Inżynier i Fizyk Medyczny 2/2015 vol. 4
85
artykuł
/
article
radioterapia
/
radiotherapy
transportu każdej indywidualnej cząstki (np. fotonu lub elek-
tronu) w tkance. Inne algorytmy bazują na deterministycznych
modelach transportu grupy cząstek. Dla typowego obliczenia
dawki w radioterapii algorytm MC musi obliczyć transport kil-
ku milionów cząstek, dlatego dotychczas głównym problemem
implementacji algorytmu MC w środowisku klinicznym był długi
czas obliczeń rozkładu dawki. Obecnie ze względu na optyma-
lizację kodu, zaawansowanie technologiczne, a w szczególności
dostępność wydajnych komputerów pojawiły się komercyjne
systemy planowania leczenia z implementacją zoptymalizowa-
nego algorytmu MC dla fotonów – XVMC (
X-ray Voxel Monte
Carlo
) [12-15]. Najnowszą próbą zbliżenia się do dokładności MC,
poprzez wykorzystanie metody analitycznej zamiast statystycz-
nej, jest algorytm AXB [16-22].
Dawka pochłonięta
w wodzie czy w tkance
Istotnym aspektem różnicującym algorytmy jest raportowanie
dawki pochłoniętej w tkance (dose-to-medium) lub w wodzie
(dose-to-water). Większość algorytmów oblicza dawkę w wodzie
z wyjątkiem algorytmów CCC (OMP), XVMC (Monaco) i AXB (Ec-
lipse), które obliczają dawkę pochłoniętą bezpośrednio w tkance.
W konsekwencji nie można wprost porównać dawek obliczonych
dla wody i tkanki bez uwzględnienia tej różnicy. Algorytmy XVMC
i AXB, choć natywnie obliczają dawkę pochłoniętą w tkance,
mogą wykonać także konwersję do dawki pochłoniętej w wodzie
[5, 22]. Problem konwersji do dawki pochłoniętej w wodzie został
omówiony w publikacjach [23] oraz AAPM TG105 (III.D.4).
W tym kontekście niezwykle istotnym aspektem jest pra-
widłowa metodologia weryfikacji dozymetrycznej systemów
planowania z uwzględnieniem poprawności obliczeń w niejed-
norodnym ośrodku. Obecne protokoły dozymetryczne dla me-
gawoltowych wiązek fotonowych zostały ustalone dla pomia-
rów w fantomie wodnym [24, 25].
Według Araki [26] dla niejednorodnych ośrodków, takich jak
płuco i kość, protokoły dozymetryczne pomiarów dawki nie
zostały wystarczająco sprecyzowane w przeciwieństwie do
pomiarów dawki w wodzie. Przede wszystkim dotychczasowe
protokoły dozymetryczne nie uwzględniają takich danych, jak
masowe współczynniki absorpcji energii oraz współczynniki
stopping power
dla materiałów niejednorodnych. Współczynniki
korygujące perturbacje dla komór jonizacyjnych umieszczonych
w innym ośrodku niż woda również nie są uwzględniane [26].
Praca Araki przedstawia dokładną metodologię symulacji
Monte Carlo do obliczeń współczynników korekcyjnych dla po-
miaru komorą jonizacyjną w ośrodku innym niż woda [26].
Ciekawa propozycja ewaluacji poprawności obliczeń TPS dla nie-
jednorodnych ośrodkówzostała przedstawionawpracy Robinsona
[27], gdzie metodologia oparta jest na obliczonych i zmierzonych
wartościach współczynników ICF (
Inhomogenity Correction Factors
).
Wpływ kliniczny zastosowanego
algorytmu obliczenia rozkładu dawki
Największymwyzwaniem dla algorytmów jest obliczenie rozkła-
du dawki dla guzów nowotworowych płuc. Algorytmy PBC i AAA
znane są z przeszacowywania dawki w obszarach tarczowych
małych guzów w płucach. W pracy [28] wyniki ewaluacji tych
algorytmów ujawniły rozbieżności w średniej dawce dla PTV:
prawie 60% dla algorytmu PBC i prawie 20% dla AAA względem
obliczeń Monte Carlo.
Aarup i wsp. pokazali, że algorytm AAA może być dobrą alter-
natywą dla algorytmu MC przy gęstości płuc > 0,2 g/cm
3
. Jednak
gdy gęstość płuc jest bliska 0,1 g/cm
3
, różnice w obliczonych roz-
kładach dawek mogą być istotne klinicznie [29].
Badania Robinsona pokazały również, że algorytm AAA prze-
szacowuje dawkę w obszarach niskiej gęstości, co może mieć
wpływ na zmniejszenie miejscowej sterylizacji guza [27].
Praca Liu i wsp. pokazała istotną statystycznie różnicę współ-
czynnika konformalności PTV dla 77 planów SBRT raka płuc ob-
liczonych z zastosowaniem algorytmów AAA i Acuros XB [30].
W pracy Bush i wsp. pokazano, że niedokładność algorytmu
AXB w porównaniu z algorytmem MC mieściła się w zakresie
5% [16].
Poza rekomendacją stosowania algorytmów typu c dla obli-
czeń rozkładu dawki w radioterapii stereotaktycznej raka płuca
[28], Kairn i wsp. [31] pokazali nawet 3-10-procentowe różnice
w obliczonej dawce pomiędzy algorytmem PBC i MC w ste-
reotaksji guzów mózgu.
W publikacji [11], analizując wiele wyników badań przeprowa-
dzonych w celu oceny wyżej wymienionych algorytmów, ustalo-
no następującą hierarchię dokładności kalkulacji:
MC > AXB > CCC > AAA > PBC
Podsumowanie
Dokładność algorytmów stosowanych w radioterapii uległa
znaczącej poprawie w ostatnich latach, nadal jednak posiadają
one ograniczania przy obliczeniach rozkładów dawek w niejed-
norodnych ośrodkach w porównaniu z algorytmami MC. Najważ-
niejszy wydaje się jednak być wpływ kliniczny stosowania coraz
dokładniejszych algorytmów obliczania rozkładu dawki. Na
przykład ustalone w przeszłości granice toksyczności dla płuc
V20 na podstawie dawek obliczonych z wykorzystaniem mniej
dokładnych algorytmów być może obecnie będą musiały zostać
zrewidowane [32].
Literatura
1.
J.H. Park, Kung Chunho:
Monte Carlo Based Algorithms Are More
Accurate for Dose Calculations in Radiotherapy
, Biomedical Scien-
ce and Engineering, 2(2), 2014, 40-41.
