نشریه علمی مهندسی پزشکی زیستی
Iranian Journal of Biomedical Engineering (IJBME)

بهینه‌سازی انطباق میدان‌های پرتویی مجاور با استفاده از مدل‌سازی ریاضی و مقایسه‌ی نتایج با سیستم طراحی درمان

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

حسین میرزائی 1
غزاله گرایلی 2
فاطمه سیدرضایی 1
علی کاظمیان 3

1 گروه فیزیک و مهندسی پزشکی، دانشکده‌ی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی تهران، تهران، ایران

2 گروه فیزیک و مهندسی پزشکی، دانشکده‌ی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی تهران، تهران، ایران / مرکز تحقیقات آنکولوژی، انستیتوکانسر، بیمارستان امام خمینی، دانشگاه علوم پزشکی تهران، تهران، ایران

3 مرکز تحقیقات آنکولوژی، انستیتوکانسر، بیمارستان امام خمینی، دانشگاه علوم پزشکی تهران، تهران، ایران

https://doi.org/10.22041/ijbme.2022.544435.1740
چکیده
در رادیوتراپی هنگامی که حجم هدف پیچیده است از چندین میدان پرتویی برای پوشش‌دهی بافت سرطانی استفاده می‌شود. از این رو انطباق میدان‌های مجاور و به حداقل رساندن تابش‌دهی به بافت‌های سالم از اهداف مهم رادیوتراپی است. هدف از این مطالعه، ارائه‌ی یک روش کلی برای تطابق میدان‌های پرتویی مجاور و هم‌چنین بررسی این روش در تکنیک‌های درمانی از قبیل پرتودهی مغزی نخاعی، پرتودهی پستان فوق ترقوه‌ای با میدان کامل و میدان نیمه است. در این روش یک سیستم متعامد راست‌گرد که مرکز آن در ایزوسنتر بوده و هم‌چنین دو میدان فرضی با نام‌های میدان شماره‌ی یک و میدان شماره‌ی دو در نظر گرفته شده است. سپس با استفاده از روش‌های ارائه شده، زاویه‌های محدود کننده، تخت، گانتری و هم‌چنین اندازه‌ی دهانه‌ی محدود کننده برای هر دو میدان فرضی جهت تطابق بین صفحات کناری آن‌ها محاسبه شده است. مقایسه‌ی نتایج به دست آمده با سیستم طراحی درمان نشان می‌دهد که تکنیک پرتودهی مغزی نخاعی فقط در اندازه‌گیری زاویه‌ی محدود کننده دارای خطا بوده که مقدار آن برابر با 198/0 درصد اندازه‌گیری شده است. بیش‌ترین خطای به دست آمده در دو تکنیک فوق ترقوه‌ای با میدان کامل و نیمه در محاسبه‌ی اندازه‌ی دهانه‌ی محدود کننده‌ی میدان فوق ترقوه‌ای حاصل شده که به ترتیب برابر با 05/21 و 6/18 درصد محاسبه شده است. در نهایت با توجه به نتایج به دست آمده می‌توان از این روش جهت بهبود تطابق میدان‌ها در تمام حالت‌هایی که از میدان‌های درمانی مجاور هم استفاده می‌شود، با میزان خطای قابل قبول و هم‌چنین بدون تغییر در اندازه‌ی میدان استفاده کرد تا توزیع دوز یکسان حاصل شود.

کلیدواژه‌ها

انطباق میدان‌های مجاور
سیستم طراحی درمان
پرتودهی پستان
پرتودهی فوق ترقوه‌ای
پرتودهی جمجمه

موضوعات

عنوان مقاله English

Optimization of Matching Adjacent Beam Fields using Mathematical Models in Comparison with the Treatment Planning System

نویسندگان English

Hossein Mirzaei 1
,Ghazale Geraily, 2
Fatemeh Seyyedrezaei 1
Ali Kazemian 3
1 Department of Medical Physics and Biomedical Engineering, School of Medicine, Tehran University of Medical Sciences, Tehran, Iran
2 Department of Medical Physics and Biomedical Engineering, School of Medicine, Tehran University of Medical Sciences, Tehran, Iran / Radiation Oncology Research Center, Cancer Institute, Tehran University of Medical Sciences, Tehran, Iran
3 Radiation Oncology Research Center, Cancer Institute, Tehran University of Medical Sciences, Tehran, Iran
چکیده English

In radiotherapy treatments, there are some situations where the shape of the target volume is complicated, so multiple radiation fields are used to cover the whole tumoral tissue. Therefore, adjusting adjacent fields and minimizing radiation dose to healthy tissues is an important goal in radiotherapy. The aim of this study is to introduce a general mathematical solution for matching adjacent radiation fields and also to evaluate this solution in therapeutic techniques such as Craniospinal irradiation and breast with a supraclavicular full-field and half-field irradiation. This method considers a right-handed system with its center located in the isocenter and two hypothetical fields named field number one and field number two. Then, the angles of collimators, couch, gantry, and the jaw aperture for both hypothetical fields are calculated to match between their side plates using the presented methods. Comparison of the measurements with the treatment planning system shows that the Craniospinal radiotherapy technique has an error only in measuring the collimator angle; this error is 0.198%. The maximum errors were obtained in two supraclavicular techniques with full- and half-field in calculating the size of the jaw aperture of the supraclavicular field, which were 21.05% and 18.6%, respectively. In conclusion, according to the results, this method can improve the field alignment in all cases where adjacent treatment fields are used, with the acceptable error rate and without changing the field size, to achieve the same dose distribution.

کلیدواژه‌ها English

Matching Adjacent Fields
Treatment Planning System
Breast Irritation
Breast Supraclavicular Irritation
Cranial Irritation
  1. Hunt, M., G. Kutcher, and M.K. Martel, Matchline dosimetry of a three field technique for breast treatment using cobalt or 6 MV X rays. International Journal of Radiation Oncology* Biology* Physics, 1987. 13(7): p. 1099-1106.
  2. De Ruysscher, D., et al., Radiotherapy toxicity. Nature Reviews Disease Primers, 2019. 5(1): p. 1-20.
  3. Chu, J.C., et al., A nondivergent three field matching technique for breast irradiation. International Journal of Radiation Oncology* Biology* Physics, 1990. 19(4): p. 1037-1040.
  4. Tatcher, M. and A.S. Glicksman, Field matching considerations in craniospinal irradiation. International Journal of Radiation Oncology* Biology* Physics, 1989. 17(4): p. 865-869.
  5. Lebesque, J.V., Field matching in breast irradiation: an exact solution to a geometrical problem. Radiotherapy and Oncology, 1986. 5(1): p. 47-57.
  6. Lu, X.-Q., et al., A three-field breast treatment technique with precise geometric matching using multileaf collimator–equipped linear accelerators. International Journal of Radiation Oncology* Biology* Physics, 2003. 55(5): p. 1420-1431.
  7. Siddon, R.L., G.L. Tonnesen, and G.K. Svensson, Three-field technique for breast treatment using a rotatable half-beam block. International Journal of Radiation Oncology* Biology* Physics, 1981. 7(10): p. 1473-1477.
  8. Siddon, R.L., Solution to treatment planning problems using coordinate transformations. Medical physics, 1981. 8(6): p. 766-774.
  9. Casebow, M., Matching of adjacent radiation beams for isocentric radiotherapy. The British Journal of Radiology, 1984. 57(680): p. 735-740.
  10. Parker, W.A. and C.R. Freeman, A simple technique for craniospinal radiotherapy in the supine position. Radiotherapy and oncology, 2006. 78(2): p. 217-222.
  11. Panandiker, A.P., et al., Craniospinal irradiation with spinal IMRT to improve target homogeneity. International Journal of Radiation Oncology* Biology* Physics, 2007. 68(5): p. 1402-1409.
  12. . Miles, E.A., et al., Dosimetry and field matching for radiotherapy to the breast and supraclavicular fossa. Radiotherapy and Oncology, 2009. 91(1): p. 42-48.
  13. Podgorsak, E., et al., A simple isocentric technique for irradiation of the breast, chest wall and peripheral lymphatics. The British journal of radiology, 1984. 57(673): p. 57-63.
  14. Klein, E., et al., A mono isocentric technique for breast and regional nodal therapy using dual asymmetric jaws. International Journal of Radiation Oncology* Biology* Physics, 1994. 28(3): p. 753-760.
  15. D, J.P.G., Khan’s The Physics of Radiation Therapy 6th Edition Oct 12, 2019.
  16. Podgorsak, E.B., Radiation Oncology Physics: A Handbook for Teachers and Students. 2005: International Atomic Energy Agency (September 15, 2005).
  17. De La Torre, N., et al., A comparative study of surface dose and dose distribution for intact breast following irradiation with field-in-field technique vs. the use of conventional wedges. Medical Dosimetry, 2004. 29(2): p. 109-114.
  18. Kavousi, N., et al., Evaluation of dose calculation algorithms accuracy for eclipse, PCRT3D, and monaco treatment planning systems using IAEA TPS commissioning tests in a Heterogeneous Phantom. Iranian Journal of Medical Physics, 2019. 16(4): p. 285-293
نشریه علمی مهندسی پزشکی زیستی
دوره 16، شماره 1
بهار 1401
صفحه 23-32

  • تاریخ دریافت 24 آذر 1400
  • تاریخ بازنگری 26 اردیبهشت 1401
  • تاریخ پذیرش 18 خرداد 1401

صفحه اصلی

تماس با ما