Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

W poszukiwaniu najlepszego planu leczenia. Matematyczne podstawy optymalizacji wielokryterialnej i jej zastosowanie w radioterapii (Pareto-optymalność). Cz. 3, Zastosowanie teorii optymalizacji wielokryterialnej w planowaniu leczenia

Baranowska I., Kukołowicz P.

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2018

|

Vol. 7, nr 1

13--24

PL

W dwóch poprzednich częściach artykułu przedstawione zostały matematyczne aspekty teorii optymalizacji wielokryterialnej (MCO) oraz teoretyczny model optymalizacji MCO, na którym opiera się planowanie leczenia w IMRT. Przyjrzyjmy się teraz próbom praktycznego wykorzystania osiągnięć tejże teorii na gruncie radioterapii, posługując się odpowiednią literaturą przedmiotu. Publikacje z tego zakresu koncentrują się wokół dwóch głównych aspektów praktycznego zastosowania MCO w radioterapii, a mianowicie: – złożoności (czyli stopnia skomplikowania) problemu optymalizacyjnego w planowaniu leczenia, a zatem próby praktycznego radzenia sobie z ogromną liczbą zmiennych, ograniczeń, kryteriów oraz ich postacią matematyczną, która pociąga za sobą sposób rozwiązywania danego problemu; – trudności w eksploracji wielowymiarowych przestrzeni rozwiązań, czyli nawigacji po powierzchni Pareto w czasie rzeczywistym. W każdym z tych obszarów tematycznych mieści się wiele kwestii szczegółowych. Ograniczone ramy tego artykułu pozwalają na omówienie tylko kilku z nich, ale niezwykle istotnych z punktu widzenia fizyka medycznego zajmującego się planowaniem leczenia w IMRT.

2

Nowa metoda wykonywania bolusa u pacjentów napromienianych w rejonie głowy i szyi

Kukołowicz P., Czuchraniuk P.

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2018

|

Vol. 7, nr 3

211--215

PL

Ze względu na charakterystykę rozkładu dawki od wiązek fotonowych o energiach megawoltowych, tj. występowanie obszaru narastania dawki, w przypadku napromieniania zmian nowotworowych położonych płytko pod skórą szczególnie trudno jest uzyskać jednorodny rozkład dawki w zaplanowanym obszarze do napromieniania (Rys. 1) [1]. W takim przypadku uzyskanie jednorodnego rozkładu dawki w objętości tarczowej często wymaga zastosowania bolusa [2]. Bolus to dodatkowa warstwa absorbenta, w której deponowane są dawki z obszaru narastania dawki. Bolus jest najczęściej wykonany z materiału tkankopodobnego o gęstości zbliżonej do gęstości wody. Jest umieszczany na ciele pacjenta w obszarze napromienianym (Rys. 2). Dobre przygotowanie bolusa jest trudne i dość czasochłonne ze względu na: – krzywizny fizjologiczne i/lub deformacje pooperacyjne ciała, – ograniczenia związane z lokalizacją i pozycją terapeutyczną, która może utrudniać założenie bolusa, – stan kliniczny chorego – obrzęki, utratę wagi, – rozmiar bolusa – im większy, tym trudniej go precyzyjnie ułożyć. W celu zapewnienia odtwarzalności ułożenia pacjentów napromienianych w rejonie głowy i szyi powszechnie stosowane są maski termoplastyczne. W tym przypadku, gdy zachodzi konieczność użycia bolusa, producenci zalecają użycie bolusa termoplastycznego mocowanego na powierzchni maski termoplastycznej. Takie umieszczanie nie gwarantuje niestety dobrego przylegania bolusa do maski i tym samym do skóry pacjenta. Dodatkowo twardy bolus termoplastyczny jest niewygodny dla chorych, a niewielkie zmiany objętości tkanek pogarszają odtwarzalność ułożenia w masce. Celem pracy jest zaproponowanie nowej metody wykonywania bolusów, które u pacjentów napromienianych w rejonie głowy i szyi zapewniają znacznie lepsze przyleganie do ciała pacjenta. Polega ona na wykonywaniu bolusów żelowych pod maską termoplastyczną. Taka metoda została zaproponowana i wprowadzona do praktyki klinicznej w Zakładzie Radioterapii I w Warszawie w Centrum Onkologii-Instytucie. W pracy przedstawiona zostanie technologia przygotowywania bolusów umieszczanych pod maską. Zostaną omówione zalety i ograniczenia takiego bolusa oraz przedstawione wyniki kliniczne jego stosowania.

3

Toward a better prescription method for external radiotherapy

Mrozowska M., Kukołowicz P.

Polish Journal of Medical Physics and Engineering

|

2017

|

Vol. 23, Iss. 1

3--7

EN

Aim: The aim of the study was to compare several methods of dose prescription, the mean dose, the median dose, the effective dose and the generalized Equivalent Uniform Dose (gEUD). Background: The dose distribution in the planning target volume is never fully homogenous. Depending on the dose prescription method for the same prescribed dose different biologically equivalent doses are delivered. The latest ICRU Report 83 proposes to prescribe the dose to the median dose in the PTV. Several other methods are also in common use. It is important to know what are differences of doses actually delivered depending on the dose prescription method. Materials and methods: The study was performed for three groups of patients treated radically with external beams in Brzozow, over the 2012-2013 period. The groups were of patients with breast, lung and prostate cancer. There were 10 patients in each group. For each patient all metrics, i.e. the mean dose, the median dose, the effective dose and the generalized Equivalent Uniform Dose, were calculated. The influence of the dose homogeneity in the PTV on the results is also evaluated. The gEUD was used as a reference dose prescription method. Results: For all patients, an almost perfect correlation between the median dose and the gEUD was obtained. Worse correlation was obtained between other metrics and the gEUD. The median dose is almost always a little higher than the gEUD, but the ratio of these two values never exceeded 1.013. Conclusion: The median dose seems to be a good and simple method of dose prescription.

4

Testing of a sag of a dosimetry system rotating with a gantry using the interplay effect between detector motion and MLC motion

Morawska-Kaczyńska M., Dąbrowski R., Drozdyk I., Kukołowicz P.

Polish Journal of Medical Physics and Engineering

|

2017

|

Vol. 23, Iss. 2

21--28

EN

Purpose: An interplay between detector motion and MLC motion is a source of measurement error, when dose for dynamic arc is measured using a dosimetry system moving relative to the beam central axis during its rotation with a gantry. The purpose of this study is to develop and to evaluate a method of quantitative testing of a sag/flex of such dosimetry systems. Methods: The method is based on evaluation of relative differences between signals measured for two single arc beams, where a narrow slit field is sliding during gantry movement in opposite directions. The component of a measurement error related to the interplay effect was first assessed based on theoretical computer simulations and then on measurements for four dosimetry systems. The sag pattern of EPID and 2D array was extracted from the measurement results. Results: The simulations showed a 4 mm difference in field width and 3.3% difference in relative signals at beam axis between test beams where the slit field swept over 19 cm in opposite directions ( sinusoidal sag pattern with amplitude of 1 mm was assumed). The signal differences exceeding 4% and 5% were measured for EPID and 2D array, respectively. Conclusions: Even relatively small detector sag (less than 1 mm) can produce significant measurement error; therefore, the detector sag test should be an obligatory component of a validation of rotating dosimetry systems used for QA of dynamic arcs.

5

Prediction of the cumulated dose for external beam irradiation of prostate cancer patients with 3D-CRT technique

Giżyńska M., Blatkiewicz D., Czyżew B., Gałecki M., Gil-Ulkowska M., Kukołowicz P.

Nukleonika

|

2016

|

Vol. 61, No. 1

15--18

EN

Nowadays in radiotherapy, much effort is taken to minimize the irradiated volume and consequently minimize doses to healthy tissues. In our work, we tested the hypothesis that the mean dose distribution calculated from a few fi rst fractions can serve as prediction of the cumulated dose distribution, representing the whole treatment. We made our tests for 25 prostate cancer patients treated with three orthogonal fi elds technique. We did a comparison of dose distribution calculated as a sum of dose distribution from each fraction with a dose distribution calculated with isocenter shifted for a mean setup error from a few fi rst fractions. The cumulative dose distribution and predicted dose distributions are similar in terms of gamma (3 mm 3%) analysis, under condition that we know setup error from seven fi rst fractions. We showed that the dose distribution calculated for the original plan with the isocenter shifted to the point, defi ned as the original isocenter corrected of the mean setup error estimated from the fi rst seven fractions supports our hypothesis, i.e. can serve as a prediction for cumulative dose distribution.

6

Automatyczna generacja cech z wykorzystaniem anizotropowego trójwymiarowego algorytmu SIFT dla potrzeb segmentacji danych pochodzących z Tomografii Komputerowej

Skalski A., Szczotka A., Kędzierawski P., Kuszewski T., Kukołowicz P.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2015

|

R. 91, nr 5

25-28

PL

W artykule przedstawiono algorytm, w implementacji dla trójwymiarowych danych obrazowych, generacji punktów charakterystycznych oraz wektorów cech. Algorytm wykorzystuje anizotropowe rozszerzenie algorytmu SIFT. Zaproponowana metodologia została wykorzystana do określenia właściwości separacyjnych wektorów dla potrzeb segmentacji danych tomograficznych pacjentów z nowotworem prostaty. Właściwości separacyjne zostały potwierdzone na podstawie klasyfikacji techniką gRBF SVM z wykorzystaniem sprawdzianu krzyżowego.

EN

In the paper, a 3D version of algorithm generating points and feature vectors is shown. The algorithm is based on anisotropic implementation of SIFT technique. Proposed solution was used to define separation properties of vectors in CT data segmentation context. These properties were confirmed using gRBF SVM and cross-validation.

7

Model liniowo-kwadratowy w radioterapii

Kukołowicz P.

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2014

|

Vol. 3, nr 1

33--38

PL

Model LQ można wprowadzić na co najmniej dwa różne sposoby. W tej publikacji prezentuję wersję matematyczną (określenie autora), która z punktu widzenia formalizmu jest niezwykle elegancka i w istocie bardzo prosta. Absorpcja energii promieniowania jonizującego prowadzi do szeregu zmian w napromienianych komórkach, w tym do ich śmierci. Z punktu widzenia terapii właśnie śmierć komórek jest efektem najistotniejszym. Celem radykalnej radioterapii jest zabicie wszystkich komórek nowotworowych (klonogennych) i uniknięcie uszkodzeń tkanek, narządów prawidłowych.

8

5R radioterapii

Kukołowicz P., Dąbrowska E.

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2014

|

Vol. 3, nr 4

165--167

9

Analiza kształtu struktur anatomicznych jamy brzusznej dla potrzeb radioterapii nowotworu prostaty

Skalski A., Łągwa J., Kędzierawski P., Kukołowicz P.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2013

|

R. 59, nr 3

254--257

PL

W artykule przedstawiono algorytmy opisu kształtu, które mogą zostać wykorzystane do budowy wiedzy a priori, o którą można wzbogacić metody segmentacji danych medycznych. Opisana metodologia została wykorzystana do analizy kształtu struktur anatomicznych okolicy miednicy. Przeprowadzona analiza pozwoliła sprawdzić zmienność geometrii struktur anatomicznych istotnych z punktu widzenia radioterapii nowotworu prostaty, Zmienność kształtu organów oceniono zarówno: pomiędzy osobami w populacji chorych z nowotworem gruczołu krokowego jak i zmienność tych kształtów podczas procesu radioterapeutycznego u pacjenta.

EN

Prostate cancer is one of most frequently diagnosed cancer diseases among men population, especially in Europe and the USA. The number of fatal cases is also significant. It leads to many attempts to improve processes of the cancer diagnosis and therapy. One of most promising methods of treatment is radiation therapy. However, its proper planning requires contouring of every important structure on every slice obtained from the imaging equipment (in example a CT scanner), which is time-consuming for medical staff. To solve this problem, many efforts are made to construct algorithms of automatic segmentation of organs in 3D data. To provide the expected efficiency of such methods, a base of a priori knowledge about organs to be delineated is desired. In this paper we present shape description algorithms which could be used to collect the a priori knowledge, potentially able to improve the medical data segmentation methods. The described methodology was used in shape analysis of pelvic region structures, important for planning the prostate cancer radiation therapy, which included: GTV (Gross Tumor Volume), rectum, bladder and femoral heads. In this paper 5 different algorithms are presented. The first proposed method describes the shape of the analyzed organ with parameters (semi-axis lengths) of minimum-volume ellipsoid circumscribed on the structure. The other algorithms provide the information about the shape of the analyzedstructure as a distribution of chosen geometric quantity values (such as distance) between the groups of points randomly selected on its surface. The proposed algorithms were tested on the organ models reconstructed from the structures contoured on the images obtained from CT. As a result of the performed analysis, geometrical variability of the considered structures were specified. Variability of shapes of the analyzed organs was examined for the patients from the population group of men with diagnosed prostate cancer as well as for the single patient cases during radiation therapy.

10

Wyrok Trybunału Konstytucyjnego.: I co dalej?

Kukołowicz P.

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2013

|

Vol. 2, nr 4

189--192

PL

W ostatnich dniach lipca 2013 Trybunał Konstytucyjny uznał za niekonstytucyjne niektóre zapisy rozporządzenia Ministra Zdrowia z dnia 18 lutego 2011 r. w sprawie warunków bezpiecznego stosowania promieniowania jonizującego dla wszystkich rodzajów ekspozycji medycznej (Dz.U. nr 51, poz. 265 oraz z 2012 r. poz. 470 – dalej rozporządzenie). Orzeczenie to było bezpośrednim efektem wystąpienia z wnioskiem o stwierdzenie niekonstytucyjności niektórych zapisów rozporządzenia przez Rzecznika Praw Obywatelskich, a pośrednio efektem wniosku Polskiego Towarzystwa Fizyki Medycznej (PTFM) do Rzecznika Praw Obywatelskich. Jako prezes PTFM z radością przyjmuję wyrok Trybunału Konstytucyjnego. Równocześnie towarzyszy mi poczucie przygnębienia spowodowane tym, że do stwierdzenia tego faktu konieczne było zaangażowanie Rzecznika Praw Obywatelskich i Trybunału Konstytucyjnego. Niestety inne metody zawiodły. Mam nadzieję, że wyrok stworzy nową sytuację i otworzy Ministerstwo Zdrowia na autentyczny dialog ze środowiskiem fizyków medycznych. Środowisko to, szczególnie w zakresie radioterapii i medycyny nuklearnej, posiada ogromne doświadczenie i wiedzę, które powinny służyć bezpiecznemu stosowaniu promieniowania jonizującego.

11

Rozważania o dawce pierwotnej

Kukołowicz P.

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2013

|

Vol. 2, nr 3

143--146

PL

Z punktu widzenia dydaktycznego model wiązek fotonowych opisywany w kategoriach dawki pierwotnej i rozproszonej jest szczególnie użyteczny. Model ten można stosunkowo łatwo zastosować do obszarów, w których panuje równowaga elektronowa. Tam, gdzie nie jest spełniony warunek równowagi, opis znacząco się komplikuje. Z brakiem równowagi elektronowej mamy do czynienia np. w obszarze narastania dawki – to zagadnienie jest stosunkowo dobrze poznane. W niniejszym artykule przybliżę wiedzę dotyczącą obszarów, w których istnieje brak tzw. bocznej równowagi elektronowej.

12

Propozycje zmian w rozporządzeniu w sprawie bezpiecznego stosowania promieniowania jonizującego

Kukołowicz P.

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2013

|

Vol. 2, nr 1

7--11

PL

W niniejszym tekście odniosę się do rozporządzenia Ministra Zdrowia z dnia 18 lutego 2011 roku w sprawie bezpiecznego stosowania promieniowania jonizującego dla wszystkich rodzajów ekspozycji medycznej. Postaram się ukazać zarówno słabe, jak i mocne strony tego rozporządzenia. Ze względu na zakres moich zainteresowań zawodowych głównie odniosę się do rozdziału 6, który dotyczy radioterapii. Przywoływanie innych części rozporządzenia podyktowane jest faktem, że zapisy tam umieszczone mają wpływ na stosowanie promieniowania w radioterapii.

13

Ocena możliwego obciążenia akceleratora w kontekście liczby realizowanych procedur radioterapeutycznych

Walczak M., Kukołowicz P.

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2013

|

Vol. 2, nr 2

101--103

PL

Radioterapia jest procedurą, bez której współczesna walka z chorobą nowotworową byłaby niemożliwa. Jednocześnie analiza stanu radioterapii w Polsce uwidacznia zapotrzebowanie na dodatkowe akceleratory. Potwierdza to bardzo duża liczba chorych codziennie poddawanych napromienianiu.

14

Rola technika elektroradiologii w procesie radioterapii

Walczak M., Kukołowicz P.

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2012

|

Vol. 1, nr 3

105--108

PL

Zawód technika elektroradiologii uprawnia do obsługiwania urządzeń dedykowanych do celów medycznych, w tym również urządzeń wytwarzających promieniowanie jonizujące. Stosowanie promieniowania jonizującego było i jest do dzisiaj kojarzone głównie z diagnostyką medyczną, głównie rentgenowską. Młody człowiek, decydując się na naukę w studium medycznym na kierunku elektroradiologia, nie kojarzył go z pracą w obszarze radioterapii. W ostatnich latach ta sytuacja się zmienia. Dostrzegana jest rola techników elektroradiologii w procesie radioterapii. Nowoczesna radioterapia jest bardzo zaawansowana technologicznie. Rola techników nie ogranicza się jedynie do układania pacjentów w pozycji terapeutycznej. W tym tekście skupimy swoją uwagę na technikach pracujących w zakładach teleradioterapii.

15

Koncepcja Równoważnej Dawki Jednorodnej w radioterapii

Mrozowska M., Kukołowicz P.

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2012

|

Vol. 1, nr 4

149--151

PL

Głównymi założeniami radioterapii są uzyskanie kontroli miejscowej guza przy równoczesnej ochronie narządów krytycznych. Pierwszy cel osiągany jest w momencie zwalczenia komórek nowotworowych w procesie napromieniania pacjenta. Przyjmując założenia, że oddziaływanie promieniowania jest przypadkowe (proces stochastyczny), przeżycie pojedynczej komórki jest bardzo mało prawdopodobne oraz początkowa liczba komórek nowotworowych jest bardzo duża, prawdopodobieństwo uzyskania kontroli miejscowej PKM można wyrazić następującym wzorem: PKM=e−N(D) , gdzie (1) N(D) – oczekiwana liczba komórek, które przeżyły po podaniu dawki D.

16

Adaptacyjne metody napromieniania pacjentów z nowotworem gruczołu krokowego

Kukołowicz P., Piziorska M.

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2012

|

Vol. 1, nr 1

17--22

PL

Nowotwór gruczołu krokowego (NGK) jest najczęściej występującym nowotworem u mężczyzn [1]. Wybór metody leczenia jest uzależniony od stopnia zaawansowania choroby nowotworowej, wieku chorego, współistniejących chorób i często od preferencji pacjenta [2]. W leczeniu radykalnym miejscowo zaawansowanego NGK stosuje się leczenie chirurgiczne lub leczenie napromienianiem. Obecnie brakuje dowodów rozstrzygających, która metoda przynosi lepsze wyniki.

EN

The prostate cancer (PC) is the most frequent male neoplasm [1]. The selection of therapeutic method is dependent on the progression of neoplastic disease, age, coexisting ailments and the preferences [2]. In the PC radical treatment, the surgical methods, as well as the irradiation are applied. At present, there are no decisive evidence, which method reveals to be better.

17

Modelling the frequencies of chromosomal aberrations in peripheral lymphocytes of patients undergoing radiotherapy

Urbanik W., Kukołowicz P., Kuszewski T., Góźdź S., Wójcik A.

Nukleonika

|

2003

|

Vol. 48, nr 1

3-8

EN

Recently, several attempts have been undertaken to correlate in vitro calibration curves with observed frequencies of chromosomal aberrations and micronuclei in lymphocytes of patients undergoing radiotherapy. The aim of such correlations is the search for a biological method to reconstruct the dose received during radiotherapy. While the in vitro dose-response curves are linear-quadratic, the observed in vivo relationship is usually linear and there is some controversy as to the nature of the observed linearity. We have, therefore, constructed a model to calculate the frequencies and distributions of chromosomal aberrations in lymphocytes of patients undergoing conventional radiotherapy. The model assumes that each fraction of radiation induces a certain number of Poisson-distributed aberrations in the irradiated blood volume. In addition, a simplified assumption is made that lymphocytes flow freely inside the body of the patient and no elimination of cells occurs. The model yields linear dose response curves. The steepness of the curves increases with increasing size of irradiated block of tissue (referred to as irradiated volume) and increasing dose per fraction. The distributions of aberrations become increasingly overdispersed with increasing dose per fraction but are independent of the number of radiation fractions. The modelled dose-response curves agree well with the majority of published experimental results. Given the simple assumptions made, this indicates that cell elimination, which occurs during radiotherapy does not bias the results obtained experimentally. The linearity of the dose response-curve results from the fractionated irradiation. Hence, great care should be applied when attempting to use standard, linear-quadratic calibration curves to estimate the doses received by patients during radiotherapy.

18

Assessment of the quality of radiotherapy with the use of portal and simulation images - the method and the software

Chmielewski L., Kukołowicz P., Gut P., Dąbrowski A.

Journal of Medical Informatics & Technologies

|

2002

|

Vol. 3

MI171--179

EN

Quality assessment in external beam radiotherapy necessitates for an efficient and robust tool for comparing the planned and realised geometry of the treatment. Such a tool using the modified Hausdorff distance measure has been developed and successfully introduced to clinical practice. The majority of steps of the method are automatic. The user specifies the share of edge data extracted from the images to be used in calculations, not before, but after these calculations are actually performed. Thus, the results of the choice can be seen immediately. This mechanism makes the method extremely robust against partially erroneous or missing data.