A comparison of surface based and laser based setup for rectal cancer patients in radiotherapy

Abstract

60 00 cancerfall rapporteras in varje år till socialstyrelsen men där numera fler än hälften botas.
Detta eftersom vi blir skickligare inom området och nya behandlingstekniker utvecklas.
Rektalcancer, även kallat ändtarmscancer är en cancerform som ökat under de senaste
decennierna. Behandling av patienter med rektalcancer varierar beroende på var och i vilket
stadie tumören befinner sig i. Oftast är behandlingen en kombination av kirurgi och
strålbehandling, där strålbehandlingen ges pre-operativt. Vid preoperativ behandling genomgår
patienten först strålbehandling under fem dagar eller fem veckor och opereras därefter. Patienter
med mer lokalt avancerade tumörer får genomgå den långa behandlingen då det krävs att en
skrumpning av tumören sker innan kirurgi.

Vid strålbehandling krävs det hög noggrannhet, precision och reproducerbarhet för att kunna
leverera en hög stråldos till tumören men samtidigt skona så mycket som möjligt av den
omgivande friska vävnaden. Ett problem som dyker upp då vi försöker uppnå detta är
positioneringen av patienter då det krävs att patienten positioneras på samma sätt under alla
fraktioner. Den konventionella positioneringen utförs idag med hjälp av hudmarkeringar och
lasrar i behandlingsrummet. Då hudmarkeringarna och lasrarna sammanfaller antas patienten
ligga i den korrekta behandlingspositionen. För att verifieras detta tas skiktröntgenbilder och
en korrigering görs eventuellt därefter av patient positionen så att stråldosen levereras till rätt
område. Dock vid röntgen erhåller patienten en extra stråldos vilket bör reduceras så mycket så
möjligt. Därför tas skiktröntgenbilder istället utifrån ett protokoll och inte vartenda
behandlings-fraktion. Under de fraktioner då ingen bildtagning utför används hudmarkeringar
och lasrarna i behandlingsrummet för att positionera patienten. Det är därför av intresse att
utforska nya tekniker som bidrar med bättre positionering för de fraktionerna utan biltagning.
Det har under de senaste åren utvecklats positioneringssystem som är snabba, icke-invasiva och
viktigast av allt inte bidrar med någon extra stråldos. Exempel på sådana system är CatalystTM
och Sentinel tillverkade av företaget C-RAD (C-RAD positioning AB, Uppsala, Sweden).

CatalystTM finns idag installerat i alla behandlingsrum på Skånes universitetssjukhus (SUS) och
används i dagsläget bland annat vid bröstrelaterade diagnoser men är även av intresse att
användas vid andra diagnoser för att förbättra positioneringen. Syftet med detta examensarbete
var att undersöka om positioneringen av patienter med rektalcancer som genomgår den korta
behandlingen kan förbättras med hjälp av positionerings- och övervakningssystemet
CatalystTM.

Popular Abstract (Swedish)

Purpose: The Catalyst TM is a non-ionizing and non-invasive optical scanning system that has
attractive features for patient setup and monitoring, as well as for respiratory gating during,
radiotherapy treatments. In this study, the conventional laser based setup was compared with
the surface based setup by the CatalystTM. A new non-rigid algorithm was used taking the whole
planning target volume (PTV) into account, instead of only isocenter while calculating the
optimal match of the surfaces. The effects of the match result, due to various size of the
reference surface as well as the setup using different camera systems, were also investigated.

Material and Methods: The surface based setup technique using the CatalystTM was evaluated
by comparing the cone beam computed tomography (CBCT) match results from two groups of
patients; 1) CBCT-match after conventional laser based setup and 2) CBCT-match after surface
based setup. In total 37 rectal cancer patients including 84 setup verifications were compared
from the different setup techniques retrospectively. The difference between the result from
single and three camera system was evaluated. Additionally, the impact on setup using different
cropped reference surfaces was also investigated by comparing; 1) the reference surface used
for patient positioning by the CatalystTM (original reference surface) and 2) a reference
excluding a larger part of the surface above the stomach (cropped reference surface) than in 1).

Results: For setup by the conventional laser based technique, 20%, 10% and 29% in lateral,
longitudinal and vertical respectively of all sessions were positioned outside the 4mm tolerance.
For surface based setup by the CatalystTM, the number of sessions that were positioned outside
the 4mm tolerance were instead 5%, 16% and 23%. The positioning accuracy for the CatalystTM
system in absolute median (95% CI) was 1.3cm (0.7–2.2cm), 2.3cm (1.2–4.0cm) and 2.2cm
(1.1–4.5cm) in lateral, longitudinal and vertical direction, respectively compared with 2.0cm
(1.0–3.0cm), 2.0cm (1.0–2.0cm) and 2.0cm (1.0–5.0cm) for the laser based setup. A significant
different was only observed in the lateral direction. For the comparison between single and
three camera systems, a significant improvement was observed for the three camera system
when comparing the median of deviation vector’s absolute values. For the comparison between
single and three camera systems, a significant improvement was observed for the three camera
system when comparing the median of deviation vector’s absolute values. No significant
improvement was observed for the cropped reference surface compared to the original reference
surface.

Conclusions: The optical surface scanning system CatalystTM with the novel non-rigid PTVbased
algorithm can be used to improve the setup in lateral direction for rectal cancer patients.
For the two remaining directions, i.e. longitudinally and vertically, this study show no
difference in performance of either surface or laser based setup. However, a significant
improvement was observed when comparing the setup performed by a single and three camera
system, in favor for the latter. When comparing the cropped reference surface with the original
no significant improvement was observed.

• author: Hamid, Sandra
• supervisor: Sofie Ceberg; Malin Kügele; Lovisa Bergh; Adalsteinn Gunnlaugsson
• organization: Medical Physics Programme
• course: MSFT01 20171
• year: 2017
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Medicine and Health Sciences
• language: English
• id: 8927723
• date added to LUP: 2017-10-23 18:54:30
• date last changed: 2017-10-23 18:54:30