2 Doc's

Autorzy: dr kpt. Sławomir Strzykowski & dr inż. Edyta Anna Jakubowska

[2docs-blog1]

Pozycjonowanie pacjenta w BNCT - wymagania (part1)

Pierwotnym dążeniem jakie podjęto przy opracowywaniu BNCT była terapia nieoperacyjnych guzów zlokalizowanych przede wszystkim w mózgu. Można by zatem sądzić, że poszukiwanie odpowiednich technik i systemów pozycjonowania skupiało się wokół możliwości ustawiania i unieruchamiania głowy pacjenta. Techniki pozycjonowania głowy są spotykane w konwencjonalnej terapii głównie w przypadku metod radiacyjnych oraz przy operacjach chirurgicznych. Wówczas napromieniany (lub operowany) jest jedynie obszar zainteresowania, bez konieczności wizualizacji reszty ciała pacjenta.

W radioterapii, wiązka promieniowania jest nakierowywana, zgodnie z opracowanym planem leczenia. Głowica lub gantry posiadają możliwość obrotu, zatem napromienianie może być realizowane z różnych kątów, w wielu przypadkach bez konieczności zmiany pozycji pacjenta. Odległość pomiędzy krańcem głowicy a ciałem pacjenta wynosi kilkadziesiąt cm, zatem wolna przestrzeń wokół pacjenta jest relatywnie duża i istnieje do niej swobodny dostęp. Ponieważ elementy wykorzystywane do unieruchomienia pacjenta często znajdują się w polu promieniowania, zabronione jest wykorzystanie stali. Często więc stosuje się maski termoplastyczne, ramy stereotaktyczne, poduszki próżniowe lub utwardzane poliuretanowe pianki.

Również w przypadku BNCT konieczne jest zapewnienie możliwości terapii wielopolowej. Jeśli BNCT prowadzone jest przy reaktorze, wówczas nie ma możliwości zmiany kierunku wiązki i aby umożliwić naświetlenie z wielu kątów należy zapewnić ruchomość pacjenta.

Czas napromieniania może sięgać 40min, zatem niezbędne jest zapewnienie leczonemu komfortowego ułożenia, aby zminimalizować możliwość ruchów w czasie prowadzenia terapii. Elementy wykorzystywane do unieruchomienia oraz powtarzalności ułożenia powinny być tak dobrane aby nie ulegały aktywacji w polu neutronowym.

Opracowanie odpowiedniego systemu pozycjonowania jest bardzo zależne od specyfiki danego ośrodka, co w przeszłości oznaczało specyficzną konfigurację danego ośrodka reaktorowego. Być może wprowadzenie akceleratorów dla terapii BNCT pozwoli na ustandaryzowanie tych wytycznych. Jedno z ciekawych rozwiązań zastosowano w Finlandii (reaktor FIR-1), w którym zaadoptowano 4 pomieszczenia niezbędne do prowadzenia terapii:

- pomieszczenie terapeutyczne

- pomieszczenie symulacji

- sterownia

- pomieszczenie pomiarowe

W pokoju symulacji wyposażonym w system pozycjonowania, wskaźniki laserowe oraz makietę wylotu wiązki, wykonuje się dokładne pozycjonowanie pacjenta. Jest w nim wystarczająca przestrzeń do swobodnego poruszania się personelu, wygodnego ułożenia pacjenta i zabezpieczenia elementów unieruchamiających. Dzięki temu czas przebywania w pomieszczeniu terapeutycznym jest znacznie ograniczony. Następnie stół terapeutyczny jest przeprowadzany do pokoju terapeutycznego, do którego także przesyłane są dokładne informacje współrzędnościowe.

/Edyta

[2docs-blog1]

Planowanie w radioterapii – co powinieneś wiedzieć przed przystąpieniem do planowania?

Wprowadzenie

Leczenie z wykorzystaniem radioterapii może przynieść korzystny efekt tylko jeśli zostanie zastosowane w odpowiednim kontekście medycznym. Właściwa decyzja bazuje na dokładnej znajomości historii klinicznej pacjenta i dąży do osiągnięcia optymalnej równowagi pomiędzy pozytywnymi a negatywnymi konsekwencjami zastosowania promieniowania. Pod uwagę branych jest wiele czynników związanych m. in. z rodzajem nowotworu, ale także poprzednio zastosowanymi rodzajami terapii.

Istnieją sytuacje, kiedy ten wybór jest relatywnie prosty – przypadki „powszechne” klinicznie, dla których  sposoby leczenia są opracowane i ustandaryzowane, właściwości histologiczne dobrze poznane i opisane, a badania obrazowe łatwo interpretowalne (np. niektóre raki piersi). Wiele sytuacji jednak wykazuje większy stopień skomplikowania i nie można jednoznacznie określić czy stosowanie danego rodzaju terapii przyniesie korzystny efekt: rokowania są niepewne, ogólna forma fizyczna pacjenta jest słaba, badania obrazowe wykazują ograniczoną przydatność, a właściwości histologiczne nie można jednoznacznie ocenić. Na to wszystko nakładają się czynniki psycho-fizyczne, związane np. z ogólnym strachem pacjenta przed promieniowaniem, klaustrofobią (niechęć do przebywania pod aparatem terapeutycznym), artretyzmem (ograniczającym ruchy, a więc także ułożenie pacjenta), wszczepionymi protezami (generacja artefaktów oraz wpływ na rozkład dawki), czy pesymizm związany np. z niekorzystnym przebiegiem podobnej choroby u innego członka rodziny.

Wpływ innych technik terapeutycznych na radioterapię

Z pewnym przybliżeniem można napisać, że podstawową metodą leczenia nowotworów jest operacja chirurgiczna. Jeśli na etapie pierwotnej diagnozy wiadomo, że niezbędne będzie zastosowanie obu technik (operacja + radioterapia), należy wybrać ich odpowiednią sekwencję. W przypadku guzów nieoperowalnych, jako pierwszą stosuje się radioterapię w celu zmniejszenia objętości nowotworu, co w wielu przypadkach pozwala na zastosowanie chirurgii w następnym kroku i wycięcie guza. Należy przy tym zachować optymalny odstęp czasowy pomiędzy technikami, ponieważ radioterapia może zwiększyć ryzyko pooperacyjnych powikłań. Jeśli operacja wycięcia guza zostanie przeprowadzona przed naświetleniem, to zaburzy ona anatomię pacjenta. Oznacza to, że ułożenie struktur wewnętrznych będzie inne przed i po operacji, konieczne więc będzie przeprowadzenie kolejnego badania obrazowego w celu oznaczenia niezbędnych do planowania struktur (CTV, PTV, narządy krytyczne).

Skuteczna chemoterapia może spowodować całkowite ustąpienie guza (brak widocznego GTV), ale także zwiększenie ostrych odczynów (po radioterapii) w tkankach zdrowych. Efekt stosowania obu technik w sposób skojarzony polega albo na zwiększeniu poziomu uszkodzeń komórek nowotworowych z jednoczesnym zachowaniem takiego samego (jak przed chemioterapią) poziomu uszkodzeń komórek zdrowych (co jest pożądane w przypadku guzów radio-opornych), albo na zachowaniu takiego samego poziomu uszkodzeń komórek nowotworowych z jednoczesnym zmniejszeniem poziomu uszkodzeń komórek zdrowych (pożądane w przypadku terapii małymi dawkami).

Ponadto pacjenci samodzielnie mogą zdecydować się na alternatywne formy terapii, które także będą miały wpływ na skuteczność technik stosowanych klinicznie (operacji, radio- czy chemio-terapii). Spożywanie produktów bogatych w przeciwutleniacze, które oddziałują z wolnymi rodnikami, ma wpływ na powstawanie uszkodzeń prowadzących do śmierci komórek. Środki przeciwko depresji mogą zaburzać metabolizm niektórych leków. Aspiryna i Ginko Biloba zwiększają ryzyko krwotoków, fitoestrogeny wpływają na zachowanie nowotworów hormono-wrażliwych. Rozmaite czynniki związane ogólnie ze stylem życia, takie jak palenie papierosów czy spożywanie dużej ilości warzyw w czasie radioterapii zwiększa ryzyko ubocznych skutków popromiennych, takich jak zapalenie błon śluzowych czy biegunki.

Edyta

(na podstawie Practical Radiotherapy Planning, Barrett, Dobbs, Morris, Roques)

[2docs-blog1]

SERA – Simulation environment for radiotherapy  application

SERA to jeden z najczęściej stosowanych systemów planowania radioterapii stosowanych przy BNCT. Został opracowany przez Idaho National Engineering and Environmental Laboratory (INEEL) we współpracy z University of Montana (MSU).

 SERA, jak każdy system planowania, składa się z 3 głównych bloków:

obrazowanie struktur pacjenta (rekonstrukcja 3D)

obliczenie związane z transportem cząsteczek i depozycją dawki

konturowanie dawki na strukturach pacjenta.

 Ad.1. Modelowanie struktur pacjenta

Pierwszy krok polega na wykorzystaniu danych z diagnostyki obrazowej (CT, MRI lub innych) do wyznaczenia struktur zainteresowania (obszarów guza, narządów krytycznych). Wrysowanie może odbywać się w trybie ręcznym lub półautomatycznym. Cyfrowe dane z obrazowania są wykorzystywane tutaj jako szablony, na których zostaje zaznaczony obszar zainteresowania (ROI – region of interest), wypełniony wybranym kolorem oraz zamodelowany objętościowo.

Modelowanie jest realizowane za pośrednictwem 3 modułów:

seraImage (przetworzenie obrazów diagnostyki obrazowej na wewnętrzny format QSH)

seraModel (ręczne lub pół-automatyczne wyznaczenie ROI)

sera3d (wizualizacja modelu struktur pacjenta w 3D)

SeraImage pozwala użytkownikowi wczytać dane otrzymane podczas badań obrazowych, które w Europie standardowo są zapisywane w standardzie dicom. Następnie wykonywana jest konwersja danych na wewnętrzny format QSH (standard amerykański AAPM - American Association of Physicists in Medicine), wykorzystywany we wszystkich modułach programu SERA.

W kolejnym kroku dane zostają edytowane przez SeraModel, w celu wyznaczenia obszarów zainteresowania i stworzenia geometrii modelu. Moduł wyposażony jest w predefiniowane struktury takie jak mózg, czaszka itp. zawierające komplet informacji niezbędnych do późniejszych obliczeń transportu cząsteczek (m.in. podstawowy skład pierwiastkowy, współczynniki RBE dla danych składowych dawki). Wybierając odpowiednią strukturę użytkownik przypisuje każdemu ROI odpowiednie właściwości fizyczne. 

Następnie Sera3D pozwala na wizualizację geometrii zdefiniowanych struktur w 3D (z możliwością obrotu lub statycznie) za pomocą różnych algorytmów renderujących. Pozwala także na dobór optymalnej konfiguracji wiązki. 

Ad.2. Obliczenie dawki 

Obliczenia wykonywane są poprzez interface seraCalc (przygotowanie pliku wejściowego Monte Carlo) do programu seraMC (specjalny algorytm wykorzystujący kody Monte Carlo, dedykowany dla obliczeń planowania terapii BNCT, opracowany przez INEEL). Symulacja pozwala na wyznaczenie dawki otrzymywanej przez poszczególne organy pacjenta oraz na określenie optymalnego położenia pacjenta względem wiązki. Użytkownik ma możliwość zmiany parametrów wejściowych dla konkretnego przypadku obliczeniowego, może także zdefiniować sposób określenia dawki referencyjnej (w punkcie, w punkcie na określonej głębokości wzdłuż osi wiązki lub np. w objętości dla której dawka osiąga wartość maksymalną).

 SeraMC generuje także pliki wyjściowe, 0- ,1- ,2- lub 3-wymiarowe,  zawierające informacje o rozkładzie dawki. Plik 0-wymiarowy, to dawka w danym punkcie, 1-wymiarowy to np. prezentacja dawki w funkcji głębokości (rys poniżej).

Pliki 2-wymiarowe są wykorzystywane do prezentacji izodoz. Pliki 3-wymiarowe stanowią całkę z dawki po objętości:

Ad.3. Konturowanie dawki

Prezentację graficzną wykonanych obliczeń wykonuje moduł seraDose, grupujący punkty reprezentujące tą samą wartość dawki w postaci konturów. Następnie algorytm seraPlot nanosi te kontury na oryginalne obrazy tomograficzne pacjenta. W efekcie otrzymujemy widoczne izodozy oddzielające obszary o takiej samej wartości dostarczonej dawki. SeraPlot pozwala także na jednoczesne wyświetlenie histogramu (dvall) i zależności dawka-głębokość (simplot) oraz ich modyfikację.

(fot. Idaho National Laboratory)

#Edyta

[2docs-blog1]

Planowanie terapii w BNCT - wstęp

System planowania leczenia to narzędzie służące do wyznaczenia najlepszej modalności naświetlania, w sensie osiągnięcia najbardziej optymalnego rozkładu dawki w guzie nowotworowym oraz tkankach zdrowych. Proces ten jest realizowany przed rzeczywistym napromienianiem pacjenta, zatem ma decydujące znaczenie dla powodzenia całej terapii. Istnieje kilka parametrów, które należy wziąć pod uwagę przy podejmowaniu decyzji w procesie planowania:

geometrię napromieniania (położenie pacjenta względem źródła)

ilość pól/wiązek napromieniających

jakość wiązek napromieniających (widmo neutronowe)

czas napromieniania.

W przypadku BNCT należy także pamiętać o specyficznej radiobiologii oddziaływania neutronów z materią. Neutrony, oddziałując z atomami tkanek mogą powodować szereg reakcji jądrowych, z których każda będzie owocowała dostarczeniem dodatkowej, charakterystycznej dla danej reakcji, dawki fizycznej i biologicznej*. Wszystkie te składowe należy wziąć pod uwagę w taki sposób, aby zapewnić dostarczenie wystarczająco wysokiej dawki do obszaru nowotworowego oraz możliwie małej dawki do tkanek zdrowych, minimalizując ich uszkodzenia. Można zatem napisać, że planowanie leczenia jest procesem wielowątkowym, złożonym z wielu delikatnych i osobliwych zagadnień, z których wszystkie powinny być właściwie uwzględnione.

Początkowo (do końca 1999 roku) przy terapii BNCT wykorzystywano głównie dwa komputerowe systemy leczenia, opracowane w USA. Był to MacNCTPlan stosowany w badaniach klinicznych prowadzonych w Massachusetts Institute of Technology (MIT) oraz BNCT rtpe opracowany przez Idaho National Engineering and Environmental Laboratory (INEEL) we współpracy z  Montana State University (MSU). BNCT rtpe (radiation therapy planning environment) był systemem wykorzystywanym w badaniach klinicznych prowadzonych w Brookhaven National Laboratory (BNL) i licencjonowanym na cały świat.

Główną wadą obu tych systemów był przede wszystkim stosunkowo długi czas obliczeń (minimum 2 – 3 godziny pracy CPU na obliczenie jednego pola) w porównaniu ze standardowymi systemami planowania stosowanymi przy terapii protonowej. Powód był związany z koniecznością wyznaczenia jednoznacznych rozwiązań dla odpowiednich trójwymiarowych równań transportowych. W celu przyśpieszenia obliczeń zdecydowano się na zmianę i ulepszenie techniki numerycznych. W efekcie INEEL i MSU opracowali nowe środowisko symulacyjne zatytułowane SERA.

SERA jest obecnie najszerzej stosowanym systemem planowania leczenia wykorzystywanym przy terapii BNCT. Wiodące Japońskie firmy, opracowujące akceleratory do BNCT także przyznają się do korzystania z SERA. 

Więcej o SERA w następnym wpisie.

Edyta

[2docs-blog1]

Pro_log

Rozpoczęliśmy przygodę z urządzeniami Apple, zatem rozpoczynamy także przygodę z tumblr :) Od dawna szukamy dla siebie miejsca w blogowym świecie, może tutaj zagościmy na dłużej.

Co się będzie działo na blogu czas pokaże, kierunki naszych myśli, kilometry naszych przygód i kształty naszych profesji nie chcą się układać w regularny wzór, zatem sami spodziewamy się jedynie spójności w tym twórczym chaosie.

dr E & dr S czyli IREE & EXYS