MARCELO LUVIZOTTO ALCÂNTARA DE PÁDUA
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1 PROGRAMA DE APRIMORAMENTO PROFISSIONAL SECRETARIA DE ESTADO DA SAÚDE COORDENADORIA DE RECURSOS HUMANOS FUNDAÇÃO DO DESENVOLVIMENTO ADMINISTRATIVO - FUNDAP MARCELO LUVIZOTTO ALCÂNTARA DE PÁDUA AVALIAÇÃO DO MATRIXX, CORRIGIDO PELA FUNÇÃO RESPOSTA LATERAL DE UMA ÚNICA CÂMARA, E DO FILME RADIOCRÔMICO ATRAVÉS DA FUNÇÃO GAMA RIBEIRÃO PRETO 2015
2 PROGRAMA DE APRIMORAMENTO PROFISSIONAL SECRETARIA DE ESTADO DA SAÚDE COORDENADORIA DE RECURSOS HUMANOS FUNDAÇÃO DO DESENVOLVIMENTO ADMINISTRATIVO - FUNDAP MARCELO LUVIZOTTO ALCÂNTARA DE PÁDUA AVALIAÇÃO DO MATRIXX, CORRIGIDO PELA FUNÇÃO RESPOSTA LATERAL DE UMA ÚNICA CÂMARA, E DO FILME RADIOCRÔMICO ATRAVÉS DA FUNÇÃO GAMA Monografia apresentada ao Programa de Aprimoramento Profissional/CRH/SES-SP e FUNDAP, elaborada no Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo USP/ Centro de Ciências da Imagem e Física Médica Área: Física aplicada à Radioterapia Orientador(a): Leonardo Lira do Amaral Supervisor(a) Titular: Harley Francisco de Oliveira RIBEIRÃO PRETO 2015 ii
3 Pádua, Marcelo Luvizotto Alcântara de, 1988 Avaliação do MatriXX, corrigido pela função resposta lateral de uma única câmara, e do filme radiocrômico através da função gama Marcelo Luvizotto Alcântara de Pádua páginas Orientador: Leonardo Lira do Amaral Trabalho de conclusão de curso (pós-graduação lato sensu) Hospital das Clinicas da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, Programa de Aprimoramento Profissional em Física Aplicada à Radioterapia. 1. IMRT. 2. Controle de Qualidade. 3. MatriXX. 4. Filme Radiocrômico. 5. Função Gama. Amaral, Leonardo Lira Centro de Ciências da Imagem e Física Médica do Hospital das Clinicas da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo iii
4 AGRADECIMENTOS A Deus, por estar sempre à frente conduzindo e abençoando meu caminho. Aos meus pais e familiares, por todo o apoio, suporte e paciência para me ajudar a passar por todas as etapas deste processo de aprendizagem. À Paula, companheira de todas as horas, melhor amiga, conselheira e colega de profissão. Aos aprimorandos, por todo o companheirismo e pelos momentos que compartilhamos. Agradeço aos residentes médicos da radioterapia, por nos acompanharem em nossos seminários e terem se tornado tão amigos. Aos físicos, médicos, técnicos, equipe de enfermagem e todas as pessoas que em algum momento apoiaram nossos projetos no CCIFM. iv
5 RESUMO Devido ao aumento do uso de radioterapia de intensidade modulada, o controle da qualidade dos tratamentos de IMRT visa verificar se a distribuição calculada está realmente sendo executada de maneira satisfatória. Para isto foram feitas medidas dos planos calculados usando dois sistemas dosimétricos: matriz 2D de câmaras de ionização 2D e filme radiocrômico. As distribuições de dose medidas foram então comparadas com as planejadas através da função gama. Visando corrigir o problema de resolução espacial do MatriXX, uma convolução é aplicada entre distribuição de dose calculada e a função resposta lateral de uma única câmara de ionização. Esta correção se mostra bem eficaz, melhorando os valores da função gama do MatriXX. Ao comparar os pontos aprovados pela função gama do MatriXX após a convolução, pôde-se perceber que este se aproxima dos valores do filme, o qual apresenta uma resolução espacial bem melhor que o MatriXX. v
6 Sumário 1. INTRODUÇÃO MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS DISCUSSÃO E CONCLUSÕES BIBLIOGRAFIA... 8 vi
7 1. INTRODUÇÃO A radioterapia de intensidade modulada (IMRT, do inglês Intensity Modulated Radiation Therapy) é uma técnica onde se consegue variar a intensidade da fluência dentro do campo de tratamento através de vários segmentos, atingindo uma distribuição de dose com uma maior conformidade, poupando assim tecidos adjacentes sadios. O controle da qualidade em IMRT visa, dentre vários parâmetros, a segurança dos tratamentos, garantido que a distribuição de dose planejada e calculada pelo sistema de planejamento (TPS, do inglês Treatment Planning System) esteja realmente sendo executada dentro das limitações do acelerador linear. Isto é feito usando comparação de distribuição de dose calculada e medida através da função gama, que utiliza duas ferramentas de comparação: diferença de dose, que é a diferença percentual entre o medido e o calculado em um ponto; e DTA (do inglês Distance-to-Agreement), que é a distância entre o ponto medido e o calculado mais próximo que tenha o valor mais próximo de dose. A função gama é uma análise mais quantitativa na comparação entre as distribuições de dose calculada e medida, analisando tanto a DTA quanto a diferença de dose [1]. Neste trabalho, foi analisado o uso de dois sistemas dosimétricos muito utilizados em controle de qualidade de IMRT: matriz 2D de câmaras de ionização e filme radiocrômico. Diferente do filme, a resolução espacial da matriz 2D de detectores é limitada pelo tamanho de cada detector e a distância centro a centro entre eles, sendo sua penumbra maior em relação ao filme, para uma mesma exposição. Sendo que o tamanho de um único detector caracteriza a função resposta lateral [2], pode-se corrigir este problema aplicando uma convolução entre a distribuição de dose calculada pelo TPS e a função resposta lateral de um único detector. O princípio deste trabalho é comparar os parâmetros da função gama analisada em três situações: na primeira, foi aplicada uma convolução na distribuição de dose do TPS a fim de corrigir a resolução da matriz 2D; na segunda, foi feita a analise sem a correção anterior; e, por último, foi analisado o filme radiocrômico. 1
8 2. MATERIAIS E MÉTODOS Para execução do controle da qualidade, dez planejamentos de IMRT do Serviço de Radioterapia do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto foram importados para a imagem tomográfica do objeto simulador formado por placas de água sólida (RW3), com dimensões de 30x30 cm² e matriz câmaras de ionização, MatriXX Evolution (IBA Dosimetry, Alemanha). Os ângulos de gantry e colimadores de todos os campos de tratamento foram modificados para zero grau para que as distribuições de dose calculadas pelo TPS (XiO, versão 4.62, Elekta, EUA) possam ser feitas no mesmo plano a serem medidas. Estas medidas foram realizadas pelos sistemas dosimétricos, que foram colocados à profundidade de 10 cm e SSD de 90 cm com o filme radiocrômico (Gafchomic EBT2, ISP, EUA) acima do MatriXX (Figura 1). Figura 1 Setup de posicionamento dos sistemas dosimétricos A primeira análise da dose medida foi feita pela matriz de 1020 câmaras de ionização 2D do MatriXX, que foi pré irradiado com 1500 UM a fim de atingir sua estabilidade intrínseca. Atingida a estabilidade, os tratamentos planejados e 2
9 calculados pelo TPS foram realizados e suas distribuições de dose medidas pelos sistemas dosimétricos. Assim, através do software de controle da qualidade OmniPro (IBA Dosimetry, Alemanha) e da função gama, comparou-se os pontos entre as distribuições de dose medidas e calculadas pelo XiO (Matrixx vs TPS, I). A fim de se corrigir o problema de resolução do Matrixx, foi aplicada uma convolução entre a distribuição de dose calculada pelo TPS e a função resposta lateral de uma única câmera de ionização, como descrito por Poppe [2]. Após a convolução, cria-se uma penumbra na distribuição de dose do TPS, afim de melhorar a comparação com o MatriXX, o qual já apresenta uma penumbra intrínseca (Figura 2). Assim, uma segunda análise da função gama foi realizada pelo OmniPro entre a distribuição de dose do TPS corrigido pela convolução e a medida pelo MatriXX (Matrixx v.s. TPS com Convolução, II). Figura 2 Perfil de campo do TPS (curva vermelha). Em detalhe observa-se a aplicação de penumbra no TPS após convolução (2). Em relação ao filme radiocrômico, este foi devidamente calibrado para vários níveis de dose conhecidas. As distribuições de dose medidas pelo filme foram digitalizadas utilizando um scanner (Vidar Diagnostic Pro Advantage, EUA). Foi traçada a curva de calibração relacionando a dose medida com a densidade ótica do filme irradiado. 3
10 Deve-se sempre tomar cuidado ao manipular o filme para evitar marcas das mãos no mesmo, assim como alinhar o filme e fazer marcações de referência, a fim de fazer a irradiação e sua leitura na mesma orientação (Figura 3). É necessário também cuidado com o tempo mínimo entre a exposição e o escaneamento [3,7]. Figura 3 Disposição do filme sobre o MatriXX Após o escaneamento, as distribuições de dose do filme, levantadas utilizando a curva de calibração, foram importadas para o OmniPro e comparadas com as calculadas pelo TPS através da função gama (Filme v.s. TPS, III). 4
11 3. RESULTADOS Abaixo, a Tabela 1 mostra os resultados da análise da função gama utilizada em controle da qualidade em três estudos: Matrixx vs TPS (I), Matrixx v.s. TPS com convolução (II) e filme radiocrômico v.s. TPS (III). Com a utilização da convolução no TPS, obtivemos para a função gama um valor máximo de 100%, mínimo de 87,2%, com média de 97,8%. Sem a utilização da convolução, obtivemos os seguintes valores: máximo de 98,7%, mínimo de 78,7% e média de 93,74%. Foram analisadas as diferenças percentuais de cada medida e a média dessas diferenças foi 5% maior para o estudo II. Em relação aos pontos aprovados pela função gama, o filme obteve um valor máximo de 100%, mínimo de 98%, e mostraram uma boa precisão. Função Gama Diferenças Percentuais Plano Matrixx v.s. TPS (I) Matrixx v.s. TPS com convolução (II) Filme v.s. TPS (III) I v.s. II I v.s. III II v.s. III 1 96, ,9 1,77 3,74 1, ,7 99,3 99,9 0,61 1,22 0, ,9 6,38 6,28-0,1 4 78,7 87, ,8 24,52 12, ,8 99,3 99 1,53 1,23-0,3 6 88, ,83 13,51 5, , ,8 2,77 2,57-0,2 8 96,8 99,5 99,8 2,79 3,1 0,3 9 92, ,87 7, ,6 98,7 2,68 1,75-0,9 Média 93,74 97,79 99,5 4,5 6,58 1,9 Tabela 1 Função gama dos estudos avaliados e suas diferenças percentuais 5
12 4. DISCUSSÃO E CONCLUSÕES Como mostrado por Poppe e colaboradores [4], as distribuições calculadas pelo TPS após a convolução, ou seja, em que foram corrigidas pela função resposta lateral de uma única câmara de ionização, apresentaram uma melhor aprovação de pontos pela função gama em relação à distribuição medida pelo MatriXX. Na Tabela 1 (I v.s. II) pode ser visto que, em todos planos, o estudo II apresenta melhores valores da função gama, sendo as diferenças percentuais todas positivas. Foi apresentado neste trabalho que a correção na distribuição de dose do TPS através da convolução se mostrou uma ferramenta muito eficaz, fazendo com que os pontos medidos fiquem mais coerentes com os planejados (Figura 4). Pois através da mesma pôde-se corrigir o problema da penumbra encontrada no MatriXX [6]. Figura 4 Função gama TPS vs MatriXX (1) e após convolução (2) 6
13 Para o filme radiocrômico, as distribuições de dose medidas pelo mesmo mostraram uma melhor concordância com as calculadas pelo TPS em comparação com o MatriXX. Os resultados foram todos satisfatórios, sendo o filme bem mais preciso e com uma alta aprovação da função gama (III). Isto pode ser explicado pelo fato de sua maior resolução em relação ao Matrixx. Como as análises com MatriXX se mostraram melhores no estudo II, as diferenças percentuais entre a função gama do estudo II e III, utilizando o estudo II como padrão, teve apenas um ponto com uma diferença maior que 10% (II vs III, Tabela 1). Em alguns planos do MatriXX (II), os pontos aprovados pela função gama se apresentam um pouco melhor que o filme radiocrômico, que teve a maioria das funções gama melhores. Concluímos que tanto o MatriXX quanto o filme radiocrômico apresentaram uma concordância em relação à função gama para os planos em análise. Este resultado mostra, portanto, que ambos são equipamentos dosimétricos qualificados para serem utilizados em controle da qualidade de tratamentos de IMRT. 7
14 5. BIBLIOGRAFIA 1. D. A. Low, W. B. Harms, S. Mutic, and J. A. Purdy, A technique for the quantitative evaluation of dose distributions, Med. Phys 1988; 25: Poppe B, Djouguela A, Blechschmidt A, Willborn K, Ruhmann A and Harder D. Spatial resolution of 2d ionization chamber arrays for IMRT dose verification: singledetector size and sampling step width. Med. Phys. Biol. 2007; 52: D. A. Low, J. M. Moran, J. F. Dempsey, L. Dong, and M. Oldham, Dosimetry tools and techniques for IMRT, Med. Phys 2011; 38: Poppe B, Blechschmidt A, Djouguela A, Kollhoff R, Rubach A and Harder D. Two-dimensional ionization chamber arrays for IMRT plan verification Med. Phys 2006; 33: Chung K, Yoon M, Son J, Yong Park S, Lee K, Shin D, Kyung Lim Y, Byeong Lee S. Radiochromic film based transit dosimetry for verification of dose delivery with intensity modulated radiotherapy. Med Phys. 2013; 40(2): Alashrah, S.; Kandaiya, S.; Yong, S. Y.; Cheng, S. K.. Characterization of a 2D ionization chamber array for IMRT plan verification. Elsevier 2009; 125(18): Devic, S. Radiochromic film dosimetry: Past, present, and future. Phys Med. 2011; 27:
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