Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Adaptacyjna radioterapia – zmiana filozofii planowania radioterapii?

Ślosarek Krzysztof, Bekman Barbara, Wendykier Jacek

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2024

|

Vol. 13, nr 2

137--142

PL

Podstawowym zadaniem radioterapii jest dostarczenie dawki terapeutycznej do objętości komórek nowotworowych z równoczesną ochroną tkanek zdrowych, które ją otaczają. Jednym z większych problemów planowania rozkładu dawki jest poprawne zdefiniowanie tych objętości i podanie dawki w tak zdefiniowanych obszarach. Chronologicznie rozwój technik radioterapii był związany z metodami obrazowania. Wprowadzenie do praktyki klinicznej tomografów komputerowych pozwoliło na trójwymiarowe zobrazowanie struktur. Weryfikacja dokładności realizacji napromieniania była wykonywana za pomocą klisz radiograficznych. Pojawienie się zintegrowanych z akceleratorem systemów obrazowania kilowoltowego pozwoliło dopiero wtedy na wykonywanie zdjęć, a w dalszej kolejności również obrazowanie 3D. Jednak poza dokładnym zlokalizowaniem obszarów do leczenia niewiele więcej można zrobić, pomimo że badanie wyraźnie pokazuje zmianę w położeniu struktur anatomicznych. Adaptacyjna radioterapia polega na wyznaczeniu rzeczywistego położenia struktur anatomicznych w czasie seansu terapeutycznego i przeliczeniu rozkładu dawki do nowo zdefiniowanych obszarów. Takie działania wymagają zmian organizacyjnych w funkcjonowaniu Zakładu Radioterapii. Podejście do procesu wyliczenia oraz weryfikacji rozkładu dawki odpowiadającego uaktualnionemu obrazowi pacjenta znajdującego się na stole terapeutycznym również ulega zmianie. Zmienia się także rola fizyka medycznego w tym procesie. Inne podejście do realizacji i przygotowania radioterapii to zmiana filozofii związanej z procesem leczenia.

EN

The primary goal of radiotherapy is to deliver a therapeutic dose to the volume of cancerous cells while simultaneously protecting the surrounding healthy tissues. One of the major challenges in dose distribution planning is accurately defining these volumes and delivering the dose to these defined areas. Chronologically, the development of radiotherapy techniques has been associated with imaging methods. The introduction of computed tomography into clinical practice allowed for three-dimensional visualization of structures. Verification of the accuracy of radiation delivery was initially performed using radiographic films. The emergence of kilovoltage imaging systems integrated with accelerators enabled the acquisition of images and subsequently, 3D imaging. However, beyond precisely localizing areas for treatment, little more could be done despite the clear demonstration of changes in the position of anatomical structures. Adaptive radiotherapy involves determining the real-time position of anatomical structures during the therapeutic session and recalculating the dose distribution to newly defined areas. Such actions require organizational changes in the functioning of the Radiotherapy Department. The approach to calculating and verifying the dose distribution corresponding to the updated image of the patient on the treatment table also changes. The role of the medical physicist in this process also evolves. A different approach to the implementation and preparation of radiotherapy involves a shift in the philosophy associated with the treatment process.

2

Obrazowanie MRI we współczesnej radioterapii – ogólne zasady

Oborska-Kumaszyńska Dominika

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2023

|

Vol. 12, nr 1

19--25

PL

Zwiększona zgodność dozymetryczna nowoczesnych technik leczenia, takich jak IMRT i VMAT, stworzyła zwiększone wymagania dotyczące dokładności wyznaczania targetów przy wsparciu informacji obrazowej z różnych modalności. Aby dokładnie zapewnić wysoką konformalność leczenia, potrzebna jest precyzyjna definicja guza i OAR (organy ryzyka). Jest to główny powód, dla którego MRI znalazło zastosowanie w planowaniu radioterapii. Najczęściej obrazowanie TK nadal stanowi główną i referencyjną modalność obrazową. Obrazowanie w rezonansie magnetycznym (MRI) jest coraz częściej wykorzystywane w planowaniu radioterapii (RT). Wynika to z lepszego kontrastu tkanek miękkich w porównaniu z obrazowaniem w tomografii komputerowej (TK). Z punktu widzenia zastosowania obrazowania w planowaniu leczenia i potrzeb radioterapii w tym zakresie, w zasadzie pożądana byłaby możliwość całkowitego zastąpienia symulatora TK odpowiednim skanowaniem MRI. (TG-101) (AAPM) zajmująca się stereotaktyczną RT ciała stwierdza, że MRI jest złotym standardem w wizualizacji guzów mózgu i „jest coraz częściej stosowany w zastosowaniach SBRT, w tym raka prostaty, guzów kręgosłupa, piersi i guzów litych jamy brzusznej”. Jednak z uwagi na kwestię dotyczącą zapewnienia dokładności geometrycznej i wymóg oszacowania gęstości elektronowej do obliczeń dawki, w praktyce obrazowanie MRI jest używane głównie w fuzji ze skanem uzyskanym na symulatorze TK.

EN

The increased dosimetric compatibility of modern treatment techniques, such as IMRT and VMAT, has created greater requirements for the accuracy of targeting based on the image information provided from different modalities. Accurate tumour and OAR definition is needed to ensure accurately high conformity of treatment. This is the main reason that MRI has found place in radiotherapy planning. Still, CT imaging continues to be the main and reference imaging modality in this field, however MRI has been increasingly used in radiotherapy (RT) planning. This is due to the better soft tissue contrast compared to CT scans. It would be desirable in principle to be able to completely replace the CT simulation with an appropriate MRI acquisition. (TG-101) (AAPM) for stereotactic body RT states that MRI is the gold standard for visualizing brain tumours and “is increasingly used in SBRT applications including prostate cancer, spinal tumours, breast and abdominal solid tumours.” However, due to the problem of ensuring geometric accuracy and the requirement to estimate the electron density for dose calculations, in practice MRI imaging is mainly used a registered with a CT simulation for marking up targets and OARs and planning purposes.

3

Radioterapia protonowa. Cz. 5, Pozycjonowanie pacjenta w radioterapii protonowej nowotworów zlokalizowanych poza narządem wzroku

Mikołajski Tomasz, Dziechciarz Weronika, Rydygier Marzena, Radolińska Monika, Kopeć Renata

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2022

|

Vol. 11, nr 5

381--387

PL

Radioterapia protonowa, dostępna w Polsce od 2011 roku, wymaga szczególnie dokładnego pozycjonowania pacjenta ze względu na fizykę wiązki protonowej. Unieruchomienia stosowane dla pacjentów, napromienianych z powodu nowotworów zlokalizowanych w okolicy mózgowia czy też głowy/ szyi, nie odbiegają znacząco od unieruchomień stosowanych w nowoczesnych metodach radioterapii fotonowej. Jednakże wykorzystywane zestawy unieruchomień indywidualnych muszą zapewnić jak najwierniejsze codzienne odtworzenie pozycji terapeutycznej pacjenta, aby przeprowadzane napromienianie mogło być jak najbardziej konformalne. Szereg czynności – od wykonania unieruchomienia, poprzez obrazowanie i weryfikację pozycji pacjenta – ma finalnie na celu zapewnienie jak najmniejszej toksyczności leczenia przy zachowanej jego radykalności. W niniejszym artykule przedstawiono elementy składające się na indywidualny zestaw unieruchomień pacjenta oraz przybliżono procedury obrazowania i weryfikacji pozycji pacjenta, z uwzględnieniem różnic między radioterapią protonową a konwencjonalną radioterapią fotonową.

EN

Proton beam therapy has been available in Poland since 2011. Patients with brain tumors or head and neck tumors are immobilized in a very similar way to the patients undergoing photon radiotherapy. However, the individual immobilization sets used must ensure that the patient’s therapeutic position is reproduced as closely as possible on a daily basis, so that the irradiation can be as conformal as possible. Each activity, from immobilization, through imaging and verification of the patient’s position, is aimed at ensuring the minimum toxicity of treatment while maintaining its radicality. This article presents the components of an individual patient immobilization set, introduces imaging and patient position verification procedures, and presents the differences between proton radiotherapy and conventional photon radiotherapy.

4

Radioterapia protonowa. Cz. 4, Wstęp do planowania leczenia

Garbacz Magdalena, Foltyńska Gabriela, Rydygier Marzena, Krzempek Dawid, Kopeć Renata

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2022

|

Vol. 11, nr 4

269--34

PL

Planowanie leczenia w radioterapii protonowej w niektórych aspektach będzie różnić się od planowania z zastosowaniem wiązek fotonowych ze względu na różnice we właściwościach fizycznych obu tych wiązek. Występujący dla wiązek protonowych pik Bragga daje możliwość ograniczenia dawki za zmianą nowotworową, ale wpływa również na strategię wyboru wiązek, która będzie bezpieczna dla pacjenta. Pojawiają się również inne metody obliczeń dawki, techniki napromieniania pacjenta oraz optymalizacji planów leczenia. Narzędzia obliczeniowe rozkładów dawki stosowane w praktyce klinicznej muszą zapewniać dużą dokładność i zgodność obliczeń z danymi eksperymentalnymi w celu minimalizacji niepewności zasięgu wiązki protonowej. Obecne systemy do planowania leczenia w większości bazują na algorytmach analitycznych, ale pojawiają się również systemy oferujące symulacje transportu cząstek oparte o metody Monte Carlo. Dodatkowo kody transportu promieniowania pozwalają uwzględnić wpływ innych wielkości fizycznych na rozkład dawki, w tym względną skuteczność biologiczną wiązki protonowej. W niniejszej pracy zostaną przedstawione najważniejsze aspekty w planowaniu leczenia wiązkami protonowymi wraz z dyskusją aktualnych problemów i strategii ich rozwiązywania.

EN

Treatment planning in proton radiotherapy, in some aspects, will differ from planning with photon beams, due to differences in the physical properties of these two beams. The Bragg peak that occurs for proton beams provides an opportunity to reduce the dose behind the tumor, but it also affects the strategy for selecting beams that will be safe for the patient. Other methods of dose calculations, patient irradiation techniques and optimization of treatment plans are also appearing. Dose distribution calculation tools used in clinical practice must ensure high accuracy and compatibility of calculations with experimental data to minimize proton beam range uncertainty. Current treatment planning systems are mostly based on analytical algorithms, but systems offering particle transport simulations based on Monte Carlo methods are also being developed. In addition, radiation transport codes make it possible to take into account the influence of other physical quantities on dose distribution, including the relative biological effectiveness of the proton beam. This review will present the most important aspects in proton treatment planning, along with a discussion of current problems and strategies for solving them.

5

Porównanie planów leczenia raka gruczołu krokowego w t echnice VMAT optymalizowanych ręcznie i przy pomocy algorytmu RapidPlan z funkcją Aperture Shape Controller

Półtorak Michał, Świerczyński Maciej, Czyżew Beata, Weinert Bartosz, Pawłów Katarzyna, Goraj Magdalena, Rolski Wojciech

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2022

|

Vol. 11, nr 6

503--509

PL

Automatyczne planowanie znalazło swoje zastosowanie między innymi w teleradioterapii. Dzięki tej funkcjonalności użytkownicy dostali możliwość podniesienia jakości procesu przygotowania planu leczenia. Firma Varian Medical Systems (VMS) wprowadziła narzędzie o nazwie RapidPlan (RP) zintegrowane z systemem planowania leczenia Eclipse. W pracy wykorzystano tomografię komputerową do planowania leczenia 50 pacjentów z rakiem gruczołu krokowego. Porównano 250 planów opracowanych przez grupę Fizyków z planami wykonanymi za pomocą modułu RP z zastosowaniem funkcji Aperture Shape Controller (ASC) z podziałem na ASC:OFF, VeryLow, Moderate, VeryHigh. W badaniu zostały porównane rozkłady dawek w objętościach tarczowych Planning Target Volume (PTV) oraz dawki w narządach, takich jak: odbytnica, pęcherz, główki kości udowych. Dla PTV przeanalizowano parametry, takie jak: V95%, D2%, odchylenie standardowe oraz stosunek objętości izodozy 50% do objętości PTV. Dla narządów krytycznych, takich jak pęcherz oraz odbytnica, zostały porównane następujące parametry: Dśr, V50%, V50Gy, natomiast dla główek kości udowych zostały przeanalizowane D2%, V30%, V40%, V50%. Dodatkowo porównano objętości w cm3 V25%, V50%, V70%, V90% dawki przepisanej. W celu sprawdzenia, czy różnice w opisanych wyżej grupach są istotne statystycznie, wykonano test t-Studenta dla prób niezależnych. Do zbadania, czy dane podlegają rozkładowi normalnemu, użyto testu Shapiro-Wilka. Dla danych, które nie podlegały rozkładowi normalnemu, przeprowadzono nieparametryczny test U Manna-Whitneya. W przypadku dawki w objętościach tarczowych parametr V95% > 98% spełniał kryteria zarówno dla planów w grupie Fizycy, jak i planów RP. W przypadku pęcherza oraz odbytnicy uśrednione parametry Dśr, V50%, V50Gy [%], V50Gy [cm3] są wyższe w grupie Fizycy w porównaniu z planami z użyciem RP. Natomiast parametry, takie jak D2%, odchylenie standardowe, stosunek objętości izodozy 50% do objętości PTV, są wyższe w grupie planów RP. Objętości w cm3 – V25%, V50%, V70%, V90% dawki przepisanej są wyższe w grupie Fizycy. W oparciu o uzyskane wyniki wykazano, że plany wygenerowane za pomocą RP osiągają zadowalające rezultaty i mogą być stosowane klinicznie z użyciem funkcji ASC: OFF.

EN

Automatic planning has found its application among others in teleradiotherapy. Thanks to this functionality, users received the opportunity to improve the quality of the process of preparing a treatment plan. Varian Medical Systems (VMS) introduced a tool called RapidPlan (RP) integrated with the Eclipse treatment planning system. Computed tomography of 50 patients with prostate cancer was used in the study. 250 plans made by a group of Physicist were compared with plans made by using the RP module with the Aperture Shape Controller (ASC) divided into: ASC:OFF, VeryLow, Moderate, VeryHigh. The study compared dose distribution in Planning Target Volume (PTV) and dose distributions in organs such as: rectum, bladder, femoral heads. PTV parameters were analyzed such as: V95%, D2%, standard deviation and the ratio of the volume of isodose 50% to the PTV volume. For organs at risk such as bladder and rectum, the following parameters were compared: Dmean, V50%, V50Gy, and for femoral heads: D2%, V30%, V40%, V50%. In addition, volumes in cm3 V25%, V50%, V70%, V90% of the prescribed dose were compared. In order to check statistically significant differences in the groups described above Student’s t-test was performed for independent samples. The Shapiro-Wilk test was used to check if the data are normally distributed. For data that is not normally distributed the U Manna-Whitneya test was performed. In the case of a dose in target volumes, the V95% > 98% parameter met the criteria for both plans in the Physicist group and plans in the RP group. For bladder and rectum, average parameters such as Dmean, V50%, V50Gy [%], V50Gy [cm3] are higher in the group of Physicist compared to plans with the use of RP. Parameters such as D2%, standard deviation, the ratio of isodose 50% volume to PTV volume is higher in the group of RP plans. Volume in cm3 – V25%, V50%, V70%, V90% of the prescribed dose are higher in the Physicist group. Based on the obtained results, it was shown that the plans generated using RP achieve satisfying results and can be used clinically with the ASC:OFF function.

6

Planowanie i realizacja leczenia radioterapeutycznego dla nowotworu piersi po rekonstrukcji (DIEP flap reconstruction) – cele i ograniczenia – analiza przypadku

Oborska-Kumaszyńska Dominika, Jaganathan Arun, Kirby Anna, Kothandan Dhana Jayan, Mendes Alison

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2022

|

Vol. 11, nr 4

289--298

PL

Radioterapia adjuwantowa w raku piersi jest standardowym leczeniem stosowanym w celu poprawy miejscowej kontroli guza i całkowitego przeżycia. W przypadku radioterapii gruczołu piersiowego, gdy objętości tarczowe (CTV, PTV) przylegają do skóry lub znajdują się w jej bezpośrednim sąsiedztwie, lub nastąpiła infiltracja skóry przez nowotwór, wymagane jest pokrycie dawką terapeutyczną obszarów znajdujących się blisko powierzchni skóry i skóry właściwej. Aby uniknąć braku pokrycia targetu w tym obszarze, można wziąć pod uwagę użycie bolusa (materiału ekwiwalentnego w tkance). Zastosowanie bolusa w celu uzyskania efektu wzmocnienia dawki powierzchniowej może być obciążone nierównomiernym kontaktem z powierzchnią skóry ze względu na sztywną/półsztywną naturę bolusa i nieregularność powierzchni ciała pacjenta w obszarze leczenia (powstawanie obszarów powietrznych między bolusem a skórą). Ten artykuł jest poświęcony jednemu przypadkowi klinicznemu, który stał się podstawą do przeprowadzenia procesu analizy procedury przygotowania do leczenia, planowania leczenia i wyboru zastosowanej techniki leczenia. Przejrzano publikacje, które wsparły proces decyzyjny, balansując pomiędzy akceptowalnością rozwiązań, kliniczną i personalną sytuacją pacjentki oraz kryteriami pozwalającymi ocenić, że przyjęte rozwiązanie zapewni dostarczenie leczenia w zakresie zaakceptowanych przez klinicystę parametrów dotyczących rozkładów dawki i limitów dla OARs. Pacjentka po rekonstrukcji piersi DIEP flap wymagała zastosowania bolusa w leczeniu radioterapeutycznym. Intencją było użycie techniki VMAT i 5 mm bolusa, DIBH, z przypisaną dawką całkowitą 40 Gy do obszaru zrekonstruowanej piersi i węzłów chłonnych pachowych (poziom 1-4) oraz 48 Gy do obszaru węzłów zamostkowych (IMC) (symultanicznie) w 15 frakcjach. Ponieważ pacjentka nie wyraziła zgody na leczenie w 15 frakcjach, zaproponowano jej schemat frakcjonowania 26 Gy w 5 frakcjach do obszaru zrekonstruowanej piersi i węzłów chłonnych pachowych oraz symultanicznie 30 Gy w 5 frakcjach do obszaru IMC. Zgodnie z o bowiązującym p rotokołem k linicznym d la t echniki VMAT symulacja pacjentki została wykonana z 5 mm bolusem umieszczonym w obszarze przewidzianym do leczenia. Podczas przeglądu skanów symulacyjnych przez fizyków (peer review) okazało się, że bolus w wielu obszarach tworzy z powierzchnią skóry duże i nieregularne obszary braku przylegania. Wykonano planowanie leczenia, zarówno w technice VMAT, jak i 3D IMRT w celu ich porównania do wsparcia dalszych decyzji w zakresie procedowania leczenia radioterapeutycznego. Na podstawie dostarczonych danych klinicysta podjął decyzję o leczeniu pacjentki przy użyciu planu 3D IMRT, co w jego ocenie pozwalało z punktu widzenia klinicznego na osiągnięcie efektu terapeutycznego przy zastosowaniu planu mniej wrażliwego na zmianę dawki powierzchniowej. Porównano plany wykonane na symulacyjnym TK i na rekonstrukcji CBCT z pierwszej sesji terapeutycznej. Porównanie potwierdziło, że przyjęte rozwiązanie pozwoliło na dostarczenie leczenia niewprowadzającego znaczących kompromisów do zaakceptowanych przez klinicystę parametrów dotyczących rozkładów dawki i limitów dla OARs.

EN

Adjuvant radiotherapy in breast cancer is the treatment method used to improve local tumour control and overall survival. When the target volumes (CTV, PTV) adhere to the skin or they are in its immediate vicinity, or the skin has been infiltrated by cancer, a therapeutic dose close to the skin surface and the skin itself is required. The bolus placed on the treated area may be considered as a tissue-equivalent material to ensure dose coverage of the target in this area. Due to the material’s rigid/semi-rigid nature, undesirable air gaps may occur beneath it because of the irregularity of the body surface. Such air gaps may alter the surface dose, reducing the bolus enhancement effect, and adversely affecting the treatment outcome. The surface dose due to bolusemitted electrons depends on the energy of the photon, the presence, and dimensions of air gaps, field sizes, and bolus thickness. The purpose of this study is to show the decision tree and analysis carried out on the base of a clinical case (the patient with breast cancer) regarding radiotherapy treatment planning, the selection of treatment technique, and the delivery of this treatment. The decision-making process considered reviewed references, the patient’s clinical and personal situation, acceptability of the considerations. The implementation of this process supported the identification of the criteria allowing the assessment chosen treatment technique in the scope of clinician-approved parameters regarding dose distribution and constraints for OARs as well as the treatment delivery. A patient after DIEP flap reconstruction required bolus placement during radiotherapeutic treatment. The initial clinical intention was to refer the patient for the RT treatment using VMAT technique with 5 mm bolus, DIBH technique, and a total dose of 40 Gy prescribed to the reconstructed breast and axillary lymph nodeS (level 1-4) and 48 Gy to the IMC area in 15 fractions. Taking into account patient-related circumstances there the dose prescription was proposed: 26Gy in 5 fractions to the areas of the reconstructed breast and axillary lymph nodes, and 30Gy in 5 fractions to the IMC area. Following the approved clinical protocol for the VMAT technique of breast radiotherapy treatment, the patient was CT simulated with the 5 mm bolus placed on the treated reconstructed breast area. During a peer review of the simulation scans, irregular and relatively large air gaps were noticed between the bolus and skin surface. Treatment planning was performed, both using the VMAT and 3D IMRT techniques to compare and support further decisions in the scope of radiotherapy treatment. Based on the data provided (dose distribution for PTVs, surface dose, OARs constraints, DVHs), the 3D IMRT plan was chosen with acceptable compromise related to the dose distribution for targets, comparable doses of OARs and as more rigid and resistant to bolus placement uncertainty. The plans for both techniques were re-calculated using the CBCT reconstruction from the first treatment session and compared with the original plans. This confirmed that the chosen 3D IMRT plan allowed delivery of the treatment without compromising the clinician-accepted dose distribution and limits for OARs.

7

Metody optymalizacji wielokryterialnej w planowaniu leczenia w radioterapii

Oborska-Kumaszyńska Dominika, Jaganathan Arun

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2021

|

Vol. 10, nr 3

243--252

PL

Planowanie leczenia w radioterapii wiąże się z podstawowymi z natury tego procesu kompromisami między kontrolą guza (homogenność rozkładu dawki, konformalność rozkładu dawki, pokrycie targetu przypisaną dawką) a oszczędzeniem normalnej/zdrowej tkanki, między wydajnością czasową tego procesu i jakością rozkładu dawki oraz między jakością planu nominalnego a stabilnością. Przy uwzględnieniu złożoności procesu planowania leczenia oraz kontradykcyjnych kompromisów narzędziami wspomagającymi osiągnięcie celów są metody wielokryterialnej optymalizacji wbudowane w systemy planowania leczenia. Znalezienie wartości wag w stosunku do parametrów optymalizacyjnych dla targetów i ograniczeń poza tymi targetami, które kondensują wszystkie wymagania kliniczne w jednej liczbie, nie jest procesem trywialnym. To co na pewno komplikuje rozwiązanie tego zagadnienia, to fakt, że wagi nie mają bezpośredniej interpretacji klinicznej, a ponadto przy ich doborze nie jest wiadomo, jak realistyczne jest osiągnięcie celów tej optymalizacji. Planowanie radioterapii wiąże się z nieodłącznymi kompromisami: podstawowym celem leczenia nowotworów wystarczająco wysoką, jednolitą lub modulowaną zgodnie z przypisaniem dawką, co pozostaje w sprzeczności z zerową dawką w obszarze zdrowej tkanki. Zrozumienie tych kompromisów w pojęciu optymalizacji w poszczególnych przypadkach można uzyskać, obliczając dla każdego pacjenta bazę danych optymalnych planów Pareto. Plan leczenia jest optymalny w sensie Pareto, jeśli jest wykonalny i nie ma innego wykonalnego planu, który byłby lepszy w co najmniej jednym wymiernym kryterium. Zbiór wszystkich takich planów, które spełniają to kryterium nie dominacji, stanowią optymalną powierzchnię Pareto, a rozwiązania są Pareto optymalnymi. W artykule opisane zostały dwa przypadki targetu o kształcie polygonalnym/torusa, otaczającego OAR – targetem był kręg kręgosłupa, a OAR (Organ at Risk) – rdzeń kręgowy. W ramach procesu planowania leczenia przeprowadzono analizę najlepszego możliwego podejścia do planowania leczenia radioterapią w przypadku wielopoligonowych PTV z ograniczeniem dawek dla OAR metodą opartą o optymalizację wielokryterialną i podejmowanie decyzji w oparciu o adaptacyjną warstwową aproksymację (DMAS – Decision Making Adaptative Sandwiching Approximation Method ).

EN

Treatment planning in radiotherapy involves the fundamental trade-offs inherent in this process between tumor control (dose distribution homogeneity, dose distribution conformity, target coverage) and normal tissue sparing, between the time efficiency of this process and the quality of the dose distribution, and between the quality of the plan. nominal plan and stability. Methods of multi-criteria optimization, built into treatment planning systems (TPSs) can provide solutions for the complexity of the treatment planning process, contradictory compromises, and support the achievement of goals.. Finding weights for optimization parameters for targets and constraints beyond those targets that condense all clinical requirements into a single number is not a trivial process. What certainly complicates the solution of this problem is the fact that the weights do not have a direct clinical interpretation. Moreover, when selecting them, it is not known how realistic it is to achieve the goals of optimisation. Planning radiotherapy involves inherent trade-offs: the primary goal of cancer treatment with high enough, uniform or modulated dose, which is at odds with zero in normal tissue. Understanding these trade-offs in the concept of optimization can be approached by computing a database of optimal Pareto plans for each patient. A treatment plan is Pareto optimal if it is feasible and there is no other feasible plan that is better at least on one measurable criterion. The set of all such plans that meet this non-dominance criterion constitutes the optimal Pareto area, and the solutions are Pareto optimal. The article describes two cases of a horseshoe/torus-shaped target surrounding an OAR (organ at risk) - the target was the vertebrae of the spine and the OAR was the spinal cord. The method of multi-criteria optimization and a decision making adaptive sandwiching approximation method (DMAS) were used as part of the treatment planning process, an analysis of the best possible approach in the case of multi-polygon PTV with dose limitation for OAR.

8

Procedury fizyczne przed wykonaniem terapii Gamma Knife

Kozłowska B., Antończyk-Szewczyk K., Mitek A.

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2018

|

Vol. 7, nr 5

351--354

PL

Współczesna medycyna oraz wysokie wymagania pacjentów stawiają duże wyzwanie nie tylko przed lekarzami, ale również przed fizykami medycznymi, którzy odpowiedzialni są m.in. za sprawne działanie urządzeń terapeutycznych oraz diagnostycznych. W celu weryfikacji poprawności działania urządzeń terapeutycznych wykonywane są testy kontrolne. W przypadku urządzenia Gamma Knife przeprowadza się testy dzienne, miesięczne oraz roczne. Istotnym testem jest test precyzji ogniska (geometryczny test QA oraz test Pin Point), a także dozymetria. Weryfikacja planów leczenia odbywa się przy użyciu niezależnego oprogramowania GammaKnifeCheck MuCheck v.9.2.0.

EN

Modern medicine and high requirements of patients pose a big challenge not only for doctors but also for medical physicists, who are responsible for the efficient operation of therapeutic and diagnostic devices. In order to verify the correct functioning of the therapeutic devices, control tests are performed. The Gamma Knife tests are the following: daily, monthly and yearly. An important test is the focus precision test (Geometric QA test and Pin Point test) and dosimetry. Verification of treatment plans is carried out using the independent software GammaKnifeCheck MuCheck v.9.2.0.

9

Kalibracja liczb tomograficznych na potrzeby planowania leczenia w radioterapii

Oborska-Kumaszyńska D., Northover D.

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2017

|

Vol. 6, nr 3

133--142

PL

Tomografia komputerowa (TK) stanowi źródło informacji obrazowej będącej podstawą współczesnego planowania leczenia w radioterapii. Celem planowania RT jest utworzenie rozkładu dawek, tak zapewnić jego homogenność w objętości tarczowej, przy jednoczesnym minimalizowaniu wpływu promieniowania na okoliczne narządy krytyczne. Jednym z podstawowych procesów przygotowania systemu planowania leczenia (SPL) do obliczania rozkładu dawek przy użyciu informacji obrazowej dla heterogennych ośrodków jest implementacja krzywej kalibracyjnej, wiążącej wartości HU z masową lub elektronową gęstościąmateriałów. Dane niezbędne do jej wyznaczenia zostały zebrane dla 6 protokołów skanowania/rekonstrukcji, dla zestawu materiałów z zakresu gęstości wynikających z anatomicznej budowy pacjenta oraz trzech materiałów o wysokiej gęstości dla implantów: aluminium, tytan, stal chirurgiczna, umieszczonych w fantomie CIRS. Pomiary wykonano dla dwóch tomografów, dla dwóch fantomów CIRS w celu walidacji uzyskanych wyników i porównano je dodatkowo z pomiarami z innego ośrodka. Po przeprowadzeniu oceny wpływu różnych parametrów skanowania i rekonstrukcji oraz położenia obiektów testowych na uzyskiwane wartości liczb tomograficznych, wyznaczono wartości średnie HU dla poszczególnych materiałów ze wszystkich układów pomiarowych. Związano je z gęstościami masowymi i wprowadzono krzywą kalibracyjną do SPL. Ostatnim etapem weryfikacji było przeprowadzenie testów end-to-end i potwierdzenie pomiarami dozymetrycznymi, że wprowadzone dane do SPL zapewniają właściwe obliczenia dawki. Wyniki potwierdziły słuszność przyjętego rozwiązania w zakresie tolerancji +/- 1.5% dla zmierzonej dawki względem obliczonej . W artykule przedstawiono proces kalibracji liczb tomograficznych vs gęstości masowe na potrzeby implementacji w SPL.

EN

Modern radiotherapy plannings based on CT image information. A purpose of RT planning is to calculate a dose distribution to ensure homogeneity of it in a target volume and minimize an impact of radiation on surrounding OARs. An one of a basic processes for a preparation of a treatment planning system (TPS) to calculate the dose distribution using the imaging information of heterogeneous objects/materials is an implementation of a calibration characteristic correlating HU with a mass or electron density of the materials. Data required to obtain this characteristic was collected for 6 clinical protocols/reconstructions. This was donefor a set of materials with densities represented human body tissues and three high density materials: aluminum, titanium, stainless steel. They were placed in a CIRS phantom. Measurements were made for two CTs, two CIRS phantoms to validate obtained results. They also were compared with measurements received from another centre. A calibration data (mass density) = f (HU) was implemented into the TPS after evaluation of an impact of the scan and reconstruction parameters, location of the test objects in the phantom in the CT image reconstructions. The end-to-end tests were done as the last step of a verification and confirmation of accuracy of the data entered to the TPS. The obtained results were in 1.5% accepted tolerance. The calibration process of CT numbers vs mass density has been described in the article.

10

Simplification of breast deformation modelling to support breast cancer treatment planning

Danch-Wierzchowska M., Borys D., Bobek-Billewicz B., Jarzab M., Swierniak A.

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

2016

|

Vol. 36, no. 4

531--536

EN

The exact delineation of tumour boundaries is of utmost importance in the planning of cancer therapy, either surgery or pre- or post-operative radiation treatment. In the case of breast cancer one of the most advanced modalities is magnetic resonance imaging (MRI). Although MRI scans provide wealth of information about the structure of a tumour and the surrounding tissues, the data obtained represent the patient in a prone position, with breast, in a coil while surgery is performed in a supine position, on lying breast. There is no doubt that a patient's breast in both positions has a different shape and that this influences the intra-breast relations. Our present preliminary study introduces a simple breast model developed from prone images. The model should be built rapidly and by a simple procedure, based only on essential structures, and the goal is to prove its usefulness in treatment planning.

11

Wiedza pacjentek i personelu medycznego na temat raka gruczołu piersiowego w określonej grupie wiekowej

Jędrzejewska M., Węckowski B., Jankowski P.

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2015

|

Vol. 4, nr 1

18--22

PL

Rak piersi staje się coraz większym problemem społecznym. Obecnie na nowotwór chorują coraz młodsze kobiety, nawet krótko po 30. roku życia. W artykule przedstawiono stan wiedzy pacjentek i personelu medycznego na temat raka gruczołu piersiowego.

EN

Breast cancer becomes a frequent social problem. Nowadays, women suffer from cancer at an increasingly young age, even just after 30 years old. The actual state of knowledge of patients and medical personnel, concerning the carcinoma of the mammary gland, was introduced in the article.

12

Polimery w teleradioterapii

Łukowiak M., Fray M. el, Piątek-Hnat M., Lewocki M.

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2015

|

Vol. 4, nr 1

29--32

PL

W artykule przedstawiono przykłady zastosowań materiałów polimerowych do celów klinicznych w teleradioterapii oraz zwrócono uwagę na potrzebę interdyscyplinarnego podejścia i współpracy pomiędzy jednostkami klinicznymi a ośrodkami naukowymi w celu zapewnienia wysokiej jakości realizowanego leczenia.

EN

The examples of polymer materials applications in teleradiotherapy, were introduced in the paper. The necessity of interdisciplinary approach and cooperation between the clinical and research centers, to ensure high quality of treatment, were underlined.

13

Ocena wpływu małych dawek – nieterapeutycznych – na czynność bioelektryczną mózgu u pacjentów napromienianych w rejonie głowy i szyi. Doniesienie wstępne

Łukowiak M., Jezierska K., Podraza H., Podraza W., Lewocki M.

Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna

|

2015

|

Vol. 21, nr 1

16--23

PL

W ostatnich latach radiobiolodzy we współpracy z fizykami medycznymi i radioterapeutami próbują oszacować toksyczność małych dawek promieniowania jonizującego na zdrowe tkanki znajdujące się w sąsiedztwie obszarów eksponowanych na wysokie dawki terapeutyczne. Poniższa praca jest próbą oszacowania wpływu małych dawek, w zakresie od 50 do 1000 cGy, na obszar mózgowia u pacjentów poddawanych radioterapii w obszarze głowy i szyi, na podstawie zapisu czynności bioelektrycznej mózgu zarejestrowanego przed i po leczeniu. W badaniu analizowane są dwa schematy napromieniania pacjentów techniką IMRT (ang. Intensity-Modulated Radiation Therapy), różniące się liczbą wiązek terapeutycznych oraz kątami ich wejścia.

EN

In the last years, radiobiologists together with medical physicists and radiotherapeutists try to estimate the toxicity of low doses ionizing radiation on healthy tissue located near the regions exposed to high therapeutic doses. This work presents an attempt to examine the low doses ionizing radiation in range of 50 to 1000 cGy brain tissue in patients irradiated in head and neck region by exploiting the bioelectric brain signals registered before and after the treatment. Two modes of Intensity-Modulated Radiation Therapy (IMRT) irradiation, with various numbers of therapeutic beams and input angles, were analysed.

14

Zastosowanie tomografu komputerowego w planowaniu rozkładu dawki w radioterapii

Hawrylewicz L., Dolla Ł., Garbacik S., Osewski W., Ślosarek K.

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2014

|

Vol. 3, nr 3

123--128

PL

Tomografia komputerowa jest powszechnie stosowana we współczesnej medycynie. Obrazowanie dwu- i trójwymiarowe oraz informacje o gęstości badanych tkanek sprawiają, że metoda ta jest przydatnym narzędziem w planowaniu rozkładu dawki w radioterapii. Tomografy komputerowe dedykowane do takich celów są wyposażone w dodatkowe opcje sprzętowe i programowe. Umożliwiają przeprowadzenie badania pacjenta w pozycji terapeutycznej o zakresie badania rzędu 190 cm. Średnica tunelu tomografu nie może być mniejsza niż 80 cm, a nośność stołu przynajmniej 200 kg. Zastosowanie dodatkowego systemu laserów umożliwia wykonanie wirtualnej symulacji, a system bramkowania oddechowego pozwala napromieniać chorego w korelacji z cyklem oddechowym. Tomografy komputerowe dedykowane do planowania leczenia muszą dysponować dodatkowym oprogramowaniem, np. redukującym artefakty związane z obecnością materiałów o dużej gęstości w obszarze badanym. W pracy omówiono także różnice pomiędzy urządzeniami diagnostycznymi i przeznaczonymi do kalkulacji dawki.

EN

One of the key elements of the success of treatment using ionizing radiation is to define the volu me occupied by the tumor cells. No precise designation of such an area causes the radiation dose will be deposited in the place where there are no cells. As a result of this topographical error well record the failure of therapy with a high degree of probability. Therefore, a clear definition of the volu me to be treated is a key element in radiotherapy treatment planning. For this purpose, now routinely used for CT examination. To perform treatment planning in a way that takes into account the effects mentioned above the appropriate software is required to use and to define of data links between different diagnostic and therapeutic devices.

15

Wirtualna symulacja : nowy element procesu planowania radioterapii

Dolla Ł., Osewski W., Hawrylewicz L., Garbaciok S., Ślosarek K.

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2014

|

Vol. 3, nr 4

169--174

PL

Procesy związane z przygotowaniem pacjenta do radioterapii są bardzo czasochłonne i wymagają zachowania precyzji ułożenia chorego na każdym etapie przygotowania i realizacji terapii. Jednym z etapów jest symulacja warunków napromieniania, procedura sprawdzenia geometrii zaplanowanychwiązek promieniowania w stosunku do położenia struktur anatomicznych pacjenta. Jest ona wykonywana na dedykowanych do tego urządzeniach zwanych symulatorami rentgenowskimi. Od połowy lat dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku coraz częściej symulacja warunków napromieniania realizowana jest w czasie wykonywania badania tomografii komputerowej, będącej podstawą planowania rozkładu dawki w radioterapii. W tym celu wykorzystuje się dedykowane tomografy komputerowe wyposażone w odpowiednie oprogramowanie i doposażone w dodatkowy system laserów. Nowa procedura nazwana została wirtualną symulacją. Zastosowanie jej w praktyce klinicznej znacznie skraca proces przygotowania pacjenta do leczenia oraz zwiększa precyzję związaną z weryfikacją warunków leczenia pacjenta.

EN

The processes associated with the preparation of the patient for radiotherapy are time consuming and require a precise alignment of patient position at every stage of the treatment preparation and its realization. One of the steps is to simulate the irradiation conditions. It is performed in order to check the set-up of the planned radiation beam relative to the position of patient anatomical structures. For this purpose dedicated devices, called X-ray simulators are used. Since the mid-nineties of the last century, more and more simulations of the irradiation conditions are performed during computed tomography, which is the basis for dose distribution planning in radiation therapy. For this purpose dedicated CT scanners, equippedwith the appropriate software and upgradedwith additional systemof lasers, are used. This new procedure is called a virtual simulation. Its usage in clinical practice shortens the process of preparing the patient for treatment and increases the precision associated with the verification of the patient’s treatment conditions.

16

Hipertermia mikrofalowa w leczeniu chorób nowotworowych - problemy planowania leczenia i sterowania zabiegiem

Dębicki P.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2003

|

R. 49, nr 1

45-48

PL

W pracy, po przedstawieniu hipertermii jako metody terapeutycznej w leczeniu chorób nowotworowych, omówiono elementy współczesnego urządzenia do sterowania zabiegiem i planowania leczenia. Dalej omówiono sposoby symulacji komputerowej i stosowane zarówno na etapie poznawczo-konstrukcyjnym jak i w sterowaniu zabiegiem. Przed podsumowaniem omówiono praktyczne problemy badań klinicznych i eksperymentów na zwierzętach.

EN

Microwave hyperthermia as a therapeutic tool for cancer treatment was presented at the beginning. Later, elements of the modern hyperthermia device for treatment steering and planning were discussed. Different aspects of computer simulation were also presented as well as specific problems involved with clinical and animal tests.