Utveckling av metoder och programvara för Utveckling av metoder och programvara för oberoende dosberäkning och riskuppskattning inom oberoende dosberäkning och riskuppskattning inom

konventionell extern strålbehandling och IMRTkonventionell extern strålbehandling och IMRT

11Fredrik Nordström, Fredrik Nordström, 22Peter Björk, Peter Björk, 11Sven Bäck, Sven Bäck, 33Crister Ceberg,Crister Ceberg,44Ola Holmberg och Ola Holmberg och 55Stefan JohnssonStefan Johnsson

1 1 Medicinsk strålningsfysik, Universitetssjukhuset MAS / Lunds universitet, MalmöMedicinsk strålningsfysik, Universitetssjukhuset MAS / Lunds universitet, Malmö2 2 Medicinsk fysik och teknik, Mälarsjukhuset, EskilstunaMedicinsk fysik och teknik, Mälarsjukhuset, Eskilstuna

3 3 Avdelningen för Radiofysik, Universitetssjukhuset i Lund, LundAvdelningen för Radiofysik, Universitetssjukhuset i Lund, Lund4 4 Avdelningen för Radiofysik, Universitetssjukhuset i Herlev, Herlev, DanmarkAvdelningen för Radiofysik, Universitetssjukhuset i Herlev, Herlev, Danmark

5 5 Enheten för medicinsk strålningsfysik, Länssjukhuset i Kalmar, KalmarEnheten för medicinsk strålningsfysik, Länssjukhuset i Kalmar, Kalmar

2(28)

Inledning

48 676 nya cancerfall i Sverige år 200348 676 nya cancerfall i Sverige år 2003

Nästan hälften av alla cancerpatienter i Sverige erhåller Nästan hälften av alla cancerpatienter i Sverige erhåller strålbehandlingstrålbehandling

Strålbehandling sker vanligen med fotoner från en Strålbehandling sker vanligen med fotoner från en linjäraccelerator linjäraccelerator

3(28)

Inledning

FixationFixation BildtagningBildtagning

SimuleringSimuleringBehandlingBehandling

DosplaneringDosplanering

4(28)

Vid förberedelse av strålbehandling krävs att ordinerad Vid förberedelse av strålbehandling krävs att ordinerad dos och bestrålningsgeometrin överförs till maskin-dos och bestrålningsgeometrin överförs till maskin-parametrarparametrar

Konsekvensen av att en parameter är fel kan variera Konsekvensen av att en parameter är fel kan variera mellan trivial och fatal för den enskilda patientenmellan trivial och fatal för den enskilda patienten

Studier har visat att avvikelser i absorberad dos på 5% Studier har visat att avvikelser i absorberad dos på 5% kan ha klinisk betydelsekan ha klinisk betydelse

Effektiv och oberoende kontroll av behandlings-Effektiv och oberoende kontroll av behandlings-parametrar kan vara av stor betydelseparametrar kan vara av stor betydelse

Inledning

5(28)

Inledning

Hur genomförs kontroller av parametrar (enl. FS 2000:4)? Hur genomförs kontroller av parametrar (enl. FS 2000:4)?

– Manuellt? Hur hanteras komplexa geometrier? IMRT?Manuellt? Hur hanteras komplexa geometrier? IMRT?

– Oberoende?Oberoende?

– Dokumentation, uppföljning / rapportering, riskanalys?Dokumentation, uppföljning / rapportering, riskanalys?

En viktig del av verifieringen av behandlings-parametrarna är en En viktig del av verifieringen av behandlings-parametrarna är en oberoende kontroll av antalet monitor enheter (MU)oberoende kontroll av antalet monitor enheter (MU)

14 § 14 § Parametrar som är av betydelse för behandlingen skall kontrolleras,Parametrar som är av betydelse för behandlingen skall kontrolleras,om möjligt med två av varandra oberoende metoder, eller i varje fall avom möjligt med två av varandra oberoende metoder, eller i varje fall avtvå personer oberoende av varandra. Kontrollerna skall bekräftas medtvå personer oberoende av varandra. Kontrollerna skall bekräftas medsignaturer av de båda personerna. En rimlighetskontroll skall alltid utföras.signaturer av de båda personerna. En rimlighetskontroll skall alltid utföras.

SSI FS 2000:4 Föreskrifter om medicinsk strålbehandlingSSI FS 2000:4 Föreskrifter om medicinsk strålbehandling

6(28)

Inledning

Intensitetsmodulerad strålbehandling Intensitetsmodulerad strålbehandling (IMRT) är en relativt ny metod för att (IMRT) är en relativt ny metod för att leverera en integrerad 3D-leverera en integrerad 3D-dosfördelningar som är kraftigt dosfördelningar som är kraftigt formad efter tumörvolymenformad efter tumörvolymen

Vid IMRT är det ej möjligt att genomföra en manuell Vid IMRT är det ej möjligt att genomföra en manuell dosberäkningdosberäkning

Alternativet har främst varit tidskrävande och kostsamma Alternativet har främst varit tidskrävande och kostsamma mätningar och utvärderingarmätningar och utvärderingar

7(28)

Inledning

Fel kommer alltid att göras – “den mänskliga faktorn”Fel kommer alltid att göras – “den mänskliga faktorn” En oberoende beräkningskontroll kan identifiera fel innan En oberoende beräkningskontroll kan identifiera fel innan

de påverkar behandlingen av patientende påverkar behandlingen av patienten

Andra beräkningskontrollAndra beräkningskontroll

DiodmätningDiodmätning

Automatisk transfer av parametrarAutomatisk transfer av parametrarRecord and Verify systemRecord and Verify system

FältbilderFältbilder…………

Första beräkningskontrollFörsta beräkningskontrollFel inFel in

Fel utFel ut

8(28)

Syfte

Projektet syftar till att:Projektet syftar till att:

konstruera ett datorprogram för att effektivisera och höja konstruera ett datorprogram för att effektivisera och höja kvalitén på dosberäkningskontrollen vid konventionell kvalitén på dosberäkningskontrollen vid konventionell strålbehandlingstrålbehandling

utveckla och implementera beräkningsmetoder för utveckla och implementera beräkningsmetoder för oberoende kontroll av antalet MU och 2D-oberoende kontroll av antalet MU och 2D-dosfördelningar vid IMRTdosfördelningar vid IMRT

identifiera och minimera potentiella risker vid IMRT identifiera och minimera potentiella risker vid IMRT genom att använda programmet för att logga avvikelser genom att använda programmet för att logga avvikelser vid förberedelse av IMRTvid förberedelse av IMRT

9(28)

Funktionalitet

Ett datorprogram har konstruerats i programspråket C++ Ett datorprogram har konstruerats i programspråket C++ för oberoende dosberäkningarför oberoende dosberäkningar

– WindowsbaseratWindowsbaserat– Objektorienterad programmeringObjektorienterad programmering– Modulbaserat användargränssnittModulbaserat användargränssnitt

Inmatning av data sker manuellt eller via DICOMInmatning av data sker manuellt eller via DICOM

Programmet tvingar ej användaren att följa ett visst Programmet tvingar ej användaren att följa ett visst arbetsflödetarbetsflödet

10(28)

Funktionalitet

11(28)

Funktionalitet

Programmet stödjer:Programmet stödjer:– Elekta och Varians linjäracceleratorerElekta och Varians linjäracceleratorer– MU-till-dos och dos-till-MU beräkningarMU-till-dos och dos-till-MU beräkningar– Statiska och dynamiska kilarStatiska och dynamiska kilar– Olika typer av MLCOlika typer av MLC– Import av CT-data via DICOMImport av CT-data via DICOM– Import av DICOM RT-plan, RT-image och RT-doseImport av DICOM RT-plan, RT-image och RT-dose– Korrektion för inhomogeniteter, blockhållareKorrektion för inhomogeniteter, blockhållare– Godkännande av planGodkännande av plan– Spara och öppna planerSpara och öppna planer– Utskrift av beräkningsresultatUtskrift av beräkningsresultat

12(28)

Beräkningsmetoder

PDD-tabellerPDD-tabeller

TPR-tabellerTPR-tabeller

SPR-metodenSPR-metoden (Knöös et al., RTO, p201, 2001) (Knöös et al., RTO, p201, 2001)

Absorberad dos

OFPDDIKLMUMU

DD

refi

2

),(

ref

eq dSSD

dSSDdsTPRPDD

13(28)

Beräkningsmetoder

SP DDD

)1(

1

P

P

S

PS

KD

K

K

SSPP KKD

)1(

)1(0,

refref

relP

ref T

TK

M

DMD

TKK PP 0,

)()(),(0,

,0,

0,0,

fIcHfcK

K

KK

relP

refP

PrelP

Absorberad dos: SPR-metoden

14(28)

Beräkningsmetoder

)1(

)0(

)()( zz

P

P eK

zKzT

) av funktioner linjäraär och w (a

),(

zsw

zsazs

)1(

)1(0,

refref

relP

ref T

TK

M

DMD

243

21

1)(

caca

caacH

Absorberad dos: SPR-metoden

15(28)

Sterling 1964Sterling 1964

Standard tabellStandard tabell– British Journal of radiology suppl. 25British Journal of radiology suppl. 25– MLC enl. ovanMLC enl. ovan

Xiao 1999Xiao 1999 (Xiao et al., PMB, p1053, 1999) (Xiao et al., PMB, p1053, 1999)

BeräkningsmetoderEkvivalent fältsida

YX

YXs

2

b1 :skärmadär somfältet av andel

den med s skalas MLC avskärmat är fältet Om

16(28)

BeräkningsmetoderEkvivalent fältsida: Xiao 1999

00

0

0

0 0

0

cos1

1

2

1),(

)/( ,cos/

)(

)(

2

1),,(

dQw

daYX

XwdQxr

ddrw

dradYX

1 Q 1

)]2/tan(1/)1[(arctan

1 Q )2/tan(2

1

1 Q 1

)]2/tan(1/)1[(arctan

),(),(

2

2

0

0

0

0

2

2

0

0

Q

QQh

w

da

w

daQ

QQh

w

da

QYX

wYXza

zYXs

),(

),(

17(28)

BeräkningsmetoderRadiologiskt djup

inh.i

inh.irad ddρdd

Enhanced Dynamic Wedge Factor (EDWF)

2 metoder för att beräkna EDWF2 metoder för att beräkna EDWF– Fractional MU approximation (FMA)Fractional MU approximation (FMA)

• Erforderlig data är endast Golden STT tabell för Erforderlig data är endast Golden STT tabell för resp. maskin och energi.resp. maskin och energi.

– Kuperman 2005 (Kuperman 2005 (Kuperman et al. PMB, p1256, 2005)Kuperman et al. PMB, p1256, 2005)• Två ytterligare maskin- och energispecifika Två ytterligare maskin- och energispecifika

parametrar behöver dock bestämmas parametrar behöver dock bestämmas experimentellt.experimentellt.

18(28)

Beräkningsmetoder

Fixa gantry vinklarFixa gantry vinklar

Den totala dosfördelningen är summan av den Den totala dosfördelningen är summan av den absorberade dosen från ett antal segmentabsorberade dosen från ett antal segment

Varje segment behandlas som ett oregelbundet fält och Varje segment behandlas som ett oregelbundet fält och räknas separaträknas separat

Antar homogen energifluensAntar homogen energifluens

IMRT

19(28)

Resultat

Typiska tider för beräkningskontroll:Typiska tider för beräkningskontroll:– Prostata (4 fält): ca 4 minProstata (4 fält): ca 4 min– Tang.mam. (2 fält): ca 2 minTang.mam. (2 fält): ca 2 min

20(28)

ResultatKonventionell strålbehandling – SPR-metoden

0

5

10

15

20

25

30

35

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5

Avvikelse mellan TPS och RVP [%]

An

tal

pla

ne

r

21(28)

ResultatKonventionell strålbehandling – SPR-metoden

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

Behandlingsområde

Me

de

lav

vik

els

e m

ell

an

RV

P o

ch

TP

S [

%]

22(28)

ResultatKonventionell strålbehandling – PDD-tabeller

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5

Avvikelse mellan TPS och RVP [%]

An

tal

pla

ne

r

23(28)

ResultatKonventionell strålbehandling – PDD-tabeller

-3

-2

-1

0

1

2

3

Behandlingsområde

Med

ela

vvik

els

e m

ell

an

RV

P o

ch

TP

S [

%]

24(28)

Resultat

0 50 100 150 200 250 300 3500

20

40

60

80

100

X (mm)

Rel

ativ

e do

se (

%)

TMSRVP

0 50 100 150 200 250 300 3500

20

40

60

80

100

Y (mm)

Rel

ativ

e do

se (

%)

TMSRVP

IMRT – Preliminära resultat

25(28)

Slutsatser

Flexibilitet har varit ett nyckelord i utvecklingsarbetet Flexibilitet har varit ett nyckelord i utvecklingsarbetet vilket har gjort programmet lätt att implementera och vilket har gjort programmet lätt att implementera och anpassa till den enskilda klinikenanpassa till den enskilda kliniken

Möjligheten att importera fältparametrar via DICOM har Möjligheten att importera fältparametrar via DICOM har medfört att tiden för kontrollen har reducerats avsevärtmedfört att tiden för kontrollen har reducerats avsevärt

Programmet kan ersätta konventionella manuella Programmet kan ersätta konventionella manuella dosberäkningar för ökad noggrannhet och effektivitetdosberäkningar för ökad noggrannhet och effektivitet

Konventionell strålbehandling

26(28)

Slutsatser

Genom att anpassa modellen, så att transmissionen Genom att anpassa modellen, så att transmissionen genom MLC tas med i beräkningen kan eventuellt genom MLC tas med i beräkningen kan eventuellt underskattningen i dos korrigerasunderskattningen i dos korrigeras

Genom att ersätta tidskrävande och kostsamma mätningar Genom att ersätta tidskrävande och kostsamma mätningar med en oberoende dosberäkning kan en betydande med en oberoende dosberäkning kan en betydande minskning av arbetsbelastningen innan behandling minskning av arbetsbelastningen innan behandling uppnåsuppnås

Genom att alla behandlingsparametrar loggas kan Genom att alla behandlingsparametrar loggas kan statistiska analyser visa om det finns behandlingar som är statistiska analyser visa om det finns behandlingar som är förknippade med ökad risk förknippade med ökad risk

Intensitetsmodulerad strålbehandling

27(28)

Framtid

SPR-metoden utvecklas för IMRT beräkningarSPR-metoden utvecklas för IMRT beräkningar

Undersöka hur effektivt RVP är som en del av ett Undersöka hur effektivt RVP är som en del av ett ”multilayer” QA program för att förhindra fel”multilayer” QA program för att förhindra fel

En nationell databas utvecklas för identifiering av risker En nationell databas utvecklas för identifiering av risker vid IMRTvid IMRT

SSI?SSI?

28(28)

Tack för visat Tack för visat intresse!intresse!

Fredrik.Nordstrom@med.lu.Fredrik.Nordstrom@med.lu.sese