PUESTA EN USO DE FILTRO PATRON PARA LA DOSIMETRIA POR PELICULAS EN IMRT J. Simon 1, L. Mazzucco 2 1 josephsimonpri@gmail.com, 2 lmazzucco@arnet.com.ar 1,2 Centro Privado de Radioterapia Rio Cuarto Córdoba - Argentina. Resumen El control de calidad de los filtros de Radioterapia de intensidad modulada sigue un proceso estricto y con diferentes puntos de control, estos procedimientos son ineludibles previo a su utilización en el paciente para el cual fueron diseñados, para ello se recomienda un control de calidad que abarque más de un método, dentro de los métodos usados en nuestro centro tenemos la dosimetría por películas EDR2 y EBT Gafchromic. Para el control dosimétrico de los filtros se evalúa cada filtro individual y el aporte de todos los campos sobre un fantoma de acrílico, usamos detectores en matrices de diodos, cámara de ionización, y películas radiográficas. Para la dosimetría por películas se deberá realizar una calibración de densidad óptica a dosis debido a que las condiciones de irradiación son distintas para cada caso, por lo cual se irradia una película de modo que contenga diferentes zonas de densidad óptica las cuales se conoce la dosis absorbida en cada una de ellas y así ajustar una curva densitométrica. El tiempo invertido en la fabricación de la película de calibración es a veces incompatible al horario de los centros de tratamiento, una solución planteada es fabricar y evaluar un filtro patrón que pueda ser usado en todos los casos de intensidad modulada con el cual pueda generarse la película de calibración en un solo disparo y reducir el tiempo en el proceso de la dosimetría por películas. Introducción Los filtros moduladores son una buena alternativa para implementar la radioterapia de intensidad modulada donde no se cuenta con equipos de multiláminas, sus ventajas y desventajas son conocidas en publicaciones de otros autores 1,2, estos filtros vienen a ser la solución encontrada del problema planteado en la planificación inversa en el sistema de planificación de tratamientos el cual consiste de condicionar valores dosis que se imponen sobre los órganos blanco, órganos sanos y resto de tejido. Posterior a la fabricación de los filtros se prosigue con 2 tipos de controles: no dosimétricos y dosimétricos. Lo no dosimétricos consisten en: montaje de los filtros en el equipo, verificación de dimensiones, verificación física del tallado en la aleación, registro y rotulación de cada uno, entre otros. Los controles dosimétricos consisten en evaluar la distribución de dosis lograda con ellos mediante el criterio de la función gamma 3, además de evaluación de perfiles en ambos ejes y en diagonales, histograma de variación de dosis y diferencia absoluta y relativa. La evaluación debe no solo examinar los filtros en forma individual sino que además debe evaluar todos en conjunto como se va entregar el tratamiento en paciente, esto puede lograrse con la irradiación de películas radiográficas, detectores de matriz de diodos o arreglo de microcamaras de ionización (estos últimos tienen cierto límite de angulación de gantry). Enfocándonos en la evaluación dosimétrica por películas diremos que presenta la más alta resolución respecto a los otros detectores, y por el momento es el único medio para evaluar el tratamiento completo con la sumatoria de los aportes de todos los campos para cualquier angulación de gantry, de aquí que su desarrollo e implementación sea tan importante en IMRT. Figura 1: Planificación de intensidad modulada con 4 campos para un tumor avanzado de parótida. Aporte de todos los campos de intensidad modulada trasladado a fantoma de acrílico donde se realiza la irradiación de las películas radiográficas.
Curva Densitométrica La curva de calibración es el ajuste de dosis y densidad óptica obtenida de irradiar una o varias películas con varios valores de unidades monitoras para el cual se conoce los valores de dosis entregados, la técnica común para generar esta curva es irradiar pequeños campos cuadrados o usar cuña dinámica sobre una película en un medio de irradiación sólido como un fantoma de PMMA con el cual se obtiene distintos valores de oscurecimiento y de dosis para obtener el mayor número de puntos de dosis/densidad óptica para el ajuste. Para optimizar este proceso, ya que usar campos pequeños exige mucho tiempo y no contamos con el modo cuña dinámica se diseñó un filtro patrón, con el cual es posible de un solo disparo generar 8 zonas cuadradas de distintos valores de densidad óptica, reduciendo el tiempo invertido en el proceso. Contando con 2 tipos de películas EDR2 y EBT Gafchromic se investigó las características de cada una, ambas películas son de rango extendido en dosis las cuales saturan a dosis de 600cGy aproximadamente, poseen tiempo de reposo similares para el crecimiento del oscurecimiento antes de escanearla, son de doble emulsión es decir tienen el componente activo en ambos lados de la película. La EDR2 necesita revelado y se escanea en valores de grises de16 ó 8 bits, viene ensobrada lista para irradiar y es sensible a luz visible, la EBT Gafchromic se auto revela, no es sensible a luz visible (solo se debe almacenar en lugares tenues y proteger de luz ultravioleta), se usa solo el canal rojo después de escanearla a 48 bits. Cada película tiene una característica curva dosimétrica, ambas fueron ajustadas a un polinomio de grado 3. Figura 2: Curvas densitométricas características de las películas EDR2 (izquierda) y EBT Gafchromic (izquierda). Material y Métodos Este filtro patrón fue diseñado con el propio sistema de planificación inversa CAT3D Mevis Informática usado para las planificaciones de intensidad modulada, el relevamiento de los coeficientes de atenuación de la aleación usada para los filtros se obtuvieron de un trabajo previo no incluido en el presente, así como la elaboración del protocolo de dosimetría por películas. Diseño Filtro Patrón El planteó del problema se empezó en un fantoma matemático con 200 cortes axiales separados entre sí 30 mm entre corte y corte, en la reconstrucción axial de estos cortes se segmentó 8 regiones de interés cuadradas de tamaño 40 mm de lado, separados cada región 30 mm en craneo caudal y laterales, todo ello en el plano del isocentro (ver figura 3). En las regiones de interés se estableció condiciones de dosis que van desde el 100% hasta la mayor atenuación posible permitida por el espesor del filtro, para 50 mm el 11%. Figura 3: Beam eye view de las 8 regiones segmentadas mostrando los valores de dosis porcentual logrado de la planificación inversa.
Además estas regiones tendrían que ser adecuadas de modo que en plano isocentro, tengan un tamaño suficiente que contenga nuestra cámara de ionización y así relevar los valores de dosis entregados. Figura 4: Vista previa del filtro patrón a fabricar en vista sólida y matriz de puntos, cada zona tiene en cuenta la divergencia del haz y tiene un espesor que decrece hasta tener la máxima modulación. Relevamiento del Filtro Patrón Para la calibración del Filtro Patrón se realizó mediciones en un fantoma hecho de varias planchas acrílico con cámara de ionización PTW 31003 la cual se coloca en insertos tallados en una de las planchas la cual se encuentra en la misma posición donde se irradiará la película de calibración. En el mismo sentido se evaluó con el detector de diodos Mapcheck bajo las mismas condiciones de irradiación para lograr la comparación de mediciones. La evaluación con Mapcheck se realizó en 2 etapas debido al tamaño del campo del filtro patrón (120 mm x 260 mm), para después usar la fusión de ambas mediciones (función del software del detector Mapcheck), las dosis entregadas en el medio acrílico en cada zona y las unidades monitoras necesarias son obtenidas del protocolo exportado por el sistema de planificación CAT3D. Prueba de autoconsistencia El software Doselab desarrollado por Dr. Nathan Childress 3 es usado para el análisis de las películas EDR2 y/o EBT Gafchromic irradiadas, el software tiene la capacidad de realizar correcciones por inhomogeneidad, sustraer el fondo, aplicar un suavizado, extraer el canal rojo para evaluación de las películas radiocrómicas, además de otras herramientas para el manejo de imágenes, el software fue evaluado en todas sus herramientas previamente antes de su puesta en uso. Figura 5 : Se irradió una película EBT Gafchromic con el filtro patrón para elaborar una curva de calibración con los valores registrados de densidad óptica y dosis, siguiente se evaluó la misma película con su propio ajuste para analizar la precisión y consistencia que se tiene al transformar valores de densidad óptica a dosis en un futuro análisis de tratamiento de intensidad modulada.
Prueba en Tratamientos Para evaluar el ajuste mediante este método, se aplicó en un tratamiento real y fue comparado con los resultados obtenidos con el detector de diodos Mapcheck para campos individuales ya comisionados, luego se evaluó su desarrollo para tratamientos de intensidad modulada completos. Resultados Todas las mediciones se realizaron bajo las mismas condiciones de irradiación, el planificador según la calibración del equipo y el resultado de la planificación inversa entrega los valores de dosis esperados en cada zona, los valores se resumen en la siguiente tabla: Zona D CAT3D D 31003 D Mapcheck D prom 5 218,39 219,85 221,95 220,06 4 198,35 197,82 198,32 198,16 6 175,93 176,13 178,97 177,01 3 144,68 147,04 144,84 145,52 7 110,99 115,14 113,14 113,09 2 79,17 80,65 80,35 80,06 8 45,40 48,11 46,90 46,80 1 20,91 20,82 20,82 20,85 Tabla 1 : Valores de dosis medidas en las zonas del filtro patrón para unidades monitoras arbitrarias. Las comparaciones se realizan respecto al promedio ya que se necesita saber los valores de dosis más probables que se le asignaran a las zonas registradas en la película. Si graficamos las variaciones porcentuales de dosis todas respecto a la promedio encontramos que la máxima variación se encuentra en 3% (diferencia local) para la zona 8 la de mayor espesor y máxima atenuación, que en valor de dosis corresponde a 1.4 cgy de diferencia, la mayor desviación en dosis encontrada fue de 2 cgy medida con la cámara de ionización respecto al promedio de un valor de 46.8 cgy.
De la prueba de autoconsistencia encontramos que la precisión con que ajustamos los valores de densidad óptica a dosis están dentro de las barras del ±2 %, esto nos asegura que el método esta hábil para lograr los límites de aceptación del 3% 4 en valor de dosis en el criterio de la función gamma tal como se recomienda en muchas publicaciones 5 y aceptado en muchos centros. De los resultados anteriores nos basamos para poner en uso al filtro patrón en los controles de calidad de los tratamientos de intensidad modulada, para las primeras pruebas usamos películas del tipo EDR2 y evaluamos filtros individuales y películas puestas en un corte axial en fantoma de acrílico corrido unos milímetros del plano isocentro para evitar la atenuación de la radiación en la propia película. Figura 6: Resultados encontrados para análisis dosimétrico de un filtro modulador con películas EDR2. El filtro tuvo un 97.3% de paso de la función gamma para un criterio del 3% en dosis y 3 mm del criterio DTA.
Debido a efectos no deseados en el revelado de estas películas y en su sensibilidad en el proceso de revelado (temperatura del revelador, velocidad de revelado) se decidió cambiar las películas a EBT Gafchromic las cuales se autorevelan y eliminan nuestro problema de sistema de revelado. Los resultados de campos individuales evaluados con la dosimetría por películas estaban en concordancia con los hallados con el detector Mapcheck, por tanto la dosimetría por película se encargaría de exclusivo a la evaluación de tratamiento completo, la evaluación consistía en irradiar películas en 1 y/o 2 cortes coronales (posterior y anterior respecto al plano isocentro) y 1 y/o 2 cortes axiales (craneal o caudal respecto del plano isocentro) en un fantoma de acrílico. Tipo Absoluto Relativo Criterios 3mm/3% 4mm/4% 3mm/3% 4mm/4% Tipo Absoluto Relativo Criterios 3mm/3% 4mm/4% 3mm/3% 4mm/4% axial cau 74.2% 92.2% 99.2% 100.0% axial cau 99.9% 100.0% 99.8% 99.9% cor ant 97.0% 99.6% 98.8% 99.8% cor ant 97.9% 99.9% 95.9% 99.0% cor post 96.7% 99.6% 95.1% 98.3% cor post 82.0% 94.4% 90.5% 95.7% axial cau 81.8% 95.9% 96.7% 100.0% axial cau 98.9% 100.0% 100.0% 100.0% cor ant 96.9% 99.7% 98.0% 99.8% cor ant 96.9% 99.1% 93.1% 98.8% cor post 95.8% 99.1% 95.5% 99.3% cor post 92.5% 99.6% 95.6% 99.2% axial cau 92.2% 98.6% 92.0% 98.0% axial cau 62.6% 81.5% 79.1% 87.1% cor ant 93.0% 98.3% 99.8% 100.0% cor ant 70.6% 85.7% 95.5% 99.0% cor post 96.0% 99.7% 99.3% 100.0% cor post 65.4% 76.4% 94.0% 98.5% axial cau 91.0% 99.9% 99.7% 100.0% axial cau 88.6% 96.6% 99.1% 100.0% cor post 92.9% 98.4% 85.1% 97.6% cor ant 92.0% 97.2% 96.7% 99.0% cor post 92.3% 98.7% 87.9% 96.6% axial cau 100.0% 100.0% 99.8% 100.0% cor ant 94.6% 98.8% 97.9% 100.0% cor ant 97.1% 99.9% 98.3% 99.8% cor post 97.4% 99.9% 98.2% 99.7% cor post 97.4% 99.8% 91.0% 97.8% cor ant 93.1% 99.8% 96.2% 100.0% cor ant 96.2% 99.3% 97.1% 99.6% cor post 96.0% 99.9% 96.1% 99.8% cor post 97.0% 99.4% 94.8% 99.5% Tabla 2 : Resumen de los resultados encontrados para algunos casos de radioterapia de intensidad modulada, la mayoría Cáncer de Próstata, Cáncer de Cabeza y Cuello, cáncer de Páncreas entre otros, usando en todos el filtro patrón para la dosimetría por películas EBT Gafchromic. Los valores resaltados en rojo son valores que no pasan el 95% de aceptación límite mínimo el cual se desea alcanzar para todos los tratamientos de intensidad modulada. Discusión y Conclusiones Con una máxima desviación 2% consideramos que el promedio de las lecturas de 3 mediciones son las lecturas representativas entregadas por el FP. Si comparamos este promedio de las lecturas con lo esperado por la planificación encontramos que en las regiones 4 y 5 una desviación 5.95% y 5.181%, esta alta discrepancia asumimos se debe entre otras razones a la dificultad en el maquinado del FP en zonas negativas donde la herramienta no llegaría a tallar óptimamente Una desviación máxima de 2% es aceptable en la asignación de dosis en una película irradiada, el proceso de calibración tendrá 8 puntos de comparación en densidad óptica y dosis lo cual da buena estadística, observamos que las dosis medidas con cámara de ionización en acrílico son muy cercanas a las medidas en agua y con el detector Mapcheck, podemos entonces considerar que los valores medidos en acrílico con cámara de ionización son representativos de las zonas moduladas del FP, y por tanto serán los valores para la calibración de las pruebas. Concluimos que el diseño de un FP es adecuado para efectuar la calibración de películas cada vez que se debe efectuar dosimetría de control en IMRT de filtros moduladores.
Bibliografía [1] Sha X. Chang, Timothy J. Cullip, Katharin M. Deschesne, Elizabeth P. Miller, and Julian G. Rosenman. Compesators: An alternative IMRT delivery technique. Med Phys Vol 6, N 3. [2] J. Meyer, J. A. Mills, O. C. Haas, E. M. Parvin and K. J. Burnham. Some limitations in the practical delivery of intensity Modulated radiation therapy. BJR 73 august 2000 854-863. [3] Nathan L. Childress, M.S., and Isaac I. Rosen. Ph.D. The design and Testing of novel clinical parameters for dose comparison. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2003; 56:1464-1479. [4] Daniel A. Low, William B. Harms, Sasa Mutic, and James A. Purdy. A technique for the quantitative evaluation of dose distributions. Med Phys Vol. 25, N 5, May 1998. [5] Nathan L. Childress, Mohammad Salehpour, Lei Dong, Charles Bloch, R. Allen Rosen and Isaac I. Rosen. Dosimetric accuracy of Kodak EDR2 film for IMRT verifications. Med. Phys. Vol 32 N 2, February 2005. [6] Nathan L. Childress and Isaac I. Rosen, Effect of processing time delay on the dose response of kodak EDR2 film. Med. Phys. 31 N 8, august 2004. X. R. Zhu, P. A. Jursinic, D. F. Grimm, F. Lopez, J. J. Rownd, and M. T. Gillin Evaluation of Kodak EDR2 film for dose verification of intensity modulated radiation therapy delivered by static multileaf collimator., Med. Phys. Vol. 29 N 8, August 2002.