Replacing Gamma Analyses with DVH Analyses for Individual Patient QA

116 Pages·2017·7.34 MB·English

UNIVERSIDADEDELISBOA
FACULDADEDECIÊNCIAS
DEPARTAMENTODEFÍSICA
Replacing Gamma Analyses
with DVH Analyses
for Individual Patient QA
Joana Maria dos Santos Boita
MestradoIntegradoemEngenhariaBiomédicaeBiofísica
PerfilemRadiaçõesemDiagnósticoeTerapia
Dissertaçãoorientadapor:
Prof. Dr. LuísPeraltaeDr. JoepStroom
2017

Learnfromyesterday,livefortoday,hopefortomorrow.
Theimportantthingisnottostopquestioning.
—AlbertEinstein

Acknowledgements
Firstly,IhavetomentionthatIamverygratefultotheChampalimaudFoundationforreceiving
me in the Radiotherapy Department. I have to thank Sandra and Joep for accepting, receiving
andaccompanyingmethroughoutmyinternship.
I am very thankful to my supervisor, Joep Stroom for all the help, patience, attention and
knowledge shared with me. Without you this project would have been very difficult to carry
out. Itwasapleasuretoworkwithyou.
IalsowouldliketothankMiltonRodriguesandMariaJoãoCardosoforallthehelp,timeand
patiencespentwithme.
ThankyoutoSunNuclear,mainlytoMiguelSequeira,EduardoSabinoandLukaszWlodar-
czykforaccompanyingmeandforalltheassistanceandknowledgesharedabout3DVH.
Thankyoutomyinternalsupervisor,ProfessorLuísPeraltafortheattention,helpandsup-
portalongthisproject.
Thank you to Tatiana Ladeira for sharing with me this journey, for integrating me in the
ChampalimaudFoundation,forthecompanyandallthetalks.
AbigthankyoutoallmyfriendsthatIhadtheopportunitytomeetduringthesefiveyears
whichendedsoquickly: myEBB’s,forsharingwithmethispathandforallthegreatmoments
that we spent together. I mainly have to thank my top10 and my informatics guys, for all the
moments, support and friendship, without you this journey would not have been the same. A
bigthankyouformytwogirls,InêsVeríssimoandIsabelMachadoBarradasforallthepatience,
support,company,helpandfriendship. Youwereagreathelpinachievingthisthesis.
IalsohavetothankmyBenefriends,mainlymygirlsMariaVicente,RafaelaSantos,Carolina
Paciência, Sofia Castelhano and Adriana Ribeiro, for all the support, constant presence, talks,
friendship and all the attempts to make me leave my house and have fun. A special thank you
for Eunice Vicente, for your constant presence, support and moments shared during all these
years.
A big, big thank you to my cousin Rita for all the hours spent reading and re-reading this
thesisandforallthehelp,conversationsandadvices.
Lastbutdefinitelynottheleast,tomyparentsandmybrothersabigandwarmthankyoufor
providing me all the experiences that I had the opportunity to live and mainly for the constant
support,helpandforalwaysbeingbymyside. Withoutyou,allofthiswouldnotbepossible.
i

Resumo
OtratamentodeRadioterapiapretendeatuarcontraumadasprincipaiscausasdemortemundial-
mentesentidas,ocancro. Essetratamentoconsisteemirradiarotecidodanificadocomelevada
dosederadiação,demodoacessaraproliferaçãodascélulascancerígenas. Omesmoérealizado
com a máxima de tentar proteger o melhor possível o tecido envolvente, de modo a minimizar
osefeitossecundáriosdotratamentonopaciente.
Ao longo dos últimos anos têm-se verificado inúmeros desenvolvimentos e mudanças na
formacomoaRadioterapiaseprocede,devidoaograndecrescimentotecnológicoocorrido.Tendo
sempreemmenteoobjetivodeminimizaradoseentreguenotecidosaudável,novastécnicasde
tratamentoforamdesenvolvidas,comoporexemplo,IMRT(Intensity-ModulatedRadiationTher-
apy) e VMAT (Volumetric-Modulated Arc Therapy), as quais permitem a irradiação mais precisa
do tecido cancerígeno, através da sua conformação por parte das folhas, um constituinte inte-
grantedoacelerador. Tambémforamdesenvolvidasnovastécnicasdeimagemquemelhoraram
tanto os processos de planeamento como o tratamento em si. Com o aparecimento de novos,
precisos e eficazes softwares e sistemas, também o planeamento do tratamento mudou. Assim,
emrespostaàsnecessidadesrequeridaspelaentradadenovosecomplexosmodosdetratamento
e sistemas utilizados, o processo de controlo de qualidade tornou-se essencial no planeamento
do tratamento. Com este processo pretende-se assegurar que o tratamento seja administrado
ao paciente da forma mais segura e precisa. O controlo de qualidade em IMRT, e neste caso,
específico a cada paciente, consiste numa medição do plano do paciente previamente realizado
recorrendo-se aos sistemas de planeamento próprios. Esta medição simula o tratamento e re-
quer sistemas específicos para a sua realização. Posteriormente procede-se a uma comparação
doquefoimedidocomoplaneado,demodoaverificarseexistemerrosnoplanoeseestepode
ser ou não aprovado para o tratamento. Como método de análise da distribuição de dose quer
no plano medido quer no planeado, é utilizada a análise gama que combina dois critérios, o de
diferença de dose e o de distância, para calcular as diferenças existentes entre a distribuição de
dose desses dois planos. No entanto, têm-se verificado alguma incoerências e falta de precisão
por parte desse método, questionando-se a sua capacidade para estimar a presença de efeitos
negativosclinicamenterelevanteseerrosnoplanodetratamentodopaciente.
NaFundaçãoChampalimaud,oprocessodecontrolodequalidadeespecíficoacadapaciente
em IMRT é realizado diariamente, utilizando a análise gama como método de avaliação da dis-
tribuição de dose e o ArcCHECK, desenvolvido pela Sun Nuclear Corporation, como sistema de
mediçãodedose.
Esteestudofoiefetuadodemodoamelhoraroprocessodecontrolodequalidaderealizadona
FundaçãoChampalimaud. Esseconsistiunotestedeumsoftware,3DVH,tambémdesenvolvido
ii
pelaSunNuclearCorporation,quepermiteavaliaradistribuiçãodedoserecorrendoàanálisecom
DVH,DoseVolumeHistogram, ométodopromissorequepretendesubstituiraanálisegamano
processodecontrolodequalidade. DVHconsistenumgráficoquerelacionaadoseentreguepor
volume(empercentagem)decadaestruturaanalisada.
Para cumprir o principal objetivo deste estudo, foram feitos dois testes: um com campos
quadradosabertos,eosegundocomplanosdetratamentodepacientes. Seisplanosdepacientes
foram usados, cinco de cancro da mama e um de cancro da próstata. Todos os planos foram
calculadosnosistemadeplaneamento,Monaco.
Em ambos os testes foram usados planos com erros, ou seja, foram introduzidos erros nas
folhas e nas unidades monitor (uma medida de calibração do acelerador associada à dose). Os
primeiros alterama posição dasfolhas, abrindo ou fechandoas mesmas, tendoem conta oerro
introduzido. Jáossegundoserrosalteramaquantidadedeunidadesmonitorentreguesnotrata-
mento,reduzindoouaumentandooseunúmero,tendotambémemcontaoerrointroduzido.Rel-
ativamenteaoserrosnasfolhas,foramintroduzidoserrossistemáticosealeatórios. Osprimeiros
consistem na mudança sistemática e simétrica da posição das folhas, ou seja, todas fecham ou
todas abrem. Nos erros aleatórios as folham movem-se aleatoriamente, não se sabendo a priori
queposiçãoessaspodemtomar. Foramintroduzidoserrossistemáticosde±0.5,±1,±2e±3mm
eerrosaleatórioscomdesviopadrãode1,2,3,4e5mm. Relativamenteaoserrosnasunidades
monitor,foramintroduzidoserrossistemáticosde±2e±4%.
De modo a perceber se os softwares estão a efetuar as análises de uma forma precisa e se
os sistemas de medição estão a adquirir dose de uma forma eficaz, foram realizadas predições
paraambosostestes. Notestecomcamposquadradosabertos,ouseja,complanosmaissimples,
foi possível realizar as predições tanto para os dados dos erros nas folhas como para os dados
dos erros nas unidades monitor. Enquanto que, para o teste com planos de pacientes apenas
foramfeitasprediçõesparaosdadosdoserrosnasunidadesmonitor,poisestesplanossãomais
complexosnaformacomooplanoéirradiado.
Asmediçõesdetodososplanoscomesemerrosforamefetuadasrecorrendo-seaoacelerador
Synergy, da Elekta, e aos sistemas de aquisição de informação dosimétrica, ArcCHECK e EPID
(Electronic Portal Imaging Device). Utilizou-se o ArcCHECK, pois é o sistema utilizado na fun-
daçãoeoqueforneceosdadosdemediçãocompatíveisenecessáriospararealizaraanáliseem
3DVH. No caso do EPID, este, nós últimos anos, tem mostrado grandes capacidades dosimétri-
cas e muitas vantagens por ser um sistema fisicamente ligado ao acelerador e já integrante no
processo de controlo de qualidade em alguns institutos. Na fundação encontra-se em investi-
gação, na tentativa de ser implementado, por isso também entrou para este estudo, de modo a
sercomparadocomoArcCHECK.
As análises gama e com DVH foram feitas recorrendo-se aos específicos softwares de cada
sistema de medição, PreDose, pdapp e pdDVH que usam os dados provenientes das medições
comEPIDeSNCe3DVHqueusamosdadosprovenientesdasmediçõescomArcCHECK.
Os resultados relativos aos testes feitos com campos quadrados abertos mostraram que os
sistemas foram capazes de detetar a presença dos erros nas unidades monitor tanto através da
análise gama, como da análise usando DVH. No caso da deteção dos erros nas folhas, o 3DVH
mostrou reduzidas capacidades para o fazer, ao contrário dos softwares de análise respetivos
iii
ao EPID, tanto para a análise gama como para a análise usando DVH. Foram observadas algu-
mas faltas de correlação entre a análise gama e a análise com DVH. Percebeu-se ainda que os
erros maiores causam também maiores perturbações, neste caso, menores gamma passing rate,
parâmetrodeanálisecalculadopelaanálisegama,maioresdesviosentreosDVHsdereferênciae
osdemediçãoemaioresvaloresdediferençadedosemédia. PelasanálisesdosDVHstambémse
conseguiupercebercommaiorclarezaemqueestruturasosefeitoserammaisevidentesequeos
errosnegativoscausavamumareduçãodadoseentregueaopacienteeospositivosumaumento
dessamesmadose.
No caso dos resultados obtidos a partir dos testes com planos de pacientes, esses também
mostraramalgumasfaltasdecorrelaçãoentreaanálisegamaeaanálisecomDVH.Nestestestes
a análise com DVH apenas foi realizada com o 3DVH, pois não foi possível realizar medições
comerrosemplanosdepacientes. Nestestesteso3DVHmostrou-sebastanteeficazemambasas
análises, destacando-se principalmente na análise com DVH, pois fornece bastante informação
relativa à distribuição de dose no paciente. No entanto, devido aos resultados menos bons na
deteçãodeerrosnasfolhas,assuasanálisespodemnãoserasmaisseguras. Nocasonadeteção
de erros nas unidades monitor, tal como no teste dos campos quadrados, o 3DVH conseguiu
detetaroserrosemaproximadamentetodososplanosanalisados.
Em suma, o 3DVH parece ser uma boa opção a implementar no processo de controlo de
qualidade da Fundação Champalimaud, tendo em conta que é um software compatível com o
sistema de medição usado, essencialmente para efetuar a análise com DVH, a qual mostrou ser
clinicamente mais eficiente e relevante do que a análise gama. No entanto, o 3DVH necessita
de algumas melhorias. As faltas de correlação visíveis entre a análise com DVH e a análise
gamamostramqueesteúltimométodopodeescondererrosrelevantes,enquantootratamentoé
aprovadopelomesmo.Comomencionadoanteriormente,aanálisecomDVH,principalmenteno
3DVH,fornecemuitainformaçãorelevanteepermiteterumamelhornoçãodaszonasafetadas
peloserrosecomqueintensidadeestassãoperturbadas,analisandovaloresespecíficosdedose,
comoporexemplo,adosemáxima,adosemédia,adosequeafetou95%dovolume,entreoutros.
Pretende-seaindaperceberquaissãoosmelhoresvaloresderestriçãodedoseaanalisar. OEPID
tambémsemostroumuitoeficienteeeficaznadeteçãodoserros,equandoesteforclinicamente
aceite,poderáseramelhoropçãopararealizaracontrolodequalidadeespecificaacadapaciente
emIMRT,tendoemcontaasuageometria(estáacopladoaoacelerador)eresolução.
Palavras-chave: Controlo de Qualidade em IMRT, Análise gama, Análise DVH, ArcCHECK,
EPID
iv