Porovnání dávek v cílovém objemu a kritických orgánech u techniky IMRT a protonové terapie

Tereza STIEBLINGOVÁ

Bachelor's thesis

Comparison of doses in the target volume and critical organs for Intensity Modulated Radiation Therapy (IMRT) and proton therapy

Abstract:

Předmětem této práce je pohled na dvě vybrané moderní ozařovací techniky -IMRT (Radioterapie s modulovanou intenzitou svazku záření) a protonovou terapii. V teoretické části textu jsem se zaměřila na jejich vzájemné porovnání na všeobecné úrovni, a v části praktické na absorbované dávky ve vybraných kritických orgánech u pacientů s karcinomem prostaty. V teoretické části jsem pracovala s odbornou literaturou, články z lékařských a odborných časopisů a také s několika internetovými zdroji. Pro příklad uvádím Radiační onkologii od Pavla Šlampy a kolektivu či od Ľudovíta Jurgy a kolektivu slovenský titul Klinická onkológia a rádioterapia. Podle načerpaných informací jsem sestavila koncept, který je složen ze všeobecně zaměřených témat, jako je např. postavení radioterapie v léčbě onkologických onemocnění, charakteristika ionizujícího záření, postup při plánování léčby záření atd. Po úvodních kapitolách se zaměřuji konkrétně na fotonovou IMRT techniku a protonovou terapii, což jsou jedny z nejmodernějších ozařovacích metod současné onkologie. Jako cíl jsem si v teoretické části stanovila popis těchto vybraných technik, s důrazem na jejich výhody a nevýhody. V praktické části práce jsem hodnotila tyto dvě techniky z hlediska obdržených minimálních, středních a maximálních dávek ve vybraných kritických orgánech rektum, močový měchýř a obě hlavice femurů za použití různých frakcionačních režimů. Výsledky jsem porovnala s informacemi z teoretické části. Cílem praktické části je otestování této hypotézy: při léčbě karcinomu prostaty urychlenými protony obdrží zdravá okolní tkáň a kritické orgány menší množství dávky než při ozařování technikou IMRT. Z Pražského protonového centra (PTC) mi byly poskytnuty ozařovací plány včetně CT skenů od 20 anonymních pacientů s diagnózou karcinomem prostaty léčených protony. S plány jsem poté pracovala v programu plánování, abych k protonovým plánům vytvořila fotonové IMRT plány, a mohla tak u každého pacienta srovnat obě dvě techniky v různých frakcionačních schématech. Při porovnání IMRT techniky a protonové terapie, obě v normofrakcionaci, vyšly střední dávky u všech 20 pacientů nižší u protonů, a to ve všech vybraných kritických orgánech. Průměrný rozdíl středních dávek těchto technik ve všech vybraných kritických orgánech činí 11,022 Gy. Konkrétně u močového měchýře a rekta je dále z výsledků zřejmé, že při protonové terapii v jakémkoliv frakcionačním režimu (krátký, dlouhý, normofrakcionace) tyto struktury absorbují menší minimální i střední dávku než při fotonové IMRT terapii. Těchto výsledků se dosáhlo u všech 20 pacientů. Při porovnání IMRT techniky a protonové terapie, v krátkých i dlouhých režimech, z hlediska maximálních dávek v močovém měchýři a rektu vychází srovnatelné hodnoty, a to v obou kritických orgánech. V žádné z použité literatury, ze které jsem čerpala informace, se nepíše o dávkovém zatížení hlavic obou femurů. Pokud ale srovnám střední dávky protonové terapie s dávkami fotonové IMRT terapie, obě v normofrakcionaci, u všech 20 pacientů vyšly střední dávky nižší u protonové terapie. Výsledky minimálních dávek jsou rozporuplné a nedosáhlo se u nich tak jednoznačných závěrů. Hodnoty maximálních dávek v pravé a levé hlavici femurů vyšly u drtivé většiny z 20 pacientů nižší u protonové terapie (v krátkém i dlouhém režimu). Průměrný rozdíl u levé hlavice činí 3,434 Gy (krátký režim protonů vs. krátký režim fotonů), resp. 6,654 Gy (dlouhý režim protonů vs. dlouhý režim fotonů). Průměrný rozdíl u pravé hlavice činí 5,442 Gy (krátký režim protonů vs. krátký režim fotonů), resp. 9,

Abstract:

273 Gy (dlouhý režim protonů vs. dlouhý režim fotonů).

Abstract:

The topic of this thesis is a view at the two selected modern irradiation techniques - IMRT (Intensity-Modulated Radiation Therapy) and proton therapy. I compared them at a general level in the theoretical part, and in the practical part I focused on the absorbed doses in selected critical organs in patients with prostate cancer. In the theoretical part I worked with specialized literature and articles from medical journals and also with a number of internet sources. For example I worked with a publication titled Radiační onkologie by Pavel Šlampa or Klinická onkológia a rádioterapia by Ľudovit Jurga. I made a concept based on the obtained information, which is composed of generally related topics, e.g. the position of radiotherapy in the treatment of oncological diseases, characteristics of ionizing radiation, the process of radiation treatment planning etc. After these introductory chapters I focused specifically on photon IMRT technique and proton therapy which are among the most modern methods of contemporary radiation oncology. In the theoretical part I set the description of these selected techniques as a goal, with an emphasis on their advantages and disadvantages. In the practical part I analyzed these two techniques in terms of received minimum, medium and maximum doses in selected critical organs rectum, bladder and both femoral heads using different fractionation schemes. The results were compared with information from the theoretical part. In the practical part, the testing of this hypothesis was set as my goal: During the treatment of prostate cancer with accelerated protons the healthy surrounding tissue and critical organs will receive smaller amount of radiation dose than IMRT technique. Proton Therapy Center (PTC) in Prague provided me with some irradiation plans including CT scans from 20 anonymous patients diagnosed with prostate cancer and treated with protons. Then I worked with these plans in planning program to create a photon IMRT plan for each proton plan and in order to be able compare these two techniques in each patient in different fractionation schemes. When I compared IMRT technique and proton therapy, both in norm-fractionated scheme, moderate doses were lower with protons in all 20 patients in all selected critical organs. The average difference in moderate doses of these techniques in all selected critical organs is 11,022 Gy. Specifically, from the results is further evident, that the bladder and the rectum absorb less minimal and medium dose if proton therapy has been used in any fractional mode (short, long, norm-fractionated scheme) than in the photon IMRT therapy. These results were obtained in all 20 patients. When I compared IMRT technique and proton therapy, both in short scheme or long scheme, in terms of the maximum doses in the bladder and rectum, the values were comparable in the both critical organs. In none of the literature used as a source is a mention of minimal and medium doses on heads of both femurs. But if I compare the median doses proton's therapy with doses IMRT's photon therapy, both in norm-fractionated scheme, the medium doses were lower if proton therapy had been used. The results of minimal doses are contradictory and conclusions are not so unequivocal. The values of the maximum doses of the right and left femoral head were lower in overwhelming majority of 20 patients in proton therapy (in the short and also in long scheme). The average difference in the left head of femur is 3,434 Gy (proton's short scheme vs. photon's short scheme), respectively 6,654 Gy (proton's long scheme vs. photon's long scheme). The average difference in the right head of femur is 5,422 Gy (proton's short scheme vs. photon's short scheme), respectively 9,273 Gy (proton's long scheme vs. photon's long scheme).

Keywords

Radioterapie, IMRT, Protony, Protonová terapie, Karcinom prostaty

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 5. 2015

Accessible from:: 4. 5. 2015

Thesis defence

• Supervisor: Mgr. Lubomír Francl

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Health and Social Studies

Bachelor programme / field:
Specialization in Health Service / Radiological Assistant