώς εμφανίζει πλεονέκτημα έναντι άλλων απεικονιστικών μεθόδων (MRI, PET) δεδομένου ότι δίνει πληροφορίες για την αλληλεπίδραση των ιστών με ακτίνες Χ Εξελιγμένες τεχνικές ακτινοθεραπείας Η αδιάκοπη προσπάθεια για αύξηση της απορροφούμενης δόσης ακτινοβολίας από τον όγκο στόχο με παράλληλη μεγιστοποίηση της προστασίας των περιβαλλόντων υγιών ιστών συμβάλλει καθοριστικά στην εξέλιξη των τεχνικών ακτινοθεραπείας. Οι νέες τεχνικές που συνεχώς εντάσσονται κλινικά στις μεθόδους ακτινοθεραπείας οφείλονται στη ραγδαία εξέλιξη των υπολογιστών και των καινοτόμων λογισμικών που συνδυάζουν το σχεδιασμό της θεραπείας με αυτοματοποιημένα συστήματα παροχής ακτινοβολίας. Στις νέα αυτές τεχνικές συγκαταλέγονται η ακτινοθεραπεία με πεδία ακτινοβολίας διαμορφωμένης έντασης (Intensity Modulated Radiation Therapy IMRT) και η σύγχρονη της, περιστροφική ακτινοθεραπεία (Volumetric Arc Therapy VMAT) Ακτινοθεραπεία με πεδία ακτινοβολίας διαμορφωμένης έντασης IMRT Η ακτινοθεραπεία με χρήση πεδίων ακτινοβολίας διαμορφωμένης έντασης IMRT είναι μια εξελιγμένη τρισδιάστατη τεχνική ακτινοθεραπείας, η οποία στοχεύει στην ολοένα και μεγαλύτερη ελαχιστοποίηση της δόσης στους μη καρκινικούς ιστούς με παράλληλη αύξηση της δόσης στον όγκο στόχο [6]. Στις κλασσικές μεθόδους ακτινοθεραπείας, ο σχεδιασμός ενός πλάνου θεραπείας περιλαμβάνει ένα μικρό αριθμό παραλληλόγραμμων πεδίων ακτινοβολίας και τη χρήση μολύβδινων blocks πεδίων ή MLC. Στην πράξη, ο σχεδιασμός της κατανομής της δόσης διεκπεραιώνεται με τη δοκιμή διάφορων συντελεστών βαρύτητας για κάθε πεδίο, εν συνεχεία υπολογίζεται η κατανομή της δόσης και εκτιμάται το αποτέλεσμα. Η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται μέχρις ότου ικανοποιηθούν τα επιλεγέντα κριτήρια για την περάτωση της ακτινοθεραπείας. Ο προαναφερθείς τρόπος σχεδιασμού αναφέρεται ως ευθύς και στηρίζεται στη βελτιστοποίηση με βάση τα κριτήρια που θέτει ο χρήστης του συστήματος. 11

20 Εξαιτίας του γεγονότος ότι τα τελευταία χρόνια τα στάδια της διαδικασίας ενός πλάνου θεραπείας ολοένα και αυτοματοποιούνται περισσότερο, προκειμένου να επιτευχθεί απόλυτη ακρίβεια, έχουν εισαχθεί καινοτόμες τεχνικές. Χρησιμοποιούνται πολλαπλά πεδία ακτινοβολίας, τα οποία είναι διαμορφωμένα ως προς την ένταση τους αλλά και το σχήμα τους. Με άλλα λόγια, χρησιμοποιούνται επιπλέον μη συνεπίπεδα πεδία αλλά και πεδία που δεν ακολουθούν το περίγραμμα του PVT. Η επιβολή των νέων αυτών τεχνικών κατέστησε ανέφικτη τη χρήση του ευθέος τρόπου σχεδιασμού θεραπείας, δεδομένου ότι οι βελτιωμένες δυνατότητες και οι συνδυασμοί των ποικίλων πεδίων μείωσαν τη πιθανότητα επιλογής του βέλτιστου σχήματος με τον ευθύ τρόπο δοκιμής, με αποτέλεσμα να επαναλαμβάνεται συνεχώς η δοκιμή χωρίς όμως να υπάρχει επιβεβαίωση για τη βέλτιστη επιλογή. Συνέπεια των παραπάνω ήταν η επικράτηση μιας νέας μεθόδου σχεδιασμού θεραπείας, ο αντίστροφος σχεδιασμός θεραπείας που χρησιμοποιεί ισχυρούς υπολογιστές προκειμένου να επιλυθούν αναλυτικά και με επαναλαμβανόμενο τρόπο. Έτσι στον αντίστροφο σχεδιασμό θεραπείας, καθορίζεται πρώτα με ακρίβεια το επιθυμητό αποτέλεσμα και στη συνέχεια καθορίζεται ο τρόπος με τον οποίο η επιθυμητή κατανομή δόσης θα επιτευχθεί, δηλαδή καθορίζεται ο αριθμός των πεδίων και η χωρική κατανομή της έντασης τους. Ο Η/Υ με τους αλγόριθμους βελτιστοποίησης που διαθέτει διαμορφώνει τις εντάσεις των δεσμών έτσι ώστε να δημιουργηθεί το ιδανικό πλάνο θεραπείας. Τα κριτήρια θέτονται από το χρήστη του Η/Υ και μπορεί να περιγραφούν σε όρους ορίων δόσης, όρους δόσης ανταπόκρισης ή σε όρους ορίων δόσης όγκου. Οι αλγόριθμοι που χρησιμοποιούνται συνήθως περιλαμβάνουν επαναληπτικές μεθόδους, εξομοιωμένη θέρμανση, φιλτραρισμένη οπισθοπροβολή, γενετικούς αλγορίθμους. Σχήμα 1. 5 Το κάθε ένα από τα πεδία αποτελείται από έναν αριθμό υποπεδίων (segments) 12

21 Οι τεχνικές που χρησιμοποιούνται για τη διαμόρφωση της έντασης των δεσμών βασίζονται σε 2 τρόπους. Ο πρώτος βασίζεται στο μέγεθος της έντασης σε κάθε εικονοστοιχείο του πεδίου, το οποίο να προκύπτει από το άθροισμα των στατικών πεδίων των λεγόμενων τμημάτων (segments), Κάθε τμήμα σχηματίζεται με αυτόματη μετακίνηση σε υπολογισθείσες θέσεις των ζευγών των φύλλων του MLC και ακτινοβόληση του PTV επί υπολογισθέντα χρόνο. Η τελική δόση σε κάθε ογκοστοιχείο του PVT προκύπτει από το συνολικό άθροισμα των ακτινοβολήσεων από όλα τα τμήματα των πεδίων. Ο άλλος δεν απαιτεί το άθροισμα των στατικών πεδίων αλλά τα πεδία σχηματίζονται χάρη στη δυναμική μετακίνηση των φύλλων MLC Ογκομετρική Θεραπεία Τόξων VMAT Η ογκομετρική θεραπεία τόξων VMAT (Volumetric Arc Therapy), αποτελεί προηγμένη μορφή της τεχνικής IMRT, κατά την οποία η δόση της ακτινοβολίας διανέμεται σε 3 διαστάσεις με ταυτόχρονη περιστροφή της κεφαλής κατά 360º κατά τη θεραπεία χρησιμοποιώντας ένα ή πολλαπλά τόξα. Σε αντίθεση με τη συμβατική IMRT τεχνική, κατά τη διάρκεια της οποίας, το μηχάνημα έπρεπε να διαγράφει ορισμένο αριθμό περιστροφών γύρω από τον ασθενή κάνοντας ταυτόχρονα στάσεις όπου ήταν αναγκαίο προκειμένου να ξεκινήσει η ακτινοβόληση του όγκου από διαφορετική γωνία, η VMAT τεχνική ακτινοβολεί τον συνολικό όγκο κατά τη διάρκεια μια πλήρους περιστροφής σε χρόνο μικρότερο των δύο λεπτών. Συγκεκριμένα, κατά τη VMAT τεχνική, η δόση διανέμεται κατά τη διάρκεια μιας περιστροφής του τόξου γύρω από το γραμμικό επιταχυντή, ενώ τα ποικίλα σε σχήμα φύλλα MLC που διαθέτει, ανοιγοκλείνουν συνεχώς, με τρόπο τέτοιο ώστε οι υγιείς ιστοί να προστατεύονται, αποτρέποντας έτσι την πρόσπτωση ακτινοβολίας δόσης ίσης με αυτή που πρέπει να προσπέσει στον όγκο. Επιπρόσθετα, στα χαρακτηριστικά της τεχνικής αυτής ανήκουν η δυνατότητα μεταβολής της ταχύτητας περιστροφής του γραμμικού επιταχυντή καθώς και η διαφοροποίησης του ύψους της δόσης που προσπίπτει σε κάθε γωνία. Η VMAT τεχνική χρησιμοποιεί ειδικό λογισμικό και έναν προηγμένο γραμμικό επιταχυντή πραγματοποιώντας τις IMRT θεραπείες σε χρόνο μέχρι και οκτώ φορές μικρότερο απ ότι ήταν δυνατό προγενέστερα. Ο αλγόριθμος που χρησιμοποιείται επιφέρει ακρίβεια στη θεραπεία, με συνέπεια να προστατεύονται οι υγιείς παρακείμενοι ιστοί. Διαφέρει από τις ήδη υπάρχουσες τεχνικές (ΙΜRΤ και IMAT) ως προς το γεγονός ότι η δόση της ακτινοβολίας μεταφέρεται το συνολικό όγκο και όχι σε κάθε κομμάτι ξεχωριστά. 13

22 Η VMAT θεραπεία διεξάγεται από ειδικά μηχανήματα ακτινοθεραπείας δύο μεγάλων εταιριών, της Varian, η οποία έχει αποδώσει το όνομα RapidArc στη συγκεκριμένη τεχνική και της Elekta, η οποία εισήγαγε τη τεχνική αυτή με τη συγκεκριμένη ονομασία Επιβεβαίωση Θεραπείας Verification Το επιβεβαίωση του πλάνου θεραπείας (verification) αποτελεί το τελικό στάδιο της διαμόρφωσης ενός σχεδιασμού θεραπείας που προηγείται της ακτινοβόλησης του όγκου του ασθενούς. Αποτελεί μια διαδικασία απαραίτητη πριν από κάθε θεραπεία και στόχος της είναι να αποδειχθεί ότι ο σχεδιασμός της θεραπείας από τους θεράποντες ιατρούς και τους ακτινοφυσικούς είναι ορθός, δηλαδή ότι η δέσμη ακτινοβολίας υψηλών ενεργειών θα προσπέσει μόνο στο τμήμα του όγκου, χωρίς να προκληθούν κλινικά μη επιθυμητά αποτελέσματα στους παρακείμενους υγιείς ιστούς και όργανα [7]. Παρόλα αυτά, σε κάθε στάδιο της διαδικασίας, καθώς και κατά τη διάρκεια της ακτινοβόλησης, ενδέχεται να γίνουν λάθη και ανακρίβειες που οφείλονται σε διάφορους παράγοντες, όπως αβεβαιότητα στη θέση και το εύρος του όγκου προς ακτινοβόληση, ανακρίβεια είτε στον αλγόριθμο του υπολογιστή χάρη στον οποίο υπολογίζεται η διανεμόμενη δόση είτε στη βαθμονόμηση και ευθυγράμμιση του μηχανήματος θεραπείας. Επιπρόσθετα λάθη προκαλούνται από τον ίδιο τον ασθενή, εάν δεν τοποθετηθεί σωστά ή κινηθεί κατά τη διάρκεια της ακτινοβόλησης [8]. Είναι επιτακτική η ανάγκη για ένα ολοκληρωμένο πλάνο επιβεβαίωσης της θεραπείας το οποίο να περιλαμβάνει επιβεβαίωση της διανεμόμενης δόσης, της θέσης του πεδίου που θα ακτινοβοληθεί αλλά και για έλεγχο ποικίλων παραμέτρων του μηχανήματος ακτινοθεραπεία, έτσι ώστε να αποφευχθούν συστηματικά λάθη. Ο ακτινοφυσικός ακολουθεί συγκεκριμένη διαδικασία προκειμένου να πιστοποιήσει ότι η δόση ακτινοβολίας που θα προσπέσει στον ασθενή θα απορροφηθεί αποκλειστικά και μόνο από τον όγκο και όχι από τους παρακείμενους ιστούς. Σε κάθε πλάνο θεραπείας που έχει διαμορφωθεί για τον κάθε ασθενή ξεχωριστά, έχει υπολογιστεί η συνολική δόση που θα λάβει ο ασθενής διαμερισμένη σε ένα αριθμό συνεδριών. Το πλάνου σχεδιασμού θεραπείας επιβεβαιώνεται πρωτίστως σε ένα ομοίωμα ασθενούς, στο οποίο έχει γίνει αξονική τομογραφία για να αναγνωριστούν τα εσωτερικά χαρακτηριστικά του αλλά και η μορφολογία του. Αφού ο εικονικός ασθενής ακτινοβοληθεί σύμφωνα με το πλάνο θεραπείας του πραγματικού ασθενή, το οποίο είναι βασισμένο στα μορφολογικά χαρακτηριστικά του όγκου του, ο ακτινοφυσικός ελέγχει τα αποτελέσματα της 14

23 ακτινοβόλησης του ομοιώματος. Διαπιστώνει με αυτό τον τρόπο, αν το πλάνο θεραπείας που έχει σχεδιαστεί θα είναι επιτυχημένο, δηλαδή αν η δέσμη στοχεύει στον όγκο στόχο ολοκληρωτικά [9]. Έτσι λοιπόν, αν διαπιστωθεί ότι οι παρακείμενοι ιστοί δεν επηρεάζονται από την ακτινοβόληση, ο ακτινοφυσικός σε συνεργασία με τους ιατρούς προχωρά στο τελικό στάδιο της ακτινοθεραπείας, δηλαδή στη διανομή της δόσης στον όγκο του ασθενούς [10]. Σχήμα 1. 6 Στάδια Επιβεβαίωσης Θεραπείας : a)πλάνο Θεραπείας, b) έκθεση του πλάνου στον ανιχνευτή για επιβεβαίωση, c) υπολογισμοί επιβεβαίωσης μέσω του παράγοντα γ 1.8. Επιβεβαίωση Υπολογισμών Δόσης Στην ακτινοθεραπεία θα πρέπει να γίνεται επιβεβαίωση της δόσης που δέχεται ο ασθενής ανεξαρτήτως του συστήματος σχεδιασμού θεραπείας, καθώς το κάθε πλάνο θεραπείας που σχεδιάζεται θα πρέπει να ανταπεξέρχεται στην πραγματικότητα και να εφαρμόζεται κλινικά. Στις συμβατικές θεραπείες, η επιβεβαίωση των δόσεων είναι μια διαδικασία απλή, καθώς οι υπολογισμοί απλουστεύονται με χρήση πινάκων που λαμβάνουν υπόψη τους την ενέργεια της δέσμης, την απόσταση εστίας δέρματος ή το μέγεθος του πεδίου. Αυτό όμως δεν ισχύει στις εξελιγμένες τεχνικές ακτινοθεραπείας IMRT και VMAT, καθώς στις θεραπείες αυτές χρησιμοποιούνται πολλά πεδία ακτινοβολίας. Έτσι λοιπόν για την επιβεβαίωση τους καθίστανται αναγκαίες άλλες τεχνικές που χρησιμοποιούν θαλάμους ιονισμού, φιλμ και δοσίμετρα πολυμερισμού. 15

24 Έλεγχος Ισοδοσιακών Καμπυλών Η ποσοτική σύγκριση των κατανομών δόσεων (υπολογισμένη μετρούμενη) είναι αναγκαίας σημασίας στη πολυδιάστατη δοσιμετρία ύστερα από την επιβολή των σύγχρονων μεθόδων ακτινοθεραπείας. Μια απλή εκτίμηση αξιολόγηση μπορεί να δοθεί με τον έλεγχο των ισοδοσιακών καμπυλών με υπέρθεση / σύγκριση των ισοκατανομών δόσεων αλλά ενδείκνυται μόνο για υπόδειξη των περιοχών όπου συναντώνται διαφορές στις κατανομές των δόσεων, χωρίς όμως να διευκρινίζει ποσοτικά το επίπεδο της συμφωνίας / διαφωνίας. Η μέθοδος αυτή δεν ενδείκνυται καθώς επιφέρει ορισμένες δυσκολίες. Απαιτείται να γίνει εκτύπωση σε μεγάλη ανάλυση του πλάνου θεραπείας αλλά και εκτύπωση των αποτελεσμάτων από το ανιχνευτικό σύστημα. Επιπλέον είναι μία μέθοδος μη αυτοματοποιημένη και απαιτείται αρκετός χρόνος για τη διεξαγωγή των αποτελεσμάτων [11] Έλεγχος Διαφοράς Δόσης DD Η συνηθέστερη μέθοδος που εφαρμόζεται για την ποσοτική εκτίμηση της δόσης συνιστά την απευθείας σύγκριση μεταξύ των διαφορών της μετρούμενης και της υπολογιζόμενης κατανομής δόσης DD (Dose Difference). Η πρώτη προσέγγιση έγινε από τον Van Dyk, όπου η κατανομή δόσης σε ένα επίπεδο χωρίζεται σε περιοχές υψηλής και χαμηλής βαθμίδας δόσης και σε καθεμία από αυτές ορίζεται ένα κριτήριο αποδοχής της ταύτισης των δύο συγκρινόμενων κατανομών [12]. Στην περιοχή χαμηλής βαθμίδας δόσης, οι κατανομές συγκρίνονται σημείο προς σημείο, ενώ ως κριτήριο ελέγχου αποτελεί η ποσοστιαία διαφορά δόσης των δύο σημείων. Με τον τρόπο αυτό προκύπτει ένας χάρτης με περιοχές που δηλώνουν την ταύτιση ή όχι των δόσεων στα πλαίσια της ποσοστιαίας διαφοράς που έχει οριστεί. Αν οι διαφορές υπερβαίνουν το άνω όριο που έχει καθοριστεί, τότε η περιοχή ή τα σημεία χαρακτηρίζονται ως σημεία μη ταύτισης των δύο κατανομών. Σε περιοχές, όπου η βαθμίδα είναι μεγάλη, μια μικρή μετατόπιση στη σχετική θέση των δύο κατανομών ενδέχεται να προκαλέσει μεγάλες διαφορές δόσεις σε σημεία που είναι πάρα πολύ κοντά. Αυτό μπορεί να δώσει αναξιόπιστα αποτελέσματα, καθώς σε σχεδόν ίδιες κατανομές προκύπτει διαφορά στη δόση. Το κριτήριο αυτό δίνει διαφορετικά αποτελέσματα ανάλογα ποια από τις δύο βαθμίδες χρησιμοποιείται ως βαθμίδα αναφοράς. 16

25 Συμφωνία στην Απόσταση DTA Το παραπάνω πρόβλημα της εφαρμογής της DD σε περιοχές μεγάλης βαθμίδας δόσης, όπου σφάλματα ήταν ενδεχόμενο να οδηγήσουν σε λανθασμένα συμπεράσματα επιλύθηκε από την εισαγωγή της μεθόδου συμφωνίας δόσης σε απόσταση (Distance-Τo- Agreement). Η μέθοδος αυτή βασίζεται στην ελάχιστη επιτρεπτή απόσταση μεταξύ ενός μετρούμενου σημείου της ανιχνευτικής διάταξης και ενός σημείου του πλάνου με την ίδια δόση. Για κάθε σημείο αναφοράς ελέγχεται η κατανομή δόσης που είχε υπολογιστεί, με σκοπό να βρεθεί το κοντινότερο σημείο με την ίδια δόση. Από το χρήστη ορίζεται μια συγκεκριμένη απόσταση μέσα στην οποία θα πρέπει να αντιστοιχηθεί σημείο με την ίδια δόση. Ορίζεται στο επίπεδο ένας γεωμετρικός τόπος σημείων, ένας κυκλικός δίσκος, μέσα στα όρια του οποίου θα πρέπει να βρεθεί το σημείο με την ίδια δόση. Τελικά σχηματίζεται ένας χάρτης με τις περιοχές που έχουμε ασυμβατότητα δόσης μέσα στα όρια που έχει οριστεί η περιοχή ελέγχου. Σε αντίθεση με το DD το DTA δεν είναι ευαίσθητο στις περιοχές με μεγάλη αλλά με χαμηλή στη βαθμίδα δόσης. Έτσι το DTA έχει νόημα εφαρμογής μόνο σε ορισμένες περιοχές του πεδίου ακτινοβόλησης Σύνθετη μέθοδος DD και DTA Δεδομένου ότι τα δύο προαναφερθέντα κριτήρια αλληλοσυμπληρώνονται, κατά τη διαδικασία της επιβεβαίωσης του πλάνου θεραπείας συνδυάζονται ώστε να παρέχεται μια ολοκληρωμένη εικόνα για την τελική αξιολόγηση του πλάνου θεραπείας. Έτσι καθορίστηκαν ξεχωριστά κριτήρια DD(3%) και DTA (3mm), όπου κάποιο από τα δύο πρέπει να τηρείται, ώστε η ταύτιση να είναι αποδεκτή σε συνάρτηση των κριτηρίων που θέτονται από το χρήστη. Έτσι καθορίζονται τα κριτήρια μπορούν να εκφραστούν ποικιλοτρόπως. Ο υπολογισμός της απόλυτης τιμής της δόσης και οι διαφορές που συναντώνται εμφανίζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον. Τις περισσότερες φορές όμως οι συγκρίσεις γίνονται σε τιμές δόσεων που έχουν ιδιαίτερη αξία, όπως στην τιμή της καθορισμένης από τον ιατρό δόση που πρέπει να διανεμηθεί στον ασθενή, στη μέγιστη τιμή της δόσης που θα ακτινοβοληθεί Σε περιοχές όπου διανέμεται υψηλή δόση, οι διαφορές στο ποσό της δόσης είναι μικρότερης σημασίας και είναι καλύτερο να μετατραπούν με βάση το κριτήριο DTA, όπως 17

26 εφαρμόζονται στους ελέγχους ποιότητας των συστημάτων ελέγχου θεραπείας. Αυτές οι προσεγγίσεις πρέπει να υιοθετηθούν για την επιβεβαίωση είτε της καθεμίας ξεχωριστά ακτίνας διαμορφούμενης έντασης είτε σύνθετων πλάνων θεραπείας (με πολλά πεδία ακτινοβολίας) όπου οι περιοχές όπου λαμβάνουν χαμηλή δόση με τις περιοχές υψηλής δόσης είναι εφικτό να εναλλάσσονται [13] Γ Ανάλυση (Gamma Analysis) Η θεωρία πίσω από τη διαδικασία του verification στηρίζεται στη γ ανάλυση και το κριτήριο γ, το οποίο ορίζει ένα κριτήριο αποδοχής που λαμβάνει υπ όψιν τόσο το DD όσο και το DTA και στηρίζεται στη διαφορά κατανομής της δόσης μεταξύ δύο σημείων. Το ένα σημείο χαρακτηρίζεται ως σημείο αναφοράς και το άλλο υπό εξέταση [14]. Ο παράγοντας γ, όπως ονομάζεται δίνεται από τη σχέση (1). Λαμβάνεται στο χώρο ένας γεωμετρικός τόπος σημείων που χαρακτηρίζει ένα ελλειψοειδές. Οι κύριοι άξονες του ελλειψοειδούς είναι: στον άξονα δ η απόσταση DD, ενώ ο δεύτερος άξονας ορίζεται από τη διάμετρο του κύκλου στο επίπεδο x, y όπως αυτός ορίζεται από το DTA. Ο δείκτης ορίζεται ως, (1) Όπου (2) Το είναι η απόσταση μεταξύ των συγκρινόμενων σημείων και το είναι η διαφορά μεταξύ στη δόση στο σημείο που μετράμε (measured dose) και τη δόση στο σημείο που έχει υπολογιστεί (calculated dose). Τo συμβολίζει το κριτήριο ανεκτικότητας στη διαφορά της δόσης και το το κριτήριο της αποδεκτής απόστασης αντίστοιχα. Εναλλακτικά το είναι το DTA [15]. Ως κοινά ιατρικά αποδεκτό παγκοσμίως έχει θεσπιστεί το κριτήριο 3% / 3mm, το οποίο έχει επιλεγεί ως το επιτρεπόμενο όριο σφαλμάτων σε μια ακτινοβόληση. Με βάση το κριτήριο 3 / 3, επιτρέπεται διαφορά μέχρι 3% στο ποσό της δόσης που θα δοθεί στον ασθενή σε απόσταση μέχρι και 3mm περιμετρικά του όγκου. Με βάση το κριτήριο αυτό, ελέγχεται το ποσοστό επιτυχίας μιας ακτινοβόλησης τόσο στο ποσό της δόσης που θα δοθεί, όσο στην τήρηση των επιτρεπτών ορίων ώστε να μην υπάρξουν ανεπιθύμητα αποτελέσματα στους παρακείμενους υγιείς ιστούς. 18

27 Η επιτυχία στην ακρίβεια της θεραπείας συνδέεται με τη τιμή του γ κριτηρίου. Για, η αντιστοιχία είναι σύμφωνη με τα αποδεκτά κριτήρια, ενώ για, η αντιστοιχία των σημείων δεν είναι σε συμφωνία με το κριτήριο που θέσαμε. Σχήμα 1. 7 Σχηματική Αναπαράσταση της γ ανάλυσης για δισδιάστατη κατανομή δόσεων. Τα αποδεκτά κριτήρια υποδηλώνονται από τα και. Η γωνία είναι χρήσιμη για την ερμηνεία των αποκλίσεων, καθώς υποδεικνύει τις παραμέτρους που επηρεάζουν την τιμή του δείκτη, τις διαφορές στη δόση και την απόσταση. Η γωνία των 0º ορίζεται πάνω στον άξονα που χαρακτηρίζει τη διαφορά στη δόση, ενώ αν η γωνία κυμαίνεται μεταξύ π και π, ο δείκτης εξαρτάται μόνο από το κριτήριο DTA. Έτσι, η γωνία υπολογίζεται βάση των απόλυτων τιμών των διαφορών δόσης και απόστασης, προκειμένου να βρίσκεται πάντα μεταξύ 0 και π. 19

28 2. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Για την διεκπεραίωση της πτυχιακής μου εργασίας στο Τμήμα Ακτινοθεραπείας του Γενικού Νοσοκομείου Παπαγεωργίου, εργάστηκα πάνω στην επιβεβαίωση των πλάνων θεραπείας των ασθενών, χρησιμοποιώντας τα προγράμματα Epiqa της EPIDos και MapCHECK της Sun Nuclear, τα οποία ανήκουν στις πλέον σύγχρονες και αξιόπιστες μεθόδους Verification. Οι παθήσεις των ασθενών, των οποίων τα πλάνα θεραπείας μελετήθηκαν και επιβεβαιώθηκε η ορθότητα του σχεδιασμού τους, αφορούν στον καρκίνο στον προστάτη (PR Prostate Cancer) και καρκίνο κεφαλής τραχήλου (H&N Head and Neck). Παρακάτω θα αναλυθούν βασικά χαρακτηριστικά που αφορούν στην παθογένεια, τη σταδιοποίηση αλλά και τη θεραπεία των καρκίνων του προστάτη και στο κεφάλι τράχηλο, ενώ στη συνέχεια θα παρατεθούν τα τεχνικά χαρακτηριστικά των συσκευών λογισμικών που χρησιμοποιήθηκαν κατά τη διεκπεραίωση της πειραματικής διαδικασίας για την επιβεβαίωση των πλάνων θεραπείας των ασθενών. Τέλος θα παρουσιαστούν τα τεχνικά χαρακτηριστικά του γραμμικού επιταχυντή με τον οποίο πραγματοποιήθηκε η ακτινοβόληση Καρκίνος του Προστάτη Παθογένεια Συμπτωματολογία Το 95% των ασθενών που πάσχουν από καρκίνο στον προστάτη, οφείλουν την νόσο τους σε αδενοκαρκινώματα, ενώ για το υπόλοιπο 5% των ασθενών οφείλεται σε καρκίνο εκ μεταβατικού επιθηλίου, νευροενδοκρινείς όγκους ή σαρκώματα. Κύριο χαρακτηριστικό των καρκίνων του προστάτη αποτελεί ή αργή ανάπτυξη τους. Τα κυτταρολογικά χαρακτηριστικά στον καρκίνο του προστάτη περιλαμβάνουν διογκωμένους, υπερχρωματικούς πυρήνες με έντονα διαγραφόμενους πυρινίσκους. Στα πρώτα στάδια του καρκίνου του προστάτη συχνά δεν παρουσιάζουν εμφανή συμπτώματα. Αυτός είναι και ο λόγος που σε πολλές περιπτώσεις τα συμπτώματα εμφανίζονται όταν έχουν εξαπλωθεί σε άλλα σημεία του σώματος πέρα του προστάτη. Μερικά από συμπτώματα που εμφανίζονται, περιλαμβάνουν τα εξής: Συχνή ή επιτακτική ανάγκη ούρησης 20

29 Πόνος κατά την ούρηση Αίμα στα ούρα Στυτική δυσλειτουργία Πόνος κατά την εκσπερμάτιση Πόνος στην περιοχή της πυέλου λεκάνης Στα αρχικά στάδια, η πλειοψηφία των προστατικών καρκίνων δεν εμφανίζει καθόλου συμπτώματα και η διάγνωση είναι πολλές φορές τυχαία, είτε από τον έλεγχο της ειδικής εξέτασης PSA είτε από δακτυλική εξέταση. Ορισμένοι καρκίνοι στον προστάτη δίνουν άτυπα συμπτώματα προστατικής συνδρομής (συχνοουρία, δυσουρία, νυκτουρία) Σταδιοποίηση Καρκίνου Προστάτη Όταν διαγνωστεί ο καρκίνος ο προστάτη, πρέπει να διαφοροποιηθεί έτσι ώστε να εκτιμηθεί η επιθετικότητα, δηλαδή να βρεθεί η πιθανότητα της ανάπτυξης ή της μετάστασης του αλλά και το χρονικό διάστημα αυτής. Για τη σταδιοποίηση του καρκίνου του προστάτη χρησιμοποιείται το ακόλουθο σύστημα ΤΝΜ : T1: Όγκος κλινικά μη εμφανής Τ1a: Τυχαίο εύρημα Τ1b: Τυχαίο εύρημα Τ1c: Όγκος που ανιχνεύθηκε με βιοψία από αυξημένο PSA Τ2: Όγκος που ψηλαφίζεται εντοπισμένος μέσα στον προστάτη Τ2a: Όγκος που εντοπίζεται στο μισό ή λιγότερο του ενός μόνο λοβού Τ2b: Όγκος που εντοπίζεται σε περισσότερο του μισού του ενός λοβού Τ2c: Όγκος που εντοπίζεται και στους δύο λοβούς T3: Όγκος κλινικά ψηλαφητός που εκτείνεται και έξω από την κάψα του προστάτη T3a: Εξωκαψική επέκταση από τη μία ή και τις δύο πλευρές του προστάτη T3b: Ο όγκος διηθεί τις σπερματοδόχους κύστες T4: Ο όγκος είναι καθηλωμένος ή διηθεί σε άλλα γειτονικά όργανα T4a: Ο όγκος διηθεί στον αυχένα της κύστης, το σφιγκτήρα και το ορθό T4b: Ο όγκος διηθεί τον ανελκτήρα του πρωκτού ή τα τοιχώματα της πυέλου N0: Απουσία επιχώριων λεμφαδενικών μεταστάσεων 21

30 N1: Παρουσία λεμφαδενικών μεταστάσεων M0: Απουσία απομακρυσμένων μεταστάσεων M1: Απομακρυσμένες μεταστάσεις (οστά, ήπαρ, πνεύμονες) M1a: Μεταστάσεις σε μη επιχώριους λεμφαδένες M1b: Μεταστάσεις σε οστά M1c: Μεταστάσεις σε άλλες θέσεις Θεραπεία του Καρκίνου του Προστάτη Εξαιτίας του γεγονότος ότι η ανάπτυξη του καρκίνου του προστάτη είναι αργή, συνίσταται η απλή παρακολούθηση του, η οποία περιλαμβάνει τακτικές εξετάσεις και μέτρηση του PSA. Αν και η ριζική αφαίρεση του καρκίνου του προστάτη με χειρουργική επέμβαση αποτελεί την κύρια και βασική θεραπευτική μέθοδο, δεν συνίσταται για όλους τους ασθενείς και συγκεκριμένα για τους ηλικιωμένους. Η ανάπτυξη εξελιγμένων τεχνικών ακτινοθεραπείας κατέστησαν την IMRT τεχνική την πιο διαδεδομένη για τη θεραπεία του καρκίνου του προστάτη παγκοσμίως. Η χρήση αυτής της μεθόδου επιτρέπει την κλιμάκωση της δόσης, αποφέροντας βελτιώσεις στα κλινικά αποτελέσματα ενώ ταυτόχρονα μειώνεται η τοξικότητα εξαιτίας της λιγοστής δόσης που λαμβάνουν πλέον τα OAR. Αποτελεσματικά, το IMRT αποτελεί πλέον την καθιερωμένη τεχνική που εφαρμόζεται σε καρκίνους σε αρχικό στάδιο κατά την ακτινοθεραπεία του προστάτη σε πολλά ιατρικά κέντρα, αλλά και επικουρικά μετά από αποτυχία άλλης ριζικής θεραπείας, όπως η ριζική προστατεκτομή ή βραχυθεραπεία. Εξαιτίας της αυξημένης εφαρμογής του IMRT, υπήρξε έντονη ανάγκη για εφαρμογή μιας εναλλακτικής τεχνικής του, το VMAT, η οποία υπερτερεί στο μειωμένο χρόνο ακτινοβόλησης Καρκίνος Κεφαλής Τραχήλου Παθογένεια Συμπτωματολογία Ο καρκίνος κεφαλής και τραχήλου (Head and Neck, H&N) προέρχεται από τους βλεννογόνους της κεφαλής και του τραχήλου. Ιστολογικά είναι καρκίνος που οφείλεται σε πλακώδη κύτταρα. Εμφανίζεται στα χείλη, στη στοματική και ρινική κοιλότητα, στους σιελογόνους αδένες, στα ιγμόρεια, στο φάρυγγα και στο λάρυγγα. Οι καρκίνοι αυτοί 22

31 αποτελούν το 3 5 % όλων των καρκίνων και εμφανίζεται με μεγαλύτερη συχνότητα σε ηλικίες άνω των 50 [11]. Τα συνηθέστερα συμπτώματα είναι πονόλαιμος που δεν υποχωρεί, δυσκολία στην κατάποση, αλλαγή στην ακοή ή στη φωνή. Επιπρόσθετα, παρατηρούνται πληγές στο στόμα που δεν κλείνουν ή και διόγκωση των λεμφαδένων του τραχήλου. Ο καρκίνος σε κεφαλή και τράχηλο μπορεί να διαγνωστεί από μία απλή κλινική εξέταση από ΩΡΛ, αλλά και από αξονική ή μαγνητική τομογραφία στην οποία έχει υποβληθεί ο ασθενής, από εξετάσεις αίματος, ακτινογραφίες ή και PET Scan. Στο λάρυγγα και τον υποφάρυγγα, ο καρκίνος εκδηλώνεται με βράγχο στη φωνή, δυσκαταποσία και ωτίτιδα στην μία πλευρά. Ο καρκίνος δεν μπορεί να εξαπλωθεί σε γλωττιδικό καρκίνο του λάρυγγα, καθώς η γλωττίδα δεν έχει λεμφαγγεία. Ο καρκίνος του ρινοφάρυγγα προσβάλει τους λεμφαδένες στα επίπεδα ΙΙ και V, ενώ ο καρκίνος του στόματος προσβάλει του λεμφαδένες επιπέδου Ι και ο καρκίνος του λάρυγγα αυτούς στο επίπεδο ΙΙ και ΙV. (Σημειώνεται ότι οι λεμφαδένες ταξινομούνται μεταξύ των επιπέδων Ι V και όταν εμπλέκονται, η θεραπευσιμότητα μειώνεται στο 50%) Σταδιοποίηση Καρκίνου Τραχήλου Για τη σταδιοποίηση του καρκίνου κεφαλής τραχήλου, χρησιμοποιείται το σύστημα ΤΝΜ που εκφράζει την ανατομική έκταση της νόσου και βασίζεται στον προσδιορισμό τριών συνιστωσών, στην έκταση του πρωτοπαθούς όγκου (Τ tumor), την απουσία ή παρουσία λεμφαδικών προσβολών και το βαθμό προσβολών των λεμφαδένων στην περιοχή (N Nodes) και από την παρουσία ή την απουσία απομακρυσμένων μεταστάσεων (Μ Metastasis) Θεραπεία καρκίνου Κεφαλής Τραχήλου Η ακτινοθεραπεία που στοχεύει όγκους στο κεφάλι και λαιμό (H&N) είναι ιδιαίτερα απαιτητική εξαιτίας της πολύπλοκης ανατομίας της περιοχής του κεφαλιού και του λαιμού, καθώς οι όγκοι αυτοί βρίσκονται εγγύτατα σε κρίσιμες δομές, οι οποίες έχουν τη δυνατότητα να περιορίσουν τη δόση ακτινοβολίας. Επιπλέον, οι όγκοι στην περιοχή αυτή παρουσιάζουν συνήθως έναν επιθετικό φαινότυπο και αναπτύσσονται ραγδαία εξαιτίας της πλούσιας σε λέμφους περιοχής, και γι αυτό το λόγο γίνονται αντιληπτοί σε προχωρημένο στάδιο. Η ακτινοθεραπεία αποτελεί έναν εξαιρετικής σημασίας τρόπο θεραπείας για αυτούς τους όγκους, καθώς αποτελεί εναλλακτική επιλογή θεραπείας από τη 23

32 συνήθη χειρουργική εκτομή, η οποία προκαλεί κοσμητικές παραμορφώσεις και λειτουργικά προβλήματα. Στα πρώιμα στάδια του καρκίνου, χρησιμοποιούνται ως μέθοδοι θεραπείας το χειρουργείο, ή η ακτινοθεραπείας ή ο συνδυασμός τους και η επιτυχία αυτών στην καταπολέμηση της νόσου κυμαίνεται από %. Σε καρκίνους όμως που βρίσκονται σε προχωρημένα στάδια δεν συνίσταται το χειρουργείο, προκειμένου να αποφευχθεί η ολική λαρυγγεκτομή. Σε αυτές τις περιπτώσεις συνηθίζεται η ακτινοθεραπεία σε συνδυασμό χειρουργική επέμβαση ή χημειοθεραπεία Περιγραφή Χαρακτηριστικών Γραμμικού Επιταχυντή Ο γραμμικός επιταχυντής με βάση τον οποίο πραγματοποιήθηκαν οι θεραπείες των ασθενών είναι τύπου DHX Silhouette του οίκου VARIAN με δέσμες φωτονίων και ηλεκτρονίων [16]. Oι δέσμες φωτονίων υψηλής τάσης 6 ή 16ΜV, έχουν μεταβλητό ρυθμό δόσης που κυμαίνεται από MU / min. Οι δέσμες ηλεκτρονίων είναι ενέργειας 6, 9, 12, 15, ή 18 MeV και έχουν μεταβλητό ρυθμό δόσης μεταξύ MU / min. Στις δέσμες φωτονίων υπάρχει δυνατότητα εκτέλεσης IMRT και RapidArc. Το μέγεθος του πεδίου ακτινοβολίας ποικίλει και οι διαστάσεις του μπορεί να είναι από μέχρι και, ενώ η απόσταση πηγής ισόκεντρου είναι. Ο επιταχυντής διαθέτει μηχάνημα KLYSTRON (electron tube) και ο κυματοδηγός του είναι τύπου στάσιμου κύματος (side coupled standing wave). Το σύστημα του πολύφυλλου κατευθυντήρα (MLC) αποτελείται από 120 μετακινούμενα μολύβδινα φύλλα με πάχος στο ισόκεντρο, πάχους για πεδίο μικρότερο των διαστάσεων και πάχους στο ισόκεντρο για πεδίο μεγαλύτερο των. Συγκεκριμένα κατά την ογκομετρική ακτινοθεραπεία IMRT (RapidArc),υπάρχει η δυνατότητα διαμόρφωση της έντασης της δέσμης κατά την περιστροφή της κεφαλής, καθώς ο ρυθμός της δόσης επίσης μεταβάλλεται. Η ταχύτητα περιστροφής του ορθοστάτη είναι μεταβλητή και κυμαίνεται μεταξύ μοίρες / sec. Επιπλέον, ο ελάχιστος αριθμός Monitor Units (MU) που δίδεται είναι 0,3 MU / μοίρα αλλά και 0 MU / μοίρα σε τόξα μη ακτινοβολούμενα. Η ταχύτητα των φύλλων MLC μεταβάλλεται μεταξύ, ενώ υπάρχει συνεχής δυναμική κίνηση των φύλλων. Παρέχεται η δυνατότητα 24

33 χρήσης ενός ή και περισσότερων (μέχρι 10) τόξων σε ένα πλάνο θεραπείας, με ένα ή πολλαπλά ισόκεντρα. Τα τόξα μπορεί να είναι συνεπίπεδα (coplanar) ή και μη συνεπίπεδα (non coplanar) για όλες τις τεχνικές ακτινοθεραπείας. Ο γραμμικός επιταχυντής διαθέτει ένα ηλεκτρονικό σύστημα απεικόνισης, το οποίο είναι αναγκαίο για τη διαδικασία της επιβεβαίωσης του πλάνου θεραπείας, καθώς με αυτό λαμβάνονται τις εικόνες κατανομής της δόσης των πλάνων θεραπείας των ασθενών στο ομοίωμα του ασθενούς έτσι ώστε να ελεγχθεί η ορθότητα του. Το σύστημα αυτό ονομάζεται Portal Vision as500 II και είναι σύγχρονης τεχνολογίας, κατασκευασμένο από άμορφο πυρίτιο. Οι φυσικές διαστάσεις του ανιχνευτή είναι. Η διακριτική του ικανότητα είναι μικρότερη από και συγκεκριμένα είναι ίση με για δέσμες φωτονίων τάσης 6MV και για δέσμες των 15MV, ενώ διαθέτει και υψηλή διακριτική ικανότητα χαμηλής αντίθεσης (0,2%). Οι διαστάσεις του πεδίου απεικόνισης (field of view) στο ισόκεντρο του Portal Vision είναι σε απόσταση. Ο αριθμός των pixel είναι και το μέγεθος του καθενός. Επιπρόσθετα, ο ανιχνευτής έχει δυνατότητα κάθετης κίνησης SID από, εγκάρσιας κίνησης και επιμήκους κίνησης. Τέλος, ο ρυθμός λήψης εικόνων υψηλής διακριτικής ικανότητας είναι έως και 12 εικόνες / sec ή 720 εικόνες / min. Σχήμα 2. 1 Γραμμικός Επιταχυντής τύπου DHX Silhouette του οίκου VARIAN 25

34 2.4. Συστήματα Επιβεβαίωσης Θεραπείας (Verification) Verification με χρήση προγράμματος Epiqa Το Epiqa είναι ένα πρόγραμμα που επιτρέπει τη μετατροπή εικόνας δόσης που παρέχεται από το EPID (Electronic Portal Imaging Device) σε μια κατανομή δόσης. Η κατανομή δόσης που λαμβάνουμε από το Portal συγκρίνεται με τη κατανομή της δόσης του αρχικού πλάνου θεραπείας TPS (Treatment Planning System). Η χρήση του Epiqa είναι εφικτή τόσο σε επιβεβαίωση πλάνων θεραπείας στατικών πεδίων στις συμβατικές μεθόδους ακτινοθεραπείας όσο και κατά τη χρήση κινούμενων πεδίων όπως του RapidArc. Η μετατροπή της εικόνας της δόσης σε μια κατανομή δόσης είναι εφικτή όταν τα στοιχεία της δέσμης ακτινοβόλησης είναι γνωστά στο σύστημα απεικόνισης. Η ανταπόκριση του EPID δείχνει γραμμικότητα, αλλά υπάρχει ισχυρή εξάρτηση από την ενέργεια, η οποία προκαλεί διαφορά στην αντίδραση σε ακτινοβολία προερχόμενη από κατευθυντήρες MLC [17]. Το Epiqa ξεπερνά τους όποιους περιορισμούς που υπάρχουν χάρη στη διαδικασία βαθμονόμησης (calibration), στην οποία συνυπολογίζεται και η ενεργειακή εξάρτηση των ανιχνευτών. Η διαδικασία του calibration είναι επιτακτική και πραγματοποιείται από τους ακτινοφυσικούς προκειμένου κατά το «στήσιμο» του προγράμματος, πριν αρχίσει να χρησιμοποιείται για την επιβεβαίωση των θεραπειών. Ένα σύνολο από εικόνες πεδίων, ποικίλων μεγεθών, απαιτούνται και εισάγονται στο Epiqa μαζί με τον output factor της δέσμης, το οποίο υπολογίζεται από έναν ανιχνευτή ιόντων θάλαμο ιονισμού με σκοπό να δημιουργηθεί σωστά ο βασικός αλγόριθμος κατά τις ρυθμίσεις των παραμέτρων, προκειμένου η επιβεβαίωση να γίνεται με απόλυτη ακρίβεια και σε συμφωνία με τα χαρακτηριστικά της δέσμης που χρησιμοποιείται και του εκάστοτε μηχανήματος ακτινοθεραπείας. Η πορεία που ακολουθείται είναι η εξής: φτιάχνεται ένα αντίγραφο του πλάνου το οποίο πρέπει να επιβεβαιωθεί, έτσι ώστε η ακτινοβόληση του πλάνου να μην καταχωρηθεί ως κλινική ακτινοβόληση του ασθενούς. Κατά την πορεία του RT, προστίθεται αυτόματα ένα πεδίο (με 50MU Monitor Unit). Αυτό το συμπληρωματικό πεδίο χρησιμοποιείται για την εξισορρόπηση των καθημερινών διαφοροποιήσεων του γραμμικού επιταχυντή. Πριν από αυτό, η λειτουργία της 3D κατανομής δόσης 26

35 Η δημιουργία ενός πλάνου επιβεβαίωσης θεραπείας αποτελεί λειτουργία του Eclipse. Τα πεδία του πλάνου επιβεβαίωσης είναι ταυτόσημα με το αρχικό πλάνο θεραπείας που έχει σχεδιαστεί (TPS), με τη διαφορά ότι αντί για την αξονική τομογραφία (CT) του πραγματικού ασθενούς, το πλάνο θεραπείας εφαρμόζεται στο Portal Vision του Γραμμικού Επιταχυντή, στο οποίο πραγματοποιείται και η ακτινοβόληση. Έτσι οι κατανομές των δόσεων που συγκρίνονται αφορούν τον εικονικό ασθενή Epiqa, ο οποίος ακτινοβολείται με το πλάνο θεραπείας του εκάστοτε ασθενούς Περιγραφή Τεχνικών Χαρακτηριστικών MapCHECK Η διάταξη του MapCHECK αποτελείται από 445 διόδους ανιχνευτές n- τύπου στερεάς κατάστασης, οι οποίες διατάσσονται κεντρικά σε ένα πεδίο, με 7.07mm απόσταση μεταξύ των ανιχνευτών ενώ διατάσσονται ανιχνευτές κυκλικά αυτών με πλάτος 6cm,των οποίων η ενδιάμεση απόσταση φτάνει τα 14.14cm. Η εγκάρσια και αξονική γραμμική διάταξη έχει διαστάσεις, με 10mm διάκενο, ενώ η διαγώνια γραμμική παράταξη έχει μήκος και απόσταση 7.07mm. Ο κάθε ανιχνευτής έχει μια ενεργό περιοχή διαστάσεων. Στο παρακάτω σχήμα απεικονίζεται η διάταξη των ανιχνευτών στο μοντέλο 1175 του MapCHECK [18]. Σχήμα 2. 2 Σχηματική αναπαράσταση των διόδων ανιχνευτών στη διάταξη MapCHECK 27

36 Αυτές οι δίοδοι n τύπου είναι σχεδιασμένες με τέτοιο τρόπο ώστε να καθίστανται ανθεκτικές σε τυχόν καταστροφές από την ακτινοβολία σε σύγκριση με τις εμπορικές διόδους n τύπου. Επιπλέον δύο ακριλικές πλακέτες, οι οποίες έχουν αγώγιμες επιφάνειες περιβάλλουν τις διόδους που έχουν μονταριστεί σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα πολλών επιπέδων. Αυτό παρέχει προστασία από τα πεδία συχνότητας ραδιοκυμάτων που παράγονται στο γραμμικό επιταχυντή [19]. Με το σύστημα MapCHECK, γίνεται εφικτή η μέτρηση ακτινοβολίας ηλεκτρονίων με ενέργεια από 6 25 MeV και φωτονίων ενέργειας ως και 25 MV. Το όριο μέτρησης δόσης που μπορεί να ανιχνευθεί φτάνει τα 330 cgy. Για πηγή ενέργειας απαιτείται τάση λειτουργίας +18V DC, παρεχόμενη από εξωτερική PDI 2.0. Μπορεί να λειτουργήσει σε εργαστηριακό περιβάλλον φυσιολογικών συνθηκών, θερμοκρασίας με % σχετική υγρασία, ενώ μπορεί να αποθηκευτεί σε συνθήκες με θερμοκρασία και η σχετική υγρασία να κυμαίνεται από % ( χωρίς συμπύκνωση). Κατασκευαστικά το MapCHECK έχει πλάτος 31.2 εκ, μήκος 43.3 εκ και πάχος 5.2 εκ ενώ το βάρος του είναι 4.8 κιλά. 28

37 3. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Για τη διεκπεραίωση της πειραματικής διαδικασίας, ακολουθήθηκαν και οι δύο τρόποι επιβεβαίωσης Επιβεβαίωση με Epiqa Αρχικά, επιβεβαιώθηκαν τα πλάνα θεραπείας ενός δείγματος 50 ασθενών με καρκίνο προστάτη (37ασθενείς) και κεφαλής τραχήλου (13 ασθενείς), χρησιμοποιώντας το λογισμικό Epiqa. Από τη διαδικασία αυτή, συγκεντρώθηκαν δεδομένα για τα ποσοστά επιβεβαίωσης του πλάνου θεραπείας κάθε ασθενούς, βάση το θεσπισμένο με Πρωτόκολλο κριτήριο 3% / 3mm και το πιο αυστηρό κριτήριο 2% / 2mm. Εξαιτίας του γεγονότος, ότι στα περισσότερα πλάνα θεραπείας, χρησιμοποιούνται περισσότερα από ένα πεδία ακτινοβολίας, συλλέχθηκαν δεδομένα που αντιστοιχούν στο ποσό της δόσης που ακτινοβολείται από κάθε τόξο (Arc) ξεχωριστά. Η καταχώρηση και ταξινόμηση των δεδομένων πραγματοποιήθηκε για τον καθένα ασθενή ξεχωριστά, χρησιμοποιώντας το αναγνωριστικό ID του καθενός. Η αναλυτική διαδικασία που ακολουθήθηκε για την επιβεβαίωση του κάθε πλάνου είναι η ακόλουθη: 1. Εισαγωγή του πλάνου θεραπείας του ασθενούς (RP, RTPlan) από το Eclipse 2. Εισαγωγή του συγκεκριμένου πλάνου θεραπείας όπως έχει εφαρμοστεί στo ομοίωμα Epiqa (RD) 3. Εισαγωγή των εικόνων κατανομής της δόσης που λάβαμε από το Portal Vision (PV) του επιταχυντή για κάθε τόξο. 4. Εισαγωγή ενός πεδίου που λαμβάνεται κάθε μέρα πριν από τις ακτινοβολήσεις των ασθενών προκειμένου να ληφθεί έλεγχος του επιταχυντή, καθώς η τάση και άλλοι παράγοντες επηρεάζουν τη λειτουργία του, προκαλώντας μικρές μεταβολές κατά την ακτινοβόληση από τη μια μέρα στην άλλη. Έχοντας εισάγει στο πρόγραμμα τα παραπάνω δεδομένα, το λογισμικό Artemis του Epiqa για επιβεβαίωση πλάνων θεραπειών ασθενών με την τεχνική VMAT υπολογίζει τα ποσοστά ταύτισης των σημείων που θα ακτινοβοληθούν. Ο χρήστης μπορεί να επιλέξει από τις ρυθμίσεις του προγράμματος το κριτήριο αποδοχής των διαφορών στη δόση, έτσι 29

38 ώστε να έχει δεδομένα όχι μόνο για το κριτήριο 3mm / 3% αλλά και για 2mm / 2% ή 3mm / 2%. Τα δεδομένα επιβεβαίωσης της θεραπείας 50 ασθενών με καρκίνο στο προστάτη και στο κεφάλι λαιμό παρουσιάζονται στον Πίνακα 1 και ταξινομούνται σύμφωνα με το κριτήριο αποδοχής και τα τόξα ακτινοβόλησης: A / A ID ΑΣΘΕΝΟΥΣ ΤΥΠΟΣ ΚΑΡΚΙΝΟΥ 3mm / 3% ARC1 3mm / 3% ARC2 2mm / 2% ARC1 2mm / 2% ARC H&N ,89 98, PR ,6 99, H&N ,83 93, PR ,57 98, PR ,59 99, PR , H&N ,9 99, PR ,75 99, PR ,44 96, H&N ,3 96, PR ,58 99, PR ,59 99, PR ,56 99, H&N ,86 98, PR ,86 99, H&N ,48 96, PR ,06 99, PR ,52 98, PR ,82 97, PR ,47 97, PR ,5 99, PR ,71 99, PR ,55 99, PR ,58 98, PR , PR ,75 99, PR ,5 99, PR ,79 99, PR , PR , PR ,66 99, PR ,74 99, PR ,84 99, PR ,63 99, PR ,33 98, H&N ,69 99,5 30

39 Ποσοστό (% ) Επιβεβαίωσης Θεραπείας PR ,67 99, PR ,62 99, H&N ,94 98, PR ,38 98, PR , PR ,99 99,91 99, H&N ,69 98, PR ,86 97, H&Ν , PR ,44 99, H&N ,38 97, H&N ,78 99, PR ,33 98, H&N ,91 99,74 Πίνακας 1: Δεδομένα επιβεβαίωσης θεραπείας χρησιμοποιώντας τα κριτήρια 3mm / 3% και 2mm / 2% από δείγμα 50 ασθενών χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα Epiqa. Από τα στοιχεία του παραπάνω πίνακα παρουσιάζονται τα εξής διαγράμματα για το κάθε κριτήριο ξεχωριστά και για τα δύο τόξα ακτινοβόλησης (arc 1, arc 2), αλλά και συγκρίνονται οι τιμές από το κάθε κριτήριο σε ένα τρίτο διάγραμμα για τον κάθε ασθενή ξεχωριστά ,8 99,6 99,4 Κριτήριο 3mm / 3% Arc 1 Arc 2 99, ,8 98, Αριθμός ασθενών Διάγραμμα 1: Κατανομή ποσοστών επιτυχίας επιβεβαίωσης θεραπείας με το πρόγραμμα Epiqa σε δείγμα 50 ασθενών με καρκίνο σε PR και Η&N σύμφωνα με το κριτήριο 3mm / 3% 31

40 Ποσοστό επιβεβαίωσης Θεραπείας (%) Ποσοστό (% ) Επιβεβαίωσης Θεραπείας , ,5 98 Κριτήριο 2 mm / 2% Arc 1 Arc 2 97, , Αριθμός ασθενών Διάγραμμα 2: Κατανομή ποσοστών επιτυχίας επιβεβαίωσης θεραπείας με το πρόγραμμα Epiqa σε δείγμα 50 ασθενών με καρκίνο σε PR και Η&N σύμφωνα με το κριτήριο 2mm / 2% arc1-3/3 arc2-3/3 arc1-2/2 arc2-2/ Αριθμός Ασθενών Διάγραμμα 3: Συγκριτική κατανομή ποσοστών επιτυχίας επιβεβαίωσης θεραπείας με το πρόγραμμα Epiqa σε δείγμα 50 ασθενών με καρκίνο σε PR και Η&N σύμφωνα με τα κριτήρια 3 mm /3% και 2mm / 2% και για τα δύο τόξα ακτινοβόλησης. 32

41 Από τα παραπάνω διαγράμματα διαφαίνεται ότι τα αποτελέσματα είναι τα επιθυμητά, καθώς για το κριτήριο 3mm / 3% και στα δύο τόξα, η επιβεβαίωση των πλάνων σχεδιασμού ξεπερνά το 99,2%. Συγκεντρωτικά, παρουσιάζονται τα παρακάτω ραβδογράμματα, που σχετίζουν το εύρος των ποσοστών επιβεβαίωσης με την αριθμητική τιμή αυτών ,2 99,5 99,85 99,95 99, Πλήθος Τιμών Εύρος Ποσοστών Διάγραμμα 4: Συσχέτιση του εύρους των ποσοστών επιβεβαίωσης θεραπείας συναρτήσει του πλήθους των τιμών με το κριτήριο 3mm / 3% στο 1 ο τόξο ,2 99,5 99,85 99,95 99, Πλήθος Τιμών Εύρος Ποσοστών Διάγραμμα 5: Συσχέτιση του εύρους των ποσοστών επιβεβαίωσης θεραπείας συναρτήσει του πλήθους των τιμών με το κριτήριο 3mm / 3% στο 2 ο τόξο 33

42 τόξα. 101 Αντίστοιχα για το κριτήριο 2mm / 2% εξήχθηκαν τα εξής ραβδογράμματα για τα ,5 99, Πλήθος Τιμών Εύρος Ποσοστού Διάγραμμα 6: Συσχέτιση του εύρους των ποσοστών επιβεβαίωσης θεραπείας συναρτήσει του πλήθους των τιμών με το κριτήριο 2mm / 2% στο 1 ο τόξο Πλήθος τιμών Εύρος Ποσοστών Διάγραμμα 7: Συσχέτιση του εύρους των ποσοστών επιβεβαίωσης θεραπείας συναρτήσει του πλήθους των τιμών με το κριτήριο 2mm / 2% στο 2 ο τόξο Από τα παραπάνω ραβδογράμματα, παρατηρείται διαφορά στο εύρος των ποσοστών επιβεβαίωσης, καθώς για τα τόξα 1 και 2 με το κριτήριο 3mm / 3%, κυμαίνεται από 99,2 100 %. Οι αποκλίσεις της τάξεως του έως και 0,8% είναι τυχαίες μεταξύ των διάφορων πλάνων θεραπείας. Αντιθέτως στα πλάνα θεραπείας που επιβεβαιώθηκαν με το κριτήριο 2mm / 2%, παρατηρείται 34

43 μεγαλύτερο εύρος στα ποσοστά επιβεβαίωσης, τα οποία κυμαίνονται από % για το 1 ο τόξο, ενώ από % για το δεύτερο. Η αυστηρή επιλογή του κριτηρίου 2mm / 2 %, δικαιολογεί τις αποκλίσεις αυτές, καθώς ορισμένα σημεία βρίσκονται εκτός της περιοχής αυτής ή διαφέρουν στη δόση κατά μεγαλύτερο ποσοστό του 2%. Εξετάζοντας τις εικόνες του Epiqa, παρατηρούνται χρωματικά οι διαφορές στην κατανομή της δόσης. Με κόκκινο χρώμα απεικονίζονται οι περιοχές του όγκου που λαμβάνουν τη μέγιστη δόση (σε Gy), ενώ με μωβ χρώμα τα σημεία που ακτινοβολούνται ελάχιστα και τα οποία βρίσκονται περιμετρικά του όγκου, δηλαδή στα όρια του πεδίου ακτινοβολίας. Στο πρώτο εικονίδιο απεικονίζεται η κατανομή της δόσης έτσι όπως έχει υπολογιστεί από το πλάνο θεραπείας στο πρόγραμμα Eclipse, και στο τρίτο εικονίδιο η εικόνα της κατανομή της δόσης έπειτα από την ακτινοβόληση του Portal Vision του επιταχυντή. Συγκρίνοντας την κατανομή της δόσης στο πλάνο θεραπείας του ασθενούς και την εικόνα της κατανομής όπως λήφθηκε έπειτα από ακτινοβόληση λαμβάνεται το ποσοστό επιβεβαίωσης της θεραπείας του ασθενούς, όσο προς τη δόση αλλά και ως προς τη γεωμετρία του όγκου. Η σύγκριση αυτή γίνεται αντιληπτή παρατηρώντας το δεύτερο κατά σειρά εικονίδιο που αναπαριστά το κριτήριο γ. Σύμφωνα με τη γ ανάλυση που αναλύθηκε στο 1.8.5, η τιμή του παράγοντα γ πρέπει να είναι, έτσι ώστε τα αποτελέσματα μας να είναι τα επιθυμητά. Οι περιοχές στις οποίες ισχύει αυτή η σύμβαση απεικονίζονται με ανοιχτό πράσινο χρώμα, ενώ για σημειώνονται με μπλε. Οι κόκκινες περιοχές στο δεύτερο εικονίδιο δείχνουν αναντιστοιχία στη κατανομή της δόσης μεταξύ του πλάνου και της ακτινοβόλησης και είναι στην ουσία οι περιοχές όπου η τιμή του. Για την περίπτωση του ασθενούς με ID531 κατά την ακτινοβόληση του δεύτερου τόξου του πλάνου θεραπείας του, λήφθηκαν οι παρακάτω εικόνες χρησιμοποιώντας τα κριτήρια 3mm / 3% και 2mm / 2% αντίστοιχα. 35

44 Σχήμα 3. 1 Εικόνες που λήφθηκαν μέσω του προγράμματος Epiqa για τον ασθενή 531 με τύπο καρκίνου H&N και ποσοστό επιτυχίας 99,86 % χρησιμοποιώντας το κριτήριο 3mm / 3% Σχήμα 3. 2 Εικόνες που λήφθηκαν μέσω του προγράμματος Epiqa για τον ασθενή 531 με τύπο καρκίνου H&N και ποσοστό επιτυχίας 98,69% χρησιμοποιώντας το κριτήριο 2mm / 2% Συγκρίνοντας τα εικονίδια που αφορούν την γ ανάλυση, παρατηρείται η διαφορά στο ποσοστό επιτυχίας με χρήση των δύο προαναφερθέντων κριτηρίων αποδοχής και επιβεβαιώνεται με το χρωματισμό των «μπλε» περιοχών που αντιστοιχούν σε στο Σχήμα 3. 2, ενώ στο Σχήμα 3. 1, τα αντίστοιχα σημεία έχουν ανοιχτό πράσινο χρώμα, δηλαδή. Σαφώς, η επιτυχία του πλάνου θεραπείας είναι καταφανής και οι διαφορές είναι ελάχιστες. 36

45 Εν συνεχεία, παρατίθενται οι εικόνες κατανομής δόσης του ασθενούς με ID 492 κατά την ακτινοβόληση του δεύτερου τόξου του πλάνου θεραπείας του. Επιπλέον παρουσιάζονται τα ιστογράμματα των κατανομών μεταξύ της εικόνας του Eclipse και του Portal στον x και y άξονα του επιπέδου κατανομής της δόσης. Οι ακόλουθες είναι οι ολοκληρωμένες εικόνες που λαμβάνονται από μία μέτρηση στο Epiqa. Σχήμα 3. 3 Εικόνες που λήφθηκαν μέσω του προγράμματος Epiqa για τον ασθενή 492 με τύπο καρκίνου H&N και ποσοστό επιτυχίας 99,76 % χρησιμοποιώντας το κριτήριο 3mm / 3% Σχήμα 3. 4 Εικόνες που λήφθηκαν μέσω του προγράμματος Epiqa για τον ασθενή 492 με τύπο καρκίνου H&N και ποσοστό επιτυχίας 93,84 % με το κριτήριο 2mm / 2% 37

46 3.2. Επιβεβαίωση με MapCHECK Για την διεξαγωγή επιβεβαίωσης του πλάνου ακτινοθεραπείας των ασθενών με χρήση του προγράμματος MapCHECK, ακολουθείται μια συγκεκριμένη ροή διεργασιών, καθώς το πρόγραμμα αυτό είναι ένας «εικονικός ασθενής». Κατά το στάδιο της προετοιμασίας, ο ανιχνευτής περιβάλλεται από πάχος ειδικού υλικού τύπου Solid Water (Στερεό νερό), το MapPHAN, το οποίο είναι ομοίωμα νερού και παριστάνει τον εικονικό μας ασθενή. Όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα, το MapPHAN διαθέτει σημάδια ευθυγράμμισης προκειμένου το ισόκεντρο της δέσμης ακτινοβολίας που θα προσπέσει από το γραμμικό επιταχυντή να συμπίπτει με το ισόκεντρο του ομοιώματος. Σχήμα 3. 5 Η διάταξη ανιχνευτών MapCHECK τοποθετείται μέσα στο ομοίωμα στερεού νερού MapPHAN και πάνω στην κλίνη του γραμμικού επιταχυντή CLINAC Είναι αναγκαίο, πριν από το ξεκίνημα κάθε διαδικασίας επιβεβαίωσης θεραπείας, να ελέγχεται η ευθυγράμμιση των οργάνων, έτσι ώστε να λαμβάνονται ακριβή αποτελέσματα. Γι αυτό το λόγο πρέπει να ευθυγραμμίζεται η κεφαλή του επιταχυντή και η κλίνη (ώστε να μην έχουμε κλίση) και ορίζουμε το collimator και gantry του επιταχυντή στις 0º. Ο ανιχνευτής πρέπει να απέχει συνολική απόσταση SSD: 100cm από την κεφαλή του επιταχυντή. Στη συνέχεια, συνδέεται ο ανιχνευτής με τον Η/Υ και εκεί αποθηκεύονται οι επιβεβαιωμένες κατανομές της δόσης που λαμβάνει το ομοίωμα σύμφωνα με το πλάνο θεραπείας του υπό εξέταση ασθενούς. Το πλάνο θεραπείας που εισάγεται είναι μοναδικό για κάθε ασθενή και διαμορφωμένο σύμφωνα με τα γεωμετρικά και 38

47 δοσιμετρικά χαρακτηριστικά του κάθε όγκου. Οι κατανομές δόσης που καταγράφει το Portal Vision του επιταχυντή έπειτα από κάθε ακτινοβόληση, αποθηκεύονται στον Η/Υ με το όνομα και το ΙD του κάθε ασθενούς. Αν υπάρχουν δύο ή παραπάνω τόξα ακτινοβολίας, τότε η διαδικασία πραγματοποιείται για το κάθε ένα ξεχωριστά και αποθηκεύονται ξεχωριστά. Εφόσον έχει ακολουθηθεί η παραπάνω διαδικασία, μέσω του λογισμικού SNC Patient Software της Sun Nuclear, εισάγεται η εικόνα της κατανομής δόσης από το πλάνο θεραπείας του ασθενούς που έχει εφαρμοστεί στο ομοίωμα MapCHECK (στην αξονική τομογραφία του) και η εικόνα της κατανομής έπειτα από την ακτινοβόληση του. Το πρόγραμμα, μέσω των αλγορίθμων του, συγκρίνει τα ποσοστά αλληλεπικάλυψης των δύο κατανομών, εξάγοντας το ποσοστιαία επιβεβαίωση του πλάνου θεραπείας. Στον Πίνακα 2 ταξινομούνται τα πλάνα θεραπείας 17 ασθενών που αφορά το 1 ο τόξο θεραπείας τους και για τα δύο κριτήρια αποδοχής (2mm / 2% και 3mm / 3%)και σημειώνεται ακόμη ο αριθμός των σημείων που ακτινοβολήθηκαν και ήταν εκτός των επιτρεπτών ορίων. A/A ID ΑΣΘΕΝΟΥΣ ΤΥΠΟΣ ΚΑΡΚΙΝΟΥ 3mm / 3% FAIL SPOTS 2mm / 2% FAIL SPOTS PR H&N 97 90, H&N 99,5 3 / ,1 11 / PR / ,5 2 / PR 99,7 1 / ,9 4 / PR / ,7 1 / PR / / PR 99,7 2 / ,2 13 / PR / ,5 5 / PR / / PR 99 6 / PR / ,7 13 / PR 99,4 1 / ,6 4 / PR / ,7 1 / PR 98,8 12 / ,9 69 / PR / ,8 2 / PR 99,4 1 / ,2 3 / 167 Πίνακας 2: Δεδομένα επιβεβαίωσης θεραπείας χρησιμοποιώντας τα κριτήρια 3mm / 3% και 2mm / 2%από δείγμα 17 ασθενών χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα MapCHECK. 39

48 Ποσοστό (%) Επιβεβαίωσης Θεραπείας Από τα στοιχεία του παραπάνω πίνακα εξάγεται το ακόλουθο διάγραμμα που περιλαμβάνει και συγκρίνει τα ποσοστά επιβεβαίωσης των 17 πλάνων θεραπείας (1 ο τόξο) με βάση τα δύο κριτήρια αποδοχής που τέθηκαν Κριτήριο 3-3 % Κριτήριο 2-2 % Αριθμός Ασθενών Διάγραμμα 8: Συγκριτική κατανομή ποσοστών επιτυχίας επιβεβαίωσης θεραπείας με το πρόγραμμα MapCHECK σε δείγμα 17 ασθενών με βάση τα κριτήρια 3mm / 3% και 2mm / 2 % για το 1 ο τόξο. Οι μετρήσεις για την επιβεβαίωση των πλάνων θεραπείας των παραπάνω ασθενών επαναλήφθηκαν χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα Epiqa, προκειμένου να εντοπιστούν οι διαφορές που εμφανίζουν τα δύο αυτά προγράμματα. Τα αποτελέσματα συγκεντρώνονται στον Πίνακα 3: 40

49 Ποσοστό (%) Επιβεβαίωσης Θεραπείας A/A ID ΑΣΘΕΝΟΥΣ ΤΥΠΟΣ ΚΑΡΚΙΝΟΥ 3mm / 3% ARC1 2mm / 2% ARC PR 99, H&N 99,28 90, H&N 99,76 98, PR , PR , PR 99,99 99, PR PR 99,99 99, PR 99,96 98, PR 99,96 98, PR 99,88 98, PR 99, PR 99, PR 99,97 97, PR 97,97 97, PR 99,97 99, PR 99,96 99,42 Πίνακας 3: Δεδομένα επιβεβαίωσης θεραπείας χρησιμοποιώντας τα κριτήρια 3mm / 3% και 2mm 2% από δείγμα 17 ασθενών χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα Epiqa. Αντίστοιχα από τα στοιχεία του παραπάνω πίνακα λήφθηκε το ακόλουθο διάγραμμα που περιλαμβάνει και συγκρίνει τα ποσοστά επιβεβαίωσης των 17 πλάνων θεραπείας. Στο διάγραμμα 10, συγκρίνονται οι κατανομές και από τα δύο προγράμματα επιβεβαίωσης θεραπείας, με βάση το 3mm / 3% έτσι ώστε να εντοπιστούν οι αποκλίσεις που τα δύο προγράμματα εμφανίζουν στο κάθε πλάνο Αριθμός Ασθενών Κριτήριο 3-3 % Κριτήριο 2-2 % Διάγραμμα 9: Συγκριτική κατανομή ποσοστών επιτυχίας επιβεβαίωσης θεραπείας με το πρόγραμμα Epiqa σε δείγμα 17 ασθενών με βάση τα κριτήρια 3 3 % και 2 2 % για το 1 ο τόξο 41

50 Ποσοστό (%) Επιβεβαίωσης Θεραπείας ,8 99,6 99,4 99, ,8 98,6 98,4 98, ,8 97,6 97,4 97, Αριθμός Ασθενών Επιβεβαίωση με MAPCHECK Επιβεβαίωση με EPIQA Διάγραμμα 10: Συγκριτική κατανομή ποσοστών επιτυχίας επιβεβαίωσης θεραπείας με τα προγράμματα Epiqa και MapCHECK σε δείγμα 17 ασθενών με βάση τo κριτήριο 3 3 %. Εν συνεχεία, παρατίθενται οι εικόνες που λήφθηκαν από το MapCHECK, για την περίπτωση του ασθενούς με ID 1233, που πάσχει από καρκίνο στον προστάτη. Η κύρια διαφορά ανάμεσα στις εικόνες των δύο λογισμικών εντοπίζεται στη δυνατότητα του MapCHECK να καταγράφει πόσα και ποια σημεία ακριβώς από αυτά που έχουν συγκριθεί (μεταξύ της κατανομής δόσης του πλάνου και της κατανομής δόσης ύστερα από ακτινοβόληση στο ομοίωμα MapCHECK) βρίσκονται μέσα στα όρια των κριτηρίων δόσης και DTA που εισήχθηκαν από το χρήστη και όσα δεν τα πληρούν σημειώνονται στην τελική κατανομή που εξάγει το πρόγραμμα. Στις εικόνες του MapCHECK, το πρώτο εικονίδιο παρουσιάζει την κατανομή της δόσης ακτινοβολίας όπως έχει υπολογιστεί από το πλάνο θεραπείας του ασθενούς 1233 και εφαρμοστεί στο ομοίωμα ανιχνευτή MapCHECK, ενώ στο δεύτερο εικονίδιο παρουσιάζεται η κατανομή της δόσης όπως μετρήθηκε από τον ανιχνευτή. 42

51 Σχήμα 3. 6 Εικόνες που λήφθηκαν μέσω του προγράμματος MapCHECK του ασθενούς με ID 1233 για καρκίνο PR και ποσοστό επιτυχίας 99,99 % με το κριτήριο 3mm / 3% στο 1 ο τόξο Σχήμα 3. 7 Εικόνες που λήφθηκαν μέσω του προγράμματος MapCHECK του ασθενούς με ID 1233 για καρκίνο PR και ποσοστό επιτυχίας 99 % με το κριτήριο 2mm / 2% στο 1 ο τόξο 43