INDICE

I.   INTRODUZIONE

II.  PARAMETRI E LIMITI GEOMETRICI DI BASE  DELL’UNITA’ DI TELECOBALTO THERATRON PHOENIX IMPLEMENTATI SUL SISTEMA DI PIANI DI TRATTAMENTO “PLATO”                                                                                                                                                                                                                

III.  DATI DOSIMETRICI DI BASE  DELL’UNITA’ DI TELECOBALTO THERATRON PHOENIX IMPLEMENTATI SUL SISTEMA DI PIANI DI TRATTAMENTO “PLATO”                                                                                                                                                                                                       

IV. FATTORI DI DIFFUSIONE DA COLLIMATORI E DA FANTOCCIO

V.  TARATURA DEI NUMERI CT

VI.  CONCLUSIONI                                                                                                 

I. INTRODUZIONE

La presente relazione riporta la fase relativa all’implementazione del Sistema di Piani di Trattamento (SPT) PLATO versione 3.2 della NUCLETRON operante presso il Servizio di Radioterapia della clinica Marco Polo.

Il sistema computerizzato PLATO è stato implementato con:

·       i dati geometrici dell’unità di telecobaltoterapia Theratron Phoenix;

·      i dati dosimetrici consistenti nelle distribuzioni di Dose Percentuale in Profondità (DPP) e nei Profili di Dose in Profondità (PDP) relativi a campi di sezione quadrata del fascio di ⁶⁰Co, prodotti dell’unità di telecobaltoterapia Theratron Phoenix, definiti alla Distanza Sorgente Superficie fantoccio DSS = 80 cm;

·     i fattori di diffusione da collimatore e da fantoccio in funzione dei campi quadrati non filtrati, normalizzati ai valori assunti per un campo di riferimento quadrato di lato uguale a 10 cm;

·     i fattori di diffusione da collimatore in funzione dei campi quadrati equivalenti filtrati, normalizzati ai valori assunti per un campo quadrato filtrato di lato uguale a 10 cm.
       Il sistema di calcolo permette di valutare, a partire dai dati dosimetrici acquisiti con il sistema dedicato RTD della Multidata (fantoccio d’acqua più sistema di calcolo, vedi Rapporto Tecnico M.P.01), i parametri necessari all’implementazione del calcolo della dose  mediante l’algoritmo “Pencil Beam” del SPT PLATO della Nucletron.

            A seguito di questa implementazione, il sistema PLATO e’ in grado di fornire:

·     le isodosi relative per tutti i campi con lati di dimensione compresa tra 5 cm e 35 cm;

·     i valori assoluti di rateo di dose in punti selezionati sul fascio;

·     il valore del tempo di trattamento per una dose prescritta in un punto di riferimento individuato sul piano radioterapico.

II.    PARAMETRI E LIMITI GEOMETRICI DI BASE  DELL’UNITA’ DI TELECOBALTO THERATRON PHOENIX IMPLEMENTATI SUL SISTEMA DI PIANI DI TRATTAMENTO “PLATO”    
                                                                                                

Nelle Tabelle I, II, III, IV, V, VI, VII e VIII, e nelle Figure 1 e 2 sono riportati i parametri ed i limiti geometrici di base dell'unità di telecobaltoterapia Theratron Phoenix che sono stati inseriti nel sistema di piani di trattamento PLATO per la relativa fase di configurazione. Le scale e le direzioni di movimento consentite sono stabilite secondo le convenzioni del report IEC 1217.

Tabella II – Caratteristiche geometriche e tecniche del collimatore dell’unità di telecobaltoterapia Theratron Phoenix

Tabella III – Caratteristiche geometriche e tecniche del lettino dell’unità di telecobaltoterapia Theratron Phoenix

Figura 1 – Schema geometrico del blocco in piombo

Tabella VI – Caratteristiche geometriche e tecniche del filtro a cuneo W₁ Mod. G85-282E dell’unità di telecobaltoterapia Theratron Phoenix

Tabella VII – Caratteristiche geometriche e tecniche del filtro a cuneo W₂ Mod. G85-151C dell’unità di telecobaltoterapia Theratron Phoenix

Tabella VIII – Caratteristiche geometriche e tecniche del filtro a cuneo W₃ Mod. G85-152C dell’unità di telecobaltoterapia Theratron Phoenix

Figura 2 – Caratteristiche geometriche dei filtri a cuneo (click sulla figura per allargarla)

III.       DATI DOSIMETRICI DI BASE DELL’UNITA’ DI TELECOBALTO THERATRON PHOENIX IMPLEMENTATI SUL SISTEMA DI PIANI DI TRATTAMENTO “PLATO”                         

L’implementazione del SPT PLATO richiede la caratterizzazione dosimetrica del fascio di ⁶⁰Co prodotto dall’unità Theratron Phoenix. In particolare è richiesta la conoscenza dei seguenti dati dosimetrici:

a)     Misure relative di dose assorbita in acqua, ottenute lungo l’asse centrale del fascio da misure di ionizzazione, in fantoccio d'acqua, normalizzate al valore massimo della misura alla profondità d_max = 0,5 cm. Tali valori costituiscono le Dosi Percentuali in Profondità (DPP). Le DPP sono state ottenute per campi quadrati non filtrati compresi tra 5x5 cm² e 35x35 cm² (Tabella IX).  Le dimensioni dei campi sono definite alla Distanza Sorgente - Superficie fantoccio, DSS = 80 cm, come riportato nel Rapporto Tecnico M.P.01;

Tabella IX – Valori delle percentuali di dose in profondità, DPP, lungo l’asse centrale del fascio in funzione delle dimensioni del campo quadrato non filtrato (5x5, 6x6, 8x8, 10x10, 15x15, 20x20, 25x25, 30x30 e 35x35 cm²) definito alla DSS = 80 cm.

b)     Profili di Dose in Profondità (PDP) in fantoccio d'acqua ottenuti, per campi quadrati non filtrati compresi tra 5x5 cm² e 35x35 cm², da misure di ionizzazione effettuate alle profondità di 5 cm e 15 cm lungo una direzione (asse x) trasversale all'asse centrale del fascio e parallela ad un lato del campo quadrato (DSS=80 cm), come riportato nel Rapporto Tecnico M.P.01;

c)     Profilo di Dose in Profondità in fantoccio d'acqua lungo la diagonale del campo massimo non filtrato (35 x 35 cm²) alla profondità d_max = 0,5 cm (DSS=80 cm), come riportato nel Rapporto Tecnico M.P.01, necessario all’implementazione dei fattori correttivi per la fluenza primaria del fascio di ⁶⁰Co in funzione della distanza dall’asse centrale del fascio (Tabella X);

Tabella X – Fattori correttivi per la fluenza primaria del fascio di ⁶⁰Co in funzione della distanza dall’asse centrale del fascio

d)     fattori S_cp(L) in funzione del lato L dei campi quadrati non filtrati; in Tabella XI sono riportati, insieme ai valori assoluti di rateo di dose assorbita in acqua, D(d_max), alla profondità d_max= 0,5 cm (come da Rapporto Tecnico M.P.01), i fattori S_cp(L), ottenuti normalizzando i suddetti valori di rateo di dose al valore di rateo di dose ottenuto per un campo di dimensioni 10x10 cm².

Tabella XI – Valori di rateo di dose assorbita in acqua D (d_max) e fattori S_cp(L). I ratei di dose sono riportati in funzione del lato L del campo quadrato non filtrato definito alla DSS = 80 cm alla data del 25 Novembre 2000. I valori dei ratei di dose normalizzati al valore ottenuto per un campo 10x10 cm² definiscono il fattore S_cp(L).

e)     rateo di dose assorbita in acqua alla profondità d_max=0,5 cm alla data del 25 Novembre 2000  (Tabella XII);

f)      coefficienti di attenuazione lineare m dei collimatori, dei filtri a cuneo (W₁, W₂ e W₃) e del blocco in piombo; fattore di trasmissione del portablocchi in perspex; larghezza a metà altezza dei PDP (FWMH); dimensione e risoluzione del kernel; fattori di correzione per l’indurimento del fascio (“hardening factor”) nell’utilizzo dei filtri a cuneo W₁, W₂ e W₃ (Tabella XII);

Tabella XII – Parametri dosimetrici relativi alla sorgente di ⁶⁰Co dell’unità di telecobaltoterapia Theratron Phoenix ed ai suoi accessori

IV.       FATTORI DI DIFFUSIONE DA COLLIMATORE E DA FANTOCCIO

Per i campi non filtrati, i fattori di diffusione da collimatore, [Sc(L)]_nf , dipendono dalle dimensioni del campo quadrato di lato L e sono definiti come rapporto tra il segnale M_nf(L) della c.i. e il segnale relativo al campo di dimensioni 10x10 cm² , M_nf(10), ottenuti con minifantoccio in aria:

 Per i campi filtrati, i fattori di diffusione da collimatore, [Sc(L)]_fi (con i=1,2,3 a seconda del filtro utilizzato), dipendono dalle dimensioni del campo quadrato equivalente di lato L e sono definiti come rapporto tra il segnale M_fi(L) della c.i. e il segnale relativo al campo filtrato di dimensioni 10x10 cm² , M_fi(10), ottenuti con minifantoccio in aria:

In Tabella XIII sono riportati i fattori di diffusione da collimatore richiesti dal sistema di piani di trattamento PLATO per i campi non filtrati, [Sc(L)]_nf , e per i campi con filtri a cuneo, [Sc(L)]_fi.

Nella stessa Tabella XIII, inoltre, sono riportati i fattori di diffusione da  fantoccio d’acqua richiesti dal sistema di piani di trattamento PLATO per i campi non filtrati, [Sp(L)]_nf  . I fattori di diffusione da  fantoccio per un campo non filtrato, [Sp(L)]_nf , sono definiti dal rapporto:

Tabella XIII – Fattori di diffusione da collimatore, [Sc(L)]_nf , e da fantoccio, [Sp(L)]_nf , in funzione delle dimensioni dei campi non filtrati e fattori di diffusione da collimatore, [Sc(L)]_fi (i=1,2,3), in funzione delle dimensioni dei campi filtrati con filtri a cuneo W₁, W₂ e W₃.

V.          TARATURA DEI NUMERI CT

Poiché l’algoritmo utilizzato dal sistema di piani di trattamento PLATO della NUCLETRON per la correzione delle disomogeneità fa uso delle densità elettroniche, relative all’acqua, dei tessuti attraversati dal fascio di ⁶⁰Co, si è reso necessario determinare la dipendenza delle densità elettroniche relative all’acqua in funzione dei numeri CT. Si è acquisita, con la CT della General Electric Mod. SYTEC in dotazione all’Istituto di Radiologia della clinica Marco Polo, una scansione (spessore sezione 10mm; tensione tubo 120kV; corrente 130mA; tempo 1,5 sec) di un fantoccio della Nuclear Associates Mod. 76-410, costituito da un cilindro cavo con le pareti in materiale acrilico che è possibile riempire d’acqua e da alcuni cilindri di materiale noto, posizionabili all’interno del fantoccio. Il sistema di piani di trattamento PLATO, tramite una routine dedicata all’operazione di taratura, permette di correlare il valore noto della densità elettronica di alcuni materiali presenti nel fantoccio ai numeri CT. In Tabella XIV vengono indicati i materiali costituenti i cilindri in dotazione al fantoccio, le loro densità elettroniche relative alla densità elettronica dell’acqua (r_e) e i corrispondenti valori dei numeri CT (N_CT). In Figura 3 è riportato l’andamento delle densità elettroniche relative alla densità elettronica dell’acqua (r_e) in funzione dei numeri CT (N_CT) per i materiali riportati in Tabella XIV.

Tabella XIV – Materiali costituenti i cilindri in dotazione al fantoccio della Nuclear Associates Mod. 76-410, densità elettroniche relative alla densità elettronica dell’acqua (r_e) e corrispondenti valori dei numeri CT (N_CT).

Figura 3 - Andamento delle densità elettroniche relative alla densità elettronica dell’acqua (r_e) dei materiali costituenti i cilindri in dotazione al fantoccio della Nuclear Associates Mod. 76-410 in funzione dei corrispondenti numeri CT (N_CT).

VI.       CONCLUSIONI

Il controllo dell’algoritmo di calcolo del Sistema di Piani di Trattamento NUCLETRON PLATO versione 3.2 ha previsto il confronto tra dati sperimentali e valori di dose calcolati da quest’ultimo in un mezzo omogeneo.

            Lo scarto percentuale massimo tra le DPP calcolate dal sistema PLATO ed i dati sperimentali per i campi non filtrati e per quelli filtrati è risultato essere contenuto entro l’ 1%.

          Il confronto tra i valori dei PDP calcolati dal sistema PLATO ed i valori sperimentali per i campi non filtrati e per quelli filtrati ha evidenziato che nella zona di alto gradiente di dose (regioni nelle quali i valori di dose variano dall’80% al 20% della dose ottenuta sull’asse centrale del fascio), i valori dei PDP calcolati e i valori dei PDP sperimentali si sovrappongono entro i 2 mm. Nelle zone di basso gradiente di dose (regioni nelle quali i valori di dose variano dal 100% al 90% e regioni nelle quali i valori di dose sono minori del 20% della dose ottenuta sull’asse centrale del fascio) i valori dei PDP calcolati e i valori dei PDP sperimentali per i campi non filtrati  e per quelli filtrati  si sovrappongono entro il 2%.

            In conclusione, il confronto tra i dati sperimentali e i valori di dose calcolati dal sistema PLATO (DPP e PDP), rientra nelle tolleranze prescritte, nell’ambito dei controlli di qualità sull’algoritmo dei SPT, dal rapporto ISTISAN 99/6 (“Controlli di qualità essenziali in radioterapia con fasci esterni”).