Patient positioning correction strategies in radiotherapy A portal imaging study

Abstract

"Purpose: To find the optimal correction strategy to decrease the set-up errors for pelvic patients at the Department of Radiation Physics at the Finsen Centre, Copenhagen University Hospital.
Materials and methods: Using electronic portal imaging devise (EPID), 765 portal images from 17 patients, treated for bladder-, rectum-, anus- or gynecologic-carcinoma were aquired. The patients had the same set-up procedure. By comparing the DRR with the current portal image each patient’s set-up deviation was determined. Once the statistical characteristics of the deviations were known, a set-up correction strategy could be applied. A computer program simulated set-up deviations for 1000 patients to find the optimal set-up corrections strategy.
Results: The standard deviation of the systematic set-up errors, Σset-up, was found to be approximately equal to the standard deviation of the random set-up error, σset-up for the investigated pelvic patients. There was no significant overall mean systematic error. The computer-simulated study showed that the optimal correction strategy was the No Action Level (NAL) strategy with 3 measurements, with the Adaptive Maximum Likelihood (AML) factor included. Applying this strategy to the measured clinical data, the standard deviation of the systematic set-up error, decreased between 54 % and 71 %.
Conclusion: The suggested correction strategy resulted in potentially improved set-up accuracy with a relatively small increase in workload.
"

Abstract (Swedish)

I dag får en stor del av alla cancerpatienter strålbehandling. Den joniserade strålningen har mycket hög energi och ambitionen är att slå ut hela tumören samtidigt som man skonar den omgivande friska vävnaden i största möjliga mån. Efter bestrålning reparerar cellerna sig till stor del. Eftersom friska celler reparerar sig i högre utsträckning än tumörceller, delar man upp behandlingen i flera behandlingstillfällen så att de friska cellerna kan reparera sig mellan varje behandling. Det existerar alltid vissa osäkerheter i samband med en strålbehandling. En sådan osäkerhet är variationen av patientens placering i förhållande till strålen. Syftet med detta projekt är att hitta en optimal metod att korrigerara för fel i patientplacering.

Då en patient ska planeras för strålbehandling tas det först skiktröntgenbilder i en CTscanner (datortomograf). Utifrån dessa bilder optimeras behandlingen m.h.a. avancerade planeringsprogram. Man räknar då med att patienten placeras i behandlingsapparaten precis på samma sätt som i CT-scannern. Under första bestrålningen i behandlingsapparaten tas en bild för att försäkra sig om att patienten är placerad som planerat. Detta kan utredas genom att jämföra denna ”behandlingsbild” med den ”planeringsbild” som genererats från skiktröntgenbilderna. Då man jämför dessa bilder med varandra mäter man hur mycket patientens placering vid behandlingen (bestrålningen) avviker från den planerade. Denna avvikelse består av en systematisk del och en slumpmässig del. Låt oss likna detta vid prickskytte. Skytten har 20 skott och siktar på tiopoängaren. Hon träffar den men får även en viss spridning på träffarna. Denna spridning svarar för det slumpmässiga felet. Om kikarsiktet skulle vara feljusterat så skulle hon förmodligen inte träffa tiopoängaren, men antagligen ha samma spridning på träffarna. Avståndet från tiopoängaren för det genomsnittliga skottet svarar för det systematiska felet.

Ett exempel på en systematisk avvikelse i patientplacering, är fel i dataöverföring mellan CT-scannern (planeringsapparaten) och behandlingsapparaten. Ett sådant fel kommer att påverka alla behandlingstillfällen lika mycket, medanden slumpmässiga avvikelsen varierar från dag till dag. Den slumpmässiga avvikelsen kan endast förminskas genom att på olika sätt fixera patienten medan en förminskning av den systematiska avvikelsen kräver en korrektionsmetod. En korrektionsmetod går ut på att så fort som möjligt under behandlingsförloppet uppskatta den systematiska avvikelsen i patientens placering och sedan korrigera för denna vid efterföljande behandlingstillfällen. Det finns flera olika korrektionsmetoder.

Under projektets gång kontrollerades 765 bilder från 17 patienter med liknande diagnos, och på så sätt kunde patientgruppens systematiska och slumpmässiga fel beräknas. Genom att m h a ett datorprogram sedan simulera 1000 liknande patienters avvikelser, kunde man komma fram till vilken korrektionsmetod som bäst passade just denna typ av patientgrupp. Avslutningsvis gick man ”tillbaka i tiden” och testade hur korrektionsmetoderna skulle ha påverkat de färdigbehandlade patienterna om de hade utförts. På så sätt kunde man undersöka om medelavvikelsen i placeringen minskade i jämförelse med den medelavvikelse som beräknas för den befintliga korrektionsmetoden. Med andra ord, man undersökte om patienterna hade fått en bättre behandling om deras positionering hade blivit korrigerad enligt den nya metoden. Resultatet indikerade en signifikant förbättring, vilket ledde till att en ny korrektionsmetod ska införas för utvalda patientgrupper på Finsencentret på Rigshospital i Köpenhamn.

• author: Månsson, Sofie
• supervisor: Håkan Nyström; Marika Enmark
• organization: Medical Physics Programme
• year: 2004
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Medicine and Health Sciences
• keywords: Strålterapi
• language: English
• id: 2156932
• date added to LUP: 2011-09-14 12:07:27
• date last changed: 2016-02-04 03:52:20