Inżynier i Fizyk Medyczny 6/2017 vol. 6
371
artykuł
/
article
radioterapia
/
radiotherapy
W poszukiwaniu najlepszego planu leczenia.
Matematyczne podstawy optymalizacji
wielokryterialnej i jej zastosowanie
w radioterapii (Pareto-optymalność)
Część II – Model optymalizacji wielokryterialnej
w planowaniu leczenia techniką IMRT
Izabela Baranowska
Zakład Fizyki Medycznej, Centrum Onkologii Ziemi Lubelskiej im. św. Jana z Dukli,
ul. dr. K. Jaczewskiego 7, 20-090 Lublin, tel. +48 81 454 13 16, e-mail:
Wprowadzenie
Planowanie leczenia chorego onkologicznie z użyciem radiote-
rapii to niewątpliwie wielokryterialny problem optymalizacyjny.
Omówione w I części artykułu koncepcje stanowią teoretyczną
podstawę jego rozwiązania na gruncie matematyki oraz infor-
matyki. Ich właściwe zrozumienie i zastosowanie powinno do-
prowadzić do osiągnięcia głównego celu, jakim jest podanie
optymalnej – w każdym konkretnym przypadku – dawki promie-
niowania, odpowiadającej kształtowi objętości tarczowej targe-
tu (guza). Należy przy tym stwierdzić, że optymalizacji może być
poddany w istocie każdy parametr, który jest w stanie zmody-
fikować fluencję w ciele pacjenta. Takie parametry to: kąty ra-
mienia, kąt stołu; rodzaj promieniowania, np. fotony, elektrony,
protony; energia wiązek; technika realizacji; ułożenie pacjenta
w trakcie napromieniania; różne akcesoria, np. bolus. W prakty-
ce najczęściej – jak dotąd – wartości tych parametrów określane
są w oparciu o wiedzę doświadczonych planistów. Teoria opty-
malizacji wnosi istotne uściślenia i automatyzm (w pozytywnym
sensie) do planowania leczenia. Przyjrzyjmy się jej najważniej-
szym aspektom na gruncie techniki IMRT [1].
Jak wiadomo, jedną z najbardziej wyrafinowanych, rozbudo-
wanych i zaawansowanych technik radioterapii konformalnej
jest technika radioterapii z modulacją intensywności wiązki –
IMRT
(
Intensity Modulated Radiation Therapy
). Technika ta pozwa-
la na elastyczne kształtowanie rozkładu dawki w ciele pacjenta.
Rolę modyfikatora intensywności (a mówiąc dokładniej – flu-
encji) wiązki promieniowania realizuje kolimator wielolistkowy
MLC, którego listki – poruszając się w trakcie napromieniania –
modyfikują kształt pola terapeutycznego, tym samym modulują
niejednorodność dwuwymiarowych (w poprzecznym przekroju
wiązki) map intensywności/fluencji. Poszczególne apertury o nie-
jednorodnych intensywnościach (fluencjach) nakładają się, co
skutkuje modulacją intensywności promieniowania. Tak modu-
lowane wiązki promieniowania kierowane w pacjenta z różnych
kątów ustawienia ramienia akceleratora pozwalają na przestrzen-
ne „rzeźbienie” rozkładu dawki w ciele chorej osoby, czyli na takie
zróżnicowanie tego rozkładu, że możliwe jest napromienianie ob-
jętości tarczowych (często o skomplikowanych i nieregularnych
kształtach) jednorodną dawką przy jednoczesnym oszczędzeniu
struktur chronionych, które nierzadko wpuklają się w obszar obję-
tości przeznaczonych do napromieniania [2].
Dodatkowe stopnie swobody związane z ustawieniem listków
kolimatora (wyrażające się istnieniem różnych poziomów dwu-
wymiarowej funkcji schodkowej – intensywności beamletów)
pomagają osiągnąć lepszy stopień dopasowania (konformalno-
ści) trójwymiarowego rozkładu dawki w obszarach tarczowych
i/lub lepszy poziom oszczędzenia narządów chronionych. Jed-
nak olbrzymia liczba kombinacji możliwych ustawień listków
kolimatora wymusza w oczywisty sposób użycie algorytmów
optymalizacyjnych i zastosowanie tzw. planowania odwrotne-
go/wstecznego (
inverse planning
), w którym osoba planująca
leczenie definiuje zbiór statystycznych parametrów pożądane-
go rozkładu dawki w poszczególnych objętościach tarczowych
i strukturach chronionych (minimum i maksimum dawki, dawka
średnia, zależności typu dawka – objętość).
