Nuevas métricas para la verificación de tratamientos de IMRT

García Romero, Alejandro
Hernández Vitoria, María Araceli (dir.) ; Millán Cebrián, María Pilar Esther (dir.)

Universidad de Zaragoza, 2015

Resumen: Un paso previo a aplicar un tratamiento de IMRT a un paciente, con un plan calculado con un sistema de planificación (SPT), es su verificación con un medio alternativo a dicho cálculo. Para esto se pueden usar diferentes métodos, bien de medida, bien de cálculo y las métricas usadas para decidir si un plan es aceptado o no pueden ser también distintas, siendo la más frecuentemente usada un análisis gamma de la distribución de dosis en un plano significativo, dentro de un maniquí. Tras la puesta en marcha de la técnica de IMRT en el Hospital Clínico Lozano Blesa de Zaragoza, la experiencia demostró que con los distintos métodos de verificación que habían estado disponibles a lo largo el tiempo, los resultados en la aceptación/rechazo de planes, podían ser contradictorios en algunos casos, incluso aunque se hubiera usado la misma métrica. Este problema también ha sido señalado en la literatura. En este trabajo se ha tratado de paliar este problema, buscando una métrica que condujera a una aceptación/rechazo del plan de forma más fiable, fundamentalmente desde el punto de vista de la relevancia clínica de las variaciones encontradas. Para ello, además de las métricas tradicionales, se han propuesto otras nuevas que se han evaluado de distintos modos y se ha establecido la correlación existente entre ellas. Las métricas están basadas en el análisis de la información presente en los histogramas dosis-volumen, y, a su vez, pueden basarse en diferencia de dosis, cumplimiento de objetivos y diferencias en los índices radiobiológicos. Con este fin se han analizado 58 planes de tratamiento de pacientes con distintas localizaciones tumorales. Todos ellos se han verificado previamente al tratamiento, usando métricas tradicionales, y, además, posteriormente al mismo, de forma retrospectiva, con los nuevos métodos de verificación que obtienen los histogramas dosis volumen a partir de medidas realizadas en la unidad de tratamiento. Se investiga si los nuevos métodos conducen al mismo resultado de aceptación/rechazo del plan que el obtenido inicialmente. El punto de partida para este trabajo ha sido disponer de un buen algoritmo de cálculo de dosis en el paciente en el SPT, por lo que se comenzó poniendo a punto un algoritmo de superposición de cono colapsado (SCC), cuya exactitud está suficientemente avalada en la literatura. Del mismo modo, es bien reconocida la gran aceptación de los algoritmos de cálculo por simulación Monte Carlo (MC), por lo que también se ha desarrollado uno de este tipo en este trabajo. Para ello ha sido necesaria la adecuación del programa BEAMNRC al colimador multilámina utilizado, que no existía en la literatura, y la elaboración de una aplicación informática que permitiera calcular la dosis en el paciente a partir del fichero RTplan y el conjunto de imagen CT. Esta aplicación también produce una salida de datos que puede ser importada en el SPT para poder realizar una comparación de los resultados entre SCC y MC. SCC y MC han sido verificados experimentalmente y los resultados han sido satisfactorios. Se ha concluido en este trabajo que el algoritmo de cálculo utilizado en la reconstrucción de la dosis de verificación en el paciente tiene influencia en el resultado final de la verificación, teniendo una incertidumbre asociada que debe ser tenida en cuenta. Se ha visto que las métricas de diferencias en dosis pueden ser representadas convenientemente por un parámetro único: la función global de diferencias en dosis y con un punto de corte óptimo que puede obtenerse del análisis ROC de la métrica. En un intento de correlacionar métricas basadas en parámetros radiobiológicos con las basadas en diferencias de dosis, se ha observado que no siempre es posible. La razón es que, en numerosas ocasiones, las dosis de restricción impuestas a un plan están lejos de las dosis que suponen cambios significativos en los índices radiobiológicos, y, por tanto, estos son insensibles a diferencias grandes de dosis que puede haber entre la dosis de verificación y la de referencia. Como alternativa se propone en este trabajo utilizar métricas radiobiológicas modificadas que conduzcan a una mejor correlación con las de diferencias de dosis. En todo caso, es preferible la elección de planes robustos desde el punto de vista radiobiológico, lo que puede ser tenido en cuenta antes de aceptar un plan. En particular, se ha propuesto en este trabajo un índice de robustez, con valores entre 0 y 1, que puede ser calculado para cada plan y que es un indicativo de la probabilidad de que un plan incumpla métricas relacionadas con los índices radiobiológicos modificados. Se ha concluido también que las métricas basadas en la función gamma 3D global, para cada uno de los volúmenes considerados en la planificación, tienen una clara correlación con las métricas de diferencias en dosis, y permiten predecir con mucha sensibilidad qué planes resultaran rechazados en las verificaciones. Como resumen acerca de la verificación de planes, se propone un análisis que parta de planes que sean lo más robustos posibles, evaluándose posteriormente la función global de diferencias en dosis, conjuntamente con la investigación, si es el caso, de las circunstancias que producen el rechazo del plan en dicha función.

Pal. clave: radioterapia

Área de conocimiento: Radiología y medicina física

Departamento: Pediatría, Radiología y Medicina Física

Nota: Presentado: 22 12 2015

Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, Pediatría, Radiología y Medicina Física, 2015