Dosimetric impact of geometric distortions in radiotherapeutic dose planning
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3024799Utgivelsesdato
2022Metadata
Vis full innførselSamlinger
- Institutt for fysikk [2653]
Sammendrag
Bakgrunn: Magnetisk resonanstomografi (MR) har potensial til å forbedre strålebehandling ved å forbedrevolum inntegning, fjerne usikkerhet knyttet til bildesamregistrering og tilføye funksjonell vevs-informasjon.I klinisk praksis må geometriske forvrengninger knyttet til MR og den resulterende dosimetriske innvirkningbestemmes for å fullt ut integrere behandlingsplanlegging kun basert på MR. U-korrigerte geometriske forvrengninger kan føre til en betydelig under- eller overdosering av vev og organer. Derfor er en kvantitativbestemmelse av den dosimetriske effekten nødvendig. Denne studien hadde som mål å kvantifisere effektenav translatoriske geometriske forvrengninger samt å teste robustheten til resultatene i behandlingsplanlegging.Resultatene kan også være relevante for andre usikkerheter knyttet til behandlingsplanlegging som førertil feillokalisering av målvolumer. Dette studiet er begrenset til translatoriske geometriske forvrengninger ito retninger ved bruk av Volumetric Modulated Arc Therapy (VMAT).
Metode: Referanseplaner og forvrengte behandlingsplaner ble laget og analysert. Det ble totalt laget 78referanseplaner og 936 forvrengte planer ved bruk av fantombilder. Translatoriske forflyttinger opp til 3 mmi steg på 0.5 mm ble introdusert ved å flytte strålens isosenter i to retninger. Referanseplanene ble valgt forå teste påvirkningen av objektets form, strålens fotonenergi og planleggingsmålvolumet (PTV) sin posisjon,størrelse og komposisjon. I tillegg ble det generert 24 referanseplaner og 288 forvrengte planer for syntetiskeCT (sCT) av pasientbilder. Planene ble analysert ved D95, dosesøl og samsvarsindeks (CI).
Resultater: Denne studien fant en akseptgrense på 2 mm translatoriske geometriske forvrengninger ved åundersøke D95 med en klinisk akseptabel grense på 5 % dose differanse. PTV’s posisjon og komposisjoni fantomet, og fotonenergi, påvirket ikke denne grensen. Kroppsformen hadde minimal innvirkning selvom doseforskjellen økte når forskyvningene økte. Videre ble det funnet at større målvolum tåler størreforskyvninger. Bruk av fantomdata på pasientbilder vil resultere i en minimal dose forskjell (<0.5 %) forPTV-størrelser på 26, 30 og 35 mm i diameter. Resultatene foreslår at ekstra hensyn må tas for mindremålvolum kombinert med store forvregninger ettersom doseforskjellen var 1.8 % for 22 mm PTV.
Konklusjon: 2 mm translatoriske geometriske forvrengninger ble funnet klinisk akseptable. For å avgjøreom en arbeidsflyt basert på bare MR er anvendelig, bør geometriske forvrengninger predikeres og bli funnetunder denne grensen. Større målvolum kan tåle større forskyvninger med tanke på målvolumets dosedekning.Likevel krever dosen akkumulert i normalt vev ytterligere vurderinger. Fantom resultatene kan trygt brukespå pasienter. Background: Magnetic resonance imaging (MRI) has the potential to improve radiotherapy (RT) treatmentby enhancing delineation, removing uncertainties related to image co-registration and aiding functional tissueinformation. In clinical practice, geometric distortions pertaining to MRI and the resulting dosimetric impact must be addressed to fully integrate treatment planning based on MRI, an MRI-only workflow. Uncorrected geometric distortions may lead to a significant under- or overdosage of tissues and organs. Hence, a quantitative determination of the dosimetric effect is warranted. This study aimed to generally quantify the effect of translational geometric distortions and test the robustness of the results in treatment planning. The results may also be relevant for other treatment planning uncertainties leading to target mislocalisation. This study is limited to translational geometric distortions in two directions in relation to volumetric modulated arc therapy (VMAT).
Methods: Reference treatment plans and distorted treatment plans were created and analysed. In total 78reference plans and 936 distorted plans were created using phantom images. Translational relocations up to 3mm in steps of 0.5mm were introduced by moving the beams isocentre in two directions. The reference planswere chosen to test the influence of the object’s shape, photon energy and planning target volume (PTV)’sposition, size and composition. In addition, 24 reference plans and 288 distorted plans were generated usingsynthetic CT (sCT) patient images. The plans were analysed by D95, dose spill and conformity index (CI).
Results: This study found an acceptance of 2 mm translational geometric distortions by investigating D95with a clinically acceptable limit of 5%dose difference. PTV’s position and composition within the phantomand photon energy did not affect this limit. The body shape had minimal impact, although there was anincreasing dosimetric difference as the displacements increased. Furthermore, larger targets were found totolerate larger displacements. Employing phantom data on patient images would result in minimal dosedifference (<0.5%) for PTV sizes of 26, 30 and 35 mm in diameter. The results suggest extra considerationsfor smaller targets combined with large distortions as the dose difference was 1.8 % for 22 mm PTV.
Conclusions: 2 mm translational geometric distortions were found clinically acceptable. Thus, whendetermining whether an MRI-only workflow is applicable, geometric distortions should be predicted andfound below this limit. Larger targets may tolerate larger displacements regarding target coverage. However,the dose accumulated in normal tissue needs further considerations. Phantom results may safely be utilisedfor patient cases.