Avaliação da influência da suavização da fluência de campos

XIX CONGRESSO BRASILEIRO DE FÍSICA MÉDICA
17 A 20 DE AGOSTO DE 2014
GOIÂNIA – GO
Avaliação da influência da suavização da fluência de campos
modulados de IMRT
1
Merino, M.M1, Flosi,A.A1 e Boccaletti,K.W 1
Departamento de Radioterapia A.C.Camargo Cancer Center, São Paulo, Brasil.
Resumo: Uma das variáveis chave para a realização da técnica do IMRT é a ferramenta Smooth,
que permite trabalhar com a suavização da fluência entre pixels adjacentes a partir da distância entre
as lâminas no momento de irradiação. Nesse trabalho foi analisada a influência dessa ferramenta no
número de unidades monitoras total do tratamento, de um caso representativo de Cabeça e Pescoço,
na cobertura dos PTV, Planning Target Volume, na proteção dos órgãos em risco, e na
reprodutibilidade desses planos pelo acelerador linear através da realização de um controle de
qualidade dos planos com uma matriz de detectores planares MapCheck 2®.
Palavras-chave: IMRT, Suavização da Fluência, Smooth, Índice de Complexidade de Modulação.
Abstract: One of the variables of IMRT technique is the Smooth, which permit us work with the
smoothness of fluency between adjacent pixels from the distance between the leafs during treatment.
In this study we analyzed the influence of Smooth in the total monitors units of treatment, coverage of
PTV, protection in organ at risk and the reproducibility of these plans by the linear accelerator
performing quality control of plans with an array of planar detectors MapCheck2 ® in a representative
case of Head and Neck.
Introdução: O IMRT é uma técnica de radioterapia que utiliza campos de intensidade modulada que
permite conformar melhor a dose de radiação no volume de tratamento (PTV), poupando os órgãos
sadios adjacentes (OAR) e, consequentemente, reduzindo a toxicidade do tratamento. Um dos
problemas relacionados com o uso do IMRT é o aumento do número de unidades monitoras (UM) e o
aumento da dose espalhada no paciente. A modulação do feixe de tratamento está fortemente ligada
à qualidade e eficiência da entrega de dose, influenciando diretamente no número de UM. O processo
de otimização no Eclipse envolve algumas variáveis, entre elas a ferramenta Smooth, que nos
possibilita modificar a suavização da fluência entre os pixels adjacentes, permitindo controlar a
homogeneidade da distribuição.
No Eclipse a suavização da fluência é parte do algoritmo de otimização DVO, que é realizado a partir
de duas direções: X paralelamente ao movimento do MLC e Y ortogonal ao movimento do MLC.
Smoothing é aplicado a cada iteração da otimização por dois objetivos adicionados ao planejamento
que estão relacionados com a suavidade na função custo que representa a diferença entre os valores
de fluência na vizinhança. Então a função objetivo torna-se:
Em que o primeiro termo representa o componente usual para os constraints dose-volume: é a
dose prescrita para cada voxel i enquanto
é a dose computada no ponto i e expressa como
onde é o peso do
beamlet. O segundo termo está relacionado
com a suavização e opera nos fatores de peso do beamlet tentando reduzir grande diferença na
fluência entre beamlets vizinhos. Os dois pesos
(X- e Y-smooth) são ajustados pelo usuário
durante a fase de otimização do plano e controlam a importância do componente smooth no
gradiente.
Métodos: Foi selecionado um caso de cabeça e pescoço e este caso foi planejado com 3 PTVs de
doses distintas (169, 188 e 200cGy por fração, em 32 frações). Os planos foram desenvolvidos para
um feixe de 6MV de um acelerador Varian™ Clinac 6EX equipado com MLC 120 lâminas em um
sistema Varian™ Eclipse® Versão 8.6.0, o algoritmo de calculo usado foi o Pencil Beam Convolution.
Os OARs otimizados foram: Medula, Parótida esquerda e Cavidade Oral. Mantiveram-se fixos os
valores da otimização necessários para deixar o plano aceitável, e foram estabelecidas 200
interações para que todos os planos atingissem a estabilidade de forma idêntica. Os valores do
Smooth na direção X, sx, (paralela ao movimento MLC) e na direção Y, sy, (perpendicular ao
movimento) foram 20, 40 e 80. De forma que foram feitos 9 planos combinando os valores de X e Y.
Foram avaliados o número de UM total, a dose nos OARs e cobertura do PTV e a reprodutibilidade
desses planos pelo Acelerador Linear. Para avaliar a reprodutibilidade dos planos, estes foram
irradiados em um dispositivo MapCHECK 2®, uma matriz planar de diodos com um tamanho de
campo máximo de 32x26 cm, com Gantry a 0º e Colimador a 0º. Os campos irradiados foram
analisados separadamente e avaliados usando análise Gamma com critérios 3%, 3mm e threshold
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5%. Também foi avaliada a diferença de dose absoluta. O critério de aprovação do plano requer que
95% dos pontos devem ter o valor da função Gamma < 1, e a dose absoluta deve estar com uma
diferença de até 5%.
Resultados: Avaliando os dados foi possível observar que a variação 100
PTV 54
em sX exerce uma influencia maior no numero total de unidades 99
monitoras. A soma total das UMs varia entre 895 e 1457, sendo o 98
Plano 20 40
97
Plano 40 40
menor valor para smooth x = 80 e y = 80.
96
Plano 80 40
Avaliando a cobertura nos PTVs, na figura 1, os planos com sx 20 95
foram os planos com melhor desempenho para cobertura do alvo, e
94
93
os planos com sx 80 obtiveram o pior desempenho para cobertura do
alvo. A variação em sy não foi tão importante na hora de avaliar a 92
91
cobertura, quando comparamos com a variação em sx.
90
5000
5200
5400
5600
5800
6000
Analisando os OAR, verificamos que para valores menores de sx o
resultado foi melhor, e para os maiores valores os resultados para Figura 1 DVH para o PTV 54Gy
OAR foram piores. Na tabela 1 a seguir estão selecionadas as três
melhores situações, e as três piores situações para Cavidade oral, Parótidas e Medula.
Tabela 1- Melhores e Piores casos para OAR
Dose máx Cav. Oral
sx 20
sx 40
Dose Máxima Medula
sx 80
sx 20
sx 40
sx 80
sy 20
sy 20
sy 40
sy 40
Melhores casos
sy 80
sy 80
Piores casos
Dose méd. Parótida
sx 20
sx 40
Dose em 50% da Parótida
sx 80
sx 20
sy 20
sy 20
sy 40
sy 40
sy 80
sy 80
sx 40
sx 80
Analisando o controle de qualidade realizado para os planos em questão, observamos que a medida
que o índice de complexidade de modulação aumenta, isso se torna mais difícil mecanicamente para
que o AL consiga reproduzir o que foi planejado no TPS, Treatment Planning System. Com sx e sy
80 os planos ficam mais fáceis de reproduzir no acelerador, e tem maior índice de aceitação nos
critérios Gamma, e de dose absoluta. Variando entre 97.5% e 99% de pontos aprovados. O pior caso
de aceitação foi usando sx20 sy80, em que um dos campos falhou com 70% dos pontos aprovados, e
com uma diferença de dose de 12%. Nos planos com sx 20, o controle de qualidade falhou na analise
gamma na maioria dos casos. Com sx 80 o controle não falhou para nenhum caso. A influência da
variação de sy na análise Gamma e de dose absoluta dos controles de qualidade não foi tão
pronunciada quanto à variação em sx.
Discussão e Conclusões: A partir desse trabalho, podemos concluir que ao aumentarmos o valor
do sx e sy o valor das UMs diminui, porém temos uma perda na cobertura do PTV, e um aumento na
dose dos OAR. Apesar dessa piora na dose nos OAR, o plano consegue ser reproduzido com
facilidade pelo acelerador linear. Diminuindo o valor de sx e sy, as UMs aumentam significativamente
como consequência da maior complexidade da modulação, e a cobertura do PTV melhora, porém o
controle de qualidade mostrou que para planos com valores de sx e sy mais baixos o critério Gamma
falhou em uma parcela importante do número de campos. Além disso, para todos os elementos
analisados a variação em sx foi mais importante para produzir mudanças do que a variação em sy.
Referências:
1. Giorgia N, Antonella F, Eugenio V, Alessandro C, Filippo A, Luca C. What is an acceptably smoothed fluence? Dosimetric
and deliveryconsiderations for dynamic sliding window IMRT. Radiation Oncology 2007, 2:42
2. Broderick M, Leech M, Coffey Mary. Direct aperture optimization as a means of reducing the complexity of intensity
modulated radiation therapy plans. Radiation Oncology 2009, 4:8