2 Konya Özel Radyasyon Onkolojisi Merkezi, Konya
3 İstanbul Üniversitesi Onkoloji Enstitüsü Tıbbi Radyofizik Bilim Dalı, İstanbul
Summary
AMAÇAkciğer kanserinin üç boyutlu konformal radyoterapi planlamasında intravenöz kontrast ajan kullanımının iki ayrı tedavi planlama sisteminin farklı algoritmalarıyla hesapladığı dozlardaki değişim incelendi.
GEREÇ VE YÖNTEM
Akciğer kanserli hastanın kontrastsız ve kontrastlı bilgisayarlı
tomografi (BT) kesitleri XiO ( CMS) ve Eclipse™ (Varian) sistemlerinde
değerlendirildi. Çeşitli alan boyutları ve açı düzenlemelerinde
eşit ağırlıklı dozlar gönderilerek XiO 'nun konvolüsyon,
Clarkson, hızlı süperpozisyon ve standart süperpozisyon
ile Eclipse'nin modified Batho, Batho power law ve equivalent
TAR algoritmaları ile hesaplanan monitör ünitlerin
(MU) kontrastla değişimi değerlendirildi. Tüm algoritmalarda
toplam monitör ünit değişikliklerinin Hounsfield unit (HU) değişimi ve alan boyutu ile bağıntısı araştırıldı.
BULGULAR
Kontrast madde kullanımı ile MU değerlerinde ortalama
+%1,3'lük (-%1 ile +%3,2 arasında) artış oldu. XiO'de HU
değişimi ile MU değişimi arasında lineer ve güçlü (r2=0,79)
olarak saptanan bağıntı Eclipse'te gösterilemedi.
SONUÇ
Bulgularımız kontrastlı BT kesitleri ile üç boyutlu radyoterapi
planlaması yapılabileceğini düşündürmekle birlikte, hedef
hacimlerin kontrastlı kesitler üzerinde belirlenip kontrastsız
kesitlerle füzyonu ve planlamanın kontrastsız kesitler üzerinde
yapılması en uygun yaklaşımdır.
Introduction
Akciğer kanserlerinin üç boyutlu radyoterapi (RT) planlamasında bilgisayarlı tomografi (BT) kesitlerinin kullanılması son yıllarda hızla artmaktadır. Modern tedavi planlama sistemleri (TPS), çeşitli doz algoritmalarını kullanarak BT kesitlerinden elde edilen bilgi ile dozu hesaplayabilmektedir. Son yıllarda akciğer gibi düşük yoğunluğa sahip homojen olmayan ortamlarda, kişiye özgü doz dağılımlarının daha iyi görülebilmesi için inhomojenite düzeltmesinden yararlanılmaktadır. Mah ve Van Dyk'in çalışmasında torasik RT'de inhomojenite düzeltmesinin yapılmaması durumunda RT'ye bağlı akciğer hasarının %5'lere varan oranlarda artabileceği gösterilmiştir.[1],[2] American Association of Physicists in Medicine'nin (AAPM) megavoltaj radyoterapide doku inhomojenite düzeltmeleri ile ilgili raporunda mevcut algoritmaların elektron dengesizliklerinin olduğu doku-akciğer arayüzü gibi bölgelerde dozu uygun bir şekilde gösteremediği belirtilmektedir. Özellikle 10 MV üzerinde ve eş düzlemde olmayan ışınlar kullanıldığında ışın yolu üzerindeki akciğer uzunluğuna bağlı olarak bu belirsizliğin daha da artabileceği gösterilmiştir.[3]BT simülasyon sırasında çekilen toraks BT'de özellikle mediastinal yapılar ve tümör ilişkisinin daha iyi ortaya konabilmesi için iyotlu intravenöz kontrast maddeler (KM) kullanılabilmektedir. Uygulanan KM öncelikle kalp, büyük damarlar, mediasten ve hiler bölgede tutulur. Tümör ve akciğer parenkimi ise daha az oranda KM içermektedir. İyot gibi yüksek atomik kütle numaralı (Z=53) ajanlardan oluşan KM, yoğun olarak tutulduğu bölgede X-ışını geçirgenliğini azaltıp BT numarasını (Hounsfield unit=HU) değiştirmektedir. Formül 1'de (F1) görüldüğü gibi hesaplanan HU, TPS tarafından elektronik yoğunluğa (cm3 başına é sayısı) formül 2 (F2) ile çevrilmektedir. KM uygulaması BT kesitlerinin elektron yoğunluğunda değişime yol açmaktadır.
TPS'lerde bulunan çeşitli doz algoritmaları BT kesitlerinden elde edilen elektron yoğunluk değerlerini kendine özgü düzeltme faktörlerini kullanarak doz hesabı yapmaktadır. Akciğer kanseri üç boyutlu tedavi planlamasında kullanılan KM'lerin TPS üzerindeki etkileri literatürde sıkça tartışılmaya başlanmıştır.[1],[4]-[6]
Bu çalışmamızda, akciğer kanseri tedavi planlaması nda uygulanan intravenöz KM'lerin ülkemizde sıkça kullanılan XiO (CMS Software, CMS Inc., USA) (sürüm 4.3.3) ve Eclipse™ (Varian, USA) (sürüm 7.5) tedavi planlama sistemlerinin farklı inhomojenite düzeltme algoritmaları üzerindeki etkileri incelendi.
Methods
Küçük hücre dışı akciğer kanseri olup radikal radyoterapi adayı hastanın aydınlatılmış onamı alınarak tedavi pozisyonunda serbest nefes alıp verme ile 5 mm ve 0,5 pitch oranı ile kontrastsız BT'si (Siemens, Somatom Emotion Duo) çekildi. Ardından aynı çalışma 1,5 cc/kg iohexol intravenöz KM bolus olarak verilerek tekrarlandı. Kontrastlı ve kontrastsız tomografi kesitleri XiO-CMS (sürüm 4.3.3) ve Eclipse-Varian (sürüm 7.5) tedavi planlama sistemlerinde değerlendirildi. 4x4 cm2, 7x7 cm2, 10x10 cm2 ve 13x13 cm2'lik alan boyutları için 6-MV foton ile çeşitli açılardan planlamalar yapıldı. Anteroposterior (AP, 0°)-posteroanterior (PA, 180°); AP-sol posterooblik (sol PO, 135°); AP-sol PO-sağ posterooblik (sağ PO, 225°); AP-PA-sol lateral (sol L, 90°)-sağ lateral (sağ L, 270°); AP-PA-sol L-sol PO-sağ PO-sağ L; AP-PA-sol L-sol PO-sağ PO-sağ L-sağ ön oblik (sağ AO, 315°)-sol ön oblik (sol AO, 45°); APsol L-sağ L alanlarından (Şekil 1) eşit ağırlıklı dozlar gönderilerek XiO'nun fast Fouirer transform=FFT konvolüsyon, Clarkson, hızlı süperpozisyon ve standart süperpozisyon algoritmaları ile hesapladığı monitör ünitlerin (MU) her bir alan düzenlemesi için ayrı ayrı kontrast kullanımı ile toplam değişim yüzdesi belirlendi (Tablo 1). Benzer çalışma Eclipse'te modified Batho, Batho power law ve equivalent TAR algoritmaları ile yinelendi. TPS'ler için her alan düzenlemesinde ayrı ayrı merkezi ışın boyunca 5 mm'de bir ölçülen HU değerlerinde kontrast kullanımı ile oluşan yüzde değişim Tablo 2'de gösterilmiştir. Kontrast maddenin oluşturduğu HU'daki ve hesaplanan dozlardaki değişim arasındaki bağıntı istatistiksel olarak regresyon analizi yöntemi kullanılarak araştırıldı. Alan boyutunun MU değişimi üzerindeki etkisi değerlendirildi.;){kind=link}
;){kind=link}
;){kind=link}
Results
İntravenöz kontrast madde kullanımı TPS'lerin hesapladığı toplam dozlarda ortalama +%1,3'lük (-%1 ile +%3,2 arasında) bir artışa neden oldu. En fazla toplam artış konvolüsyon algoritmasında AP-sol L-sağ L alanında %3,2 olarak gerçekleşirken, en çok azalma modified Batho algoritmasında AP-sol PO-sağ PO alanında -%1 olarak gerçekleşti.XiO (CMS): XiO'nun (sürüm 4.3.3) tüm algoritmaları göz önüne alındığında kontrast madde kullanımı ile ortalama %1,5'luk toplam MU artışı gerçekleşti. AP-PA; AP-sol PO; AP-sol PO-sağ-PO; AP-PA-sol L-sağ L; AP-PA-sol L-sol PO-sağ PO-sağ L; AP-PA-sol L-sol PO-sağ PO-sağ L-sağ AO-sol AO; AP-sol L-sağ L alanları için kontrast kullanımının oluşturduğu her bir alanın merkezi ışını doğrultusundaki toplam HU değişimi sırasıyla %3,5, -%3,4, %3, %11,3, %11, %15, %12,8 olduğu görüldü (Tablo 2). Her bir alan düzenlemesi ve boyutu için XiO algoritmalarının hesapladığı kontrastla değişen toplam MU yüzdeleri Tablo 1'de gösterilmiştir. En fazla toplam MU artışı konvolüsyon algoritmasında AP-sol L-sağ L alanı nda %3,2 olarak gerçekleşirken Clarkson APsol PO alanında %0,1'lik bir azalma görülmüştür. XiO'nun kontrast eklenmesi ile oluşan merkezi ışın boyunca toplam HU değişim yüzdeleri ile toplam MU değişimlerinin bağıntısı regresyon analizi yöntemi ile değerlendirildiğinde tüm algoritmalarda lineer ve güçlü bir bağıntı olduğu saptandı (Şekil 2). Clarkson, konvolüsyon, hızlı süperpozisyon ve standart süperpozisyon için r2 değerleri sırasıyla 0,82, 0,82, 0,83 ve 0,79 idi. Alan boyutu monitör ünitlerdeki değişimi çoğu algoritmada %1'den az etkilemiştir (Tablo 1). Ancak standart süperpozisyon algoritmasıyla AP-so l PO-sağ PO'da 10x10 cm2'lik alanda %2,86 olan artış diğer boyutlarda %0,75 civarında gerçekleşmiştir. Yine hızlı süperpozisyon için AP-PA-sol L-sağ L'de 4x4 cm2'lik alanda %1,15 iken diğer boyutlarda %2,2 civarında gerçekleşmiştir.
;){kind=link}
Eclipse™ (Varian): Eclipse tüm algoritmaları değerlendirildiğinde toplam %1,1'lik MU artışı olduğunu saptadık. AP-PA; AP-sol PO; AP-sol PO-sağ PO; AP-PA-sol L-sağ L; AP-PA-sol L-sol PO-sağ PO-sağ L; AP-PA-sol L-sol PO-sağ POsağ L- sağ AO-sol AO; AP-sol L-sağ L alanları için kontrast kullanımının oluşturduğu her bir alan merkezi ışın doğrultusundaki toplam HU değişimi sırasıyla %6,4, %8,3, %16, %13,6, %17,3, %20 ve %14,4 olmuştur (Tablo 2). Her bir alan düzenlemesi için Eclipse algoritmalarıyla hesaplanan kontrastla değişen toplam MU yüzdeleri Tablo 1'de gösterilmiştir. En fazla MU artışı %2,6 ile equivalent TAR ve AP-sağ L-sol L alanında gerçekleşirken, AP-sağ PO-sol PO alanında modified Batho algoritması ile %1'lik toplam MU azalması gerçekleşmiştir. Her bir alanın merkezi ışın doğrultusundaki toplam HU değişimleri Eclipse algoritmaları nın hiçbirisi ile bağıntılı bulunmamıştır. Modified Batho, Batho power law ve equivalent TAR algoritmaları için r2 değerleri sırasıyla 0,18, 0,16 ve 0,17 idi. Alan boyutu monitör ünitlerdeki değişimi çoğu algoritmada %1'den az etkilemiştir (Tablo 1). Ancak modified Batho algortimasında AP-sol PO-sağ PO'da 4x4 cm2'de -%1 olan azalma diğer boyutlarda +%0,2'ler civarında gerçekleşmiştir.
Discussion
Bilgisayarlı tomografi çekimi sırasında kullanı lan kontrastların üç boyutlu radyoterapi tedavi planlama sistemlerinin doz hesabı üzerine etkileri Ramm ve arkadaşları[4] tarafından incelenmiştir. Helax-TMS sistemi kullanılarak farklı konsantrasyonlarda baryum sülfat içeren 3, 6 ve 9 cm çaplı plastik konteynerler ile yapılan çalışmada, baryum sülfat konsantrasyonu ve çapının değişimi ile 6 MV foton için %7,5'lara varan oranlarda MU artışı belirlenmiştir. Araştırmacılar 500 HU altında ve 5 cm'den küçük KM içeren ortamın %1-3 arasında monitör unit değişikliğine yol açabileceğini öngörmüşlerdir.[4]Akciğer kanseri radyoterapisi üç boyutlu planlaması için BT sırasında kontrast madde kullanımı ile hesaplanan dozlardaki değişim son zamanlarda literatürde tartışılmaktadır. Lees ve arkadaşları kontrast madde içerebilen fantom düzeneği ve ayrı ca farklı üçer hastaya ait kontrastlı ve kontrastsız toraks BT'ler üzerinde XiO (sürüm 4.1.1) süperpozisyon algoritması ile çeşitli açı düzenlemeleri ile hesaplanan dozlardaki değişimi araştırmışlardır. Akciğer fantom düzeneğinde seyreltilmemiş ve seyreltilmiş kontrast kullanımı ile hesaplanan dozlarda sırasıyla %1,4 artış ve %0,7 azalma şeklinde gerçekleşmiştir. Hasta BT'lerinin değerlendirilmesinde ise kontrast kullanımı ile hesaplanan dozlarda ortalama artış %1,1 olmuştur. Bu sonuçlarla kontrast kullanımının doz planlama üzerinde minimal bir değişim yapacağı kanısına varmışlardır.[6]
Shibamoto ve arkadaşları,[1] beyin, boyun, torasik, üst abdomen ve pelvik bölge BT planlamalarında kontrast kullanımının oluşturduğu MU değişikliklerini incelemişlerdir. Torasik bölgeye radyoterapi planlanan beş hastada sadece AP-PA alan düzenlemesi için pencil-beam algoritması ile MU değişimi araştırılmış ve AP alan için ortanca %0,49 artış, PA alan için ortanca -%0,29 azalma saptanmıştır. Üst abdomen dışında diğer bölgelerde kontrast tutulumu önemli oranda MU değişimine yol açmazken üst abdomende özellikle karaciğer sağ lob kontrast tutulumuna bağlı olarak doz %2'lere varan doz artımı bildirmiştir.
Biz de çalışmamızda aynı hastaya ait kontrastlı ve kontrastsız kesitlerin farklı tedavi planlama sistemleri ve inhomojenite düzeltme algoritmaları üzerindeki etkilerini inceledik. Çeşitli açılar ve alan düzenlemelerinde 6 MV foton ile tüm alan düzenlemelerinde en fazla toplam artış konvolusyon algoritmasında AP-sol L-sağ L alanında %3,2 olarak gerçekleşirken, en çok azalma modified Batho algoritmasında AP-sol PO-sağ PO alanında -%1 olarak gerçekleşti. XiO algoritmalarında her bir alan düzenlemesi için merkezi ışın boyunca 5 mm'de bir ölçülen HU değerleri ile MU'lardaki değişim arasında pozitif bir bağıntı olduğunu saptadık (r2=0,79). Benzer bağıntıyı Eclipse'te gösteremedik. Kontrast madde ilavesi ile farklı alan düzenlemelerinde toplam monitör ünitlerde %3'ler civarında artma bazı alanlarda ise %1'lere varabilen azalmanın olabileceğini gösterdik. Mevcut doz inhomojenite düzeltme algoritmaları Monte Carlo yöntemlerinde olduğu gibi kompleks geometri içerisindeki tüm etkileşimleri hesaba katamamaktadır.[7] Farklı zamanlarda yapılan çalışmalar göstermiştir ki Monte Carlo hesaplamalarına en yakın sonucu veren convolution/superposition algoritması olmuştur.[8] Eğer çalışmamız Monte Carlo ile tekrarlansa daha büyük ve kabul edilemez doz farklılıkları ortaya çıkabilir. Mevcut bulgular ışığında kontrastlı BT kesitleri ile üç boyutlu radyoterapi planlaması yapılabileceği düşünülmektedir. Ancak kontrast madde ilavesinin çeşitli alan düzenlemeleri ve algoritmalar için kişiye özgü değişikliklere yol açabileceği unutulmamalıdır. Mümkün olan tüm olgularda kontrastlı ve kontrastsız kesitler alınmalı ve hedef hacimler kontrastlı kesitlerde çizilip füzyon yöntemi ile birleştirilip kontrastsız kesitler üzerinde planlama için TPS'ye gönderilmelidir.
Conclusion
Ticari olarak ulaşılabilir ve sık kullanılan tedavi planlama sistemlerinde mevcut inhomojenite düzeltme algoritmaları akciğer kanseri üç boyutlu konformal radyoterapi planlamasında kullanılan kontrast ajanlardan etkilenebilmektedir. Bu etkilenme düzenlenen tedavi açılarına ve kullanılan algoritmaya göre değişebilmektedir. Bulgularımız kontrastlı BT kesitleri ile üç boyutlu radyoterapi planlaması yapılabileceğini düşündürmekle birlikte hedef hacimlerin kontrastlı kesitler üzerinde belirlenip kontrastsız kesitlerle füzyonu ve planlamanın kontrastsız kesitler üzerinde yapılması en uygun yaklaşımdır. fiayet klinikte mevcut tedavi planlama sisteminde convolution/ superposition algoritmaları yüklü ise kompleks inhomojen yapıların varlığında tedavi planlama ve doz hesaplamaları için kullanıcılar tarafından bu algoritmalar tercih edilmelidir.References
1) Shibamoto Y, Naruse A, Fukuma H, Ayakawa S, Sugie C, Tomita N. Influence of contrast materials on dose calculation in radiotherapy planning using computed tomography for tumors at various anatomical regions: a prospective study. Radiother Oncol 2007;84(1):52-5.
2) Mah K, Van Dyk J. On the impact of tissue inhomogeneity corrections in clinical thoracic radiation therapy. Int J Radiat Oncol Biol Phys 1991;21(5):1257-67.
3) AAPM report No.85 Tissue inhomogeneity corrections for megavoltage photon beams. Madison, WI: American Asociation of Physicists in Medicine by Medical Physics Publishing; 2004.
4) Ramm U, Damrau M, Mose S, Manegold KH, Rahl CG, Böttcher HD. Influence of CT contrast agents on dose calculations in a 3D treatment planning system. Phys Med Biol 2001;46(10):2631-5.
5) Robar JL, Riccio SA, Martin MA. Tumour dose enhancement using modified megavoltage photon beams and contrast media. Phys Med Biol 2002;47(14):2433-49.
6) Lees J, Holloway L, Fuller M, Forstner D. Effect of intravenous contrast on treatment planning system dose calculations in the lung. Australas Phys Eng Sci Med 2005;28(3):190-5.