Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

Evaluation of Tomodirect for treatment of thoracic and abdominal cases

Talozi, Sara (2018) MSFT01 20181
Medical Physics Programme
Abstract (Swedish)
Sedan 1970-talet har antalet rapporterade cancerfall dubblerats, dels på grund av förändrade levnadsvanor och dels på grund av bättre screeningmetoder som upptäcker cancern i tidigt skede. Tidig upptäckt av cancern i kombination med utvecklad cancerbehandling har bidragit till att risken för att avlida av cancer har minskat. Cancerbehandling sker huvudsakligen genom operation, strålbehandling eller med cellgifter, eller en kombination av dessa. Varannan cancersjuk patient får under sin behandlingstid någon form av strålbehandling. Det kan vara antingen för att bota cancern, minska risken för återfall eller lindra sjukdomen. Joniserande strålning används inom strålbehandling för att skada tumörcellernas arvsmassa (DNA). De två vanligaste... (More)
Sedan 1970-talet har antalet rapporterade cancerfall dubblerats, dels på grund av förändrade levnadsvanor och dels på grund av bättre screeningmetoder som upptäcker cancern i tidigt skede. Tidig upptäckt av cancern i kombination med utvecklad cancerbehandling har bidragit till att risken för att avlida av cancer har minskat. Cancerbehandling sker huvudsakligen genom operation, strålbehandling eller med cellgifter, eller en kombination av dessa. Varannan cancersjuk patient får under sin behandlingstid någon form av strålbehandling. Det kan vara antingen för att bota cancern, minska risken för återfall eller lindra sjukdomen. Joniserande strålning används inom strålbehandling för att skada tumörcellernas arvsmassa (DNA). De två vanligaste metoderna som används för strålbehandling är extern och intern strålbehandling. Vid extern strålbehandling används en extern källa som placeras utanför patienten och joniserande strålning levereras i form av en stråle till tumören. Vid intern strålterapi förs en strålkälla lika litet som ett frö in i kroppen så nära tumören som möjligt. Målet med en effektiv strålbehandling är att den joniserande strålningen endast träffar tumören och frisk vävnad skonas så mycket som möjlig. Dock kan bland annat osäkerheterinom strålbehandlingen såsom inkorrekt patientpositionering, tumörförändringar och andningsrörelser leda till att stråldosen blir utsmetad/blurrad, vilket kan leda till att en del av strålningen träffar den friska vävnaden som vi vill skona istället för tumören. Detta kan förklaras med hjälp av en jämförelse till ett fotografi av en person som rör sig, vid exponering under rörelse resulterar detta i att bilden blir utsmetad. På liknande sätt kan en patient som rör sig eller som dess inre organ rör sig under behandling, resultera i en utsmetad/blurrad stråldos. Blurrning av stråldosen tar man vanligtvis hänsyn till genom att öka marginalerna för behandlingsområdet. Men det kan även förkomma inbördes rörelser mellan bestrålningsmaskinens delar och tumören (s.k interplay effekter) som leder till ojämn strålning kring tumören. Dessa effekter kan man inte alltid kompensera för med hjälp av utökning av behandlingsmarginaler då de är mer komplicerade och beror oftast på många olika behandlingsparametrar. Interplay effekter och blurrning är oftast ett problem i thorax och bukområdet, där andningsrörelser leder till tumörrörelser och andra anatomiska rörelser. Patienter med cancer i thorax och bukområdet behandlas idag med så kallad konventionell teknik eller rotations-behandlingsteknik (exempelvis TomoHelical). För den konventionella tekniken används strålfält med uniform intensitet och patientbritsen är fast under behandlingen. Fördelen med denna teknik är att strålbehandlingen generellt sett går fort. Nackdelen med den konventionella tekniken är att en del strålning träffar frisk vävnad på grund av att man ofta utökar behandlingsmarginalen för att kompensera för eventuella rörelser av organ och därmed används bredare strålfält med uniform intensitet för att täcka behandlingsområdet. Den andra nackdelen är användningen av få strålfält, vilket är ett problem då målet är att tumören ska erhålla hög stråldos och därför måste dessa fält ha väldigt hög intensitet. Dock är det inte enbart tumören i detta fall som får hög stråldos, men även omkringliggande frisk vävnad som träffas av dessa strålfält.

Som tidigare nämnts används idag även TomoHelical som är en tomoterapiteknik och är en speciell form av strålbehandlingsteknik. TomoHelical är en teknik där maskinen roterar runt patienten och levererar strålning medan patientbritsen rör sig kontinuerligt. Detta medför att en del strålning med låg intensitet träffar frisk vävnad. Det är ett problem som kan öka vid andningsrörelser, eftersom en större mängd låg-intensitets strålning kan träffa frisk vävnad
istället för tumören. Tomoterapisystemet erbjuder även en annan teknik så kallad TomoDirect där endast ett fåtal vinklar används (mellan 2–12 vinklar) vid bestrålning medan patientbritsen rör sig. Denna teknik används runt omkring i världen för det mesta till bröstbestrålning. TomoDirect skulle kunna vara ett alternativ till behandling med konventionell teknik i thorax och bukområdet där vi har andningsrörelser, och man bland annat vill undvika bestrålning med stora fält med
uniform intensitet. Istället används fält med varierande intensitet. I och med att intensiteten på dessa fält varierar är det möjligt att det bidrar till lägre stråldos till frisk vävnad, vilket är fördelaktigt jämfört med den konventionella tekniken. TomoDirect kan även vara fördelaktigt för patienter med cancer i thorax och bukområdet som behandlas idag med TomoHelical eftersom strålningen levereras med fasta vinklar och en lägre mängd låg-intensitets strålning
träffar frisk vävnad. I detta examensarbete presenteras en separat jämförelse mellan TomoDirect och TomoHelical,
och TomoDirect och konventionell teknik för att undersöka om TomoDirect är ett bättre alternativ för cancerbehandling i thorax och bukområdet. (Less)
Popular Abstract
Aim: The tomotherapy system offers two radiation techniques, TomoHelical (TH) and TomoDirect (TD). The aim of this master thesis was to evaluate TD as a treatment alternative mainly by comparing TD treatment plans with 3DCRT plans and comparing TD plans with TH plans, separately, in the thoracic and abdominal regions. An additional aim was to examine if the current patient specific quality control (QC) is sufficient for TD treatments.

Material & Methods: Computed tomography (CT) scans of 20 patients with different diagnosis who received radiotherapy in the thoracic or abdominal region were used. The patients were randomly selected. TD plans were created in Tomotherapy planning system version 5.1.1.6. TD plans were compared with TH and... (More)
Aim: The tomotherapy system offers two radiation techniques, TomoHelical (TH) and TomoDirect (TD). The aim of this master thesis was to evaluate TD as a treatment alternative mainly by comparing TD treatment plans with 3DCRT plans and comparing TD plans with TH plans, separately, in the thoracic and abdominal regions. An additional aim was to examine if the current patient specific quality control (QC) is sufficient for TD treatments.

Material & Methods: Computed tomography (CT) scans of 20 patients with different diagnosis who received radiotherapy in the thoracic or abdominal region were used. The patients were randomly selected. TD plans were created in Tomotherapy planning system version 5.1.1.6. TD plans were compared with TH and 3DCRT plans regarding the planning target volume (PTV) coverage, homogeneity index (HI), conformity index (CI), mean absorbed dose to organs at risk (OAR) and beam-on time. The Delta4 phantom+ was used for QC of the treatment plans. To get an insight of the robustness of TD, Hexamotion was used in conjunction with the Delta4 phantom+ for motion simulation.

Results: The plan comparison between TD and TH for the thoracic cases showed equal PTV coverage, mean absorbed dose to OAR, HI and beam-on time. TH showed better CI than TD (p=0.02). For abdominal cases, the mean absorbed dose to OAR and CI were comparable between TD and TH. Compared to TH, TD plans had shorter beam-on time in the abdominal region (TD: 2.4-5.4 min, TH: 4.1-8.6 min) whereas TH provided better homogeneity (p=0.04). TD plans showed significantly better PTV coverage than 3DCRT both for the thoracic and abdominal cases (p=0.01). For the thoracic cases, CI, HI and beam-on times were equal in TD and 3DCRT plans whereas the beam-on time was longer for TD plans (p=0.01).
The mean absorbed dose to the right lung (contralateral for 4 of 5 cases) and heart were equal between TD and 3DCRT plans. TD reduced the mean absorbed dose to left lung (ipsilateral lung for 4 of 5 cases) (p=0.01). For the abdominal cases, CI, HI, mean absorbed dose to OAR and the beam-on times were equal. The QC measurements of the treatment plans were all clinically acceptable. Regardless of the used technique, the motion simulation measurements showed that the tomotherapy system is robust for +5 mm motion in cranio-caudal direction. Summary and conclusions: According to the comparison study of using TD in the thoracic and abdominal region, the benefits of TD relative to TH were beam-on time reduction for some cases (abdominal cases) and a reduced low dose volume. Compared to 3DCRT, TD provided an excellent PTV coverage. The present QC method (Delta4 phantom+) is suitable for measuring TD plans with ≥ 3 beam angles. Further research using simulated motion could bring more clarity about TD robustness in the thoracic and bdominal region (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Talozi, Sara
supervisor
organization
course
MSFT01 20181
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
language
English
id
8962586
date added to LUP
2018-10-29 20:50:09
date last changed
2018-10-29 20:50:09
@misc{8962586,
  abstract     = {{Sedan 1970-talet har antalet rapporterade cancerfall dubblerats, dels på grund av förändrade levnadsvanor och dels på grund av bättre screeningmetoder som upptäcker cancern i tidigt skede. Tidig upptäckt av cancern i kombination med utvecklad cancerbehandling har bidragit till att risken för att avlida av cancer har minskat. Cancerbehandling sker huvudsakligen genom operation, strålbehandling eller med cellgifter, eller en kombination av dessa. Varannan cancersjuk patient får under sin behandlingstid någon form av strålbehandling. Det kan vara antingen för att bota cancern, minska risken för återfall eller lindra sjukdomen. Joniserande strålning används inom strålbehandling för att skada tumörcellernas arvsmassa (DNA). De två vanligaste metoderna som används för strålbehandling är extern och intern strålbehandling. Vid extern strålbehandling används en extern källa som placeras utanför patienten och joniserande strålning levereras i form av en stråle till tumören. Vid intern strålterapi förs en strålkälla lika litet som ett frö in i kroppen så nära tumören som möjligt. Målet med en effektiv strålbehandling är att den joniserande strålningen endast träffar tumören och frisk vävnad skonas så mycket som möjlig. Dock kan bland annat osäkerheterinom strålbehandlingen såsom inkorrekt patientpositionering, tumörförändringar och andningsrörelser leda till att stråldosen blir utsmetad/blurrad, vilket kan leda till att en del av strålningen träffar den friska vävnaden som vi vill skona istället för tumören. Detta kan förklaras med hjälp av en jämförelse till ett fotografi av en person som rör sig, vid exponering under rörelse resulterar detta i att bilden blir utsmetad. På liknande sätt kan en patient som rör sig eller som dess inre organ rör sig under behandling, resultera i en utsmetad/blurrad stråldos. Blurrning av stråldosen tar man vanligtvis hänsyn till genom att öka marginalerna för behandlingsområdet. Men det kan även förkomma inbördes rörelser mellan bestrålningsmaskinens delar och tumören (s.k interplay effekter) som leder till ojämn strålning kring tumören. Dessa effekter kan man inte alltid kompensera för med hjälp av utökning av behandlingsmarginaler då de är mer komplicerade och beror oftast på många olika behandlingsparametrar. Interplay effekter och blurrning är oftast ett problem i thorax och bukområdet, där andningsrörelser leder till tumörrörelser och andra anatomiska rörelser. Patienter med cancer i thorax och bukområdet behandlas idag med så kallad konventionell teknik eller rotations-behandlingsteknik (exempelvis TomoHelical). För den konventionella tekniken används strålfält med uniform intensitet och patientbritsen är fast under behandlingen. Fördelen med denna teknik är att strålbehandlingen generellt sett går fort. Nackdelen med den konventionella tekniken är att en del strålning träffar frisk vävnad på grund av att man ofta utökar behandlingsmarginalen för att kompensera för eventuella rörelser av organ och därmed används bredare strålfält med uniform intensitet för att täcka behandlingsområdet. Den andra nackdelen är användningen av få strålfält, vilket är ett problem då målet är att tumören ska erhålla hög stråldos och därför måste dessa fält ha väldigt hög intensitet. Dock är det inte enbart tumören i detta fall som får hög stråldos, men även omkringliggande frisk vävnad som träffas av dessa strålfält.

Som tidigare nämnts används idag även TomoHelical som är en tomoterapiteknik och är en speciell form av strålbehandlingsteknik. TomoHelical är en teknik där maskinen roterar runt patienten och levererar strålning medan patientbritsen rör sig kontinuerligt. Detta medför att en del strålning med låg intensitet träffar frisk vävnad. Det är ett problem som kan öka vid andningsrörelser, eftersom en större mängd låg-intensitets strålning kan träffa frisk vävnad
istället för tumören. Tomoterapisystemet erbjuder även en annan teknik så kallad TomoDirect där endast ett fåtal vinklar används (mellan 2–12 vinklar) vid bestrålning medan patientbritsen rör sig. Denna teknik används runt omkring i världen för det mesta till bröstbestrålning. TomoDirect skulle kunna vara ett alternativ till behandling med konventionell teknik i thorax och bukområdet där vi har andningsrörelser, och man bland annat vill undvika bestrålning med stora fält med
uniform intensitet. Istället används fält med varierande intensitet. I och med att intensiteten på dessa fält varierar är det möjligt att det bidrar till lägre stråldos till frisk vävnad, vilket är fördelaktigt jämfört med den konventionella tekniken. TomoDirect kan även vara fördelaktigt för patienter med cancer i thorax och bukområdet som behandlas idag med TomoHelical eftersom strålningen levereras med fasta vinklar och en lägre mängd låg-intensitets strålning
träffar frisk vävnad. I detta examensarbete presenteras en separat jämförelse mellan TomoDirect och TomoHelical,
och TomoDirect och konventionell teknik för att undersöka om TomoDirect är ett bättre alternativ för cancerbehandling i thorax och bukområdet.}},
  author       = {{Talozi, Sara}},
  language     = {{eng}},
  note         = {{Student Paper}},
  title        = {{Evaluation of Tomodirect for treatment of thoracic and abdominal cases}},
  year         = {{2018}},
}