Quality assurance in radiotherapy. Development and validation of a mailed dosimetry procedure for external audits using a multipurpose phantom and in vivo dosimetry.

摘要

Radiotherapie is één van de meest efficiënte behandelingsmodaliteit en in de aanpak van kanker, en speelt zowel een rol in de palliatie van kwaadaardige tumoren als in curatieve behandelingen. Het doel van curati eve radiotherapie is het genezen van de patiënt door het vernietigen van alle tumorcellen waarbij omliggende normale weefsels zoveel mogelijk ge spaard worden, zodat een langdurige overleving met een minimum aan laatt ijdige nevenwerkingen kan bekomen worden. Via bestraling met hoogenerget ische fotonenbundels uit verschillende richtingen dient een nauwkeurig g elokaliseerd doelvolume omsloten te worden door een zo homogeen mogelijk e driedimensionale dosisverdeling. Ondanks alle ballistische inspanninge n is het echter niet mogelijk om enkel tumorcellen te bestralen. Radioth erapie balanceert daarom continu tussen enerzijds de toediening van een te lage dosis aan de kankercellen, hetgeen de oorzaak is van onvolledige vernietiging van tumorcellen met risico op lokale recidieven en in vele gevallen mislukken van de behandeling, en anderzijds de toediening van een te hoge dosis aan de normale weefsels, hetgeen kan leiden tot niet a ccepteerbare complicaties voor de patiënt. De toegediende dosis is bijge volg een kritische grootheid. Bovendien is het proces van een radiotherapiebehandeling vrij complex. H et bestaat uit verschillende stappen, gaande van bestralingsvoorschrift, tumorlokalisatie, veldaflijning op de patiënt, berekening van dosisdist ributie tot het immobiliseren van de patiënt voor herhaalde dagelijkse b estralingen. Tijdens al deze voorbereidende stappen aan de bestralingsto ediening en bij de overdracht van grote hoeveelheden informatie tussen d e verschillende stappen in het radiotherapieproces kunnen fouten gebeure n die aan de basis liggen van systematische of willekeurige fouten, die optreden bij individuele patiënten of bij een groep van patiënten. Kwaliteitscontroleprocedures dienen bijgevolg opgesteld te worden, die g ericht zijn op het meten van het proces, namelijk de analyse van de toeg ediende behandeling. Kwaliteitscontroleprogramma’s van een radiotherapiecentrum zouden niet e nkel interne controles dienen te omvatten - die gebruikelijk uitgevoerd worden door de fysici van een radiotherapieafdeling - maar ook externe a udits, die georganiseerd worden door een onafhankelijke organisatie. Tot heden bestaan laatstgenoemde programma’s, die gebruik maken van per pos t verstuurde dosimeters, hoofdzakelijk uit controles van de calibratie v an klinische fotonenbundels via metingen met thermoluminescentie dosimet ers (TLD’s), geplaatst in de bundelas in water. Om eveneens dosimetrisch e karakteristieken van een bestralingsveld naast de centrale bundelas te verifiëren via een per post verstuurd scenario, werd in dit werk een ni euwe methode voorgesteld, gebruik makende van een waterequivalent fantoo m. ‘OPERA’ staat voor ‘Operational Phantom for External Radiotherapy Aud it’ en dient zoveel mogelijk relevante informatie van de stralingsbundel te vergaren in een zo kort mogelijke tijdspanne. In deel 1 van de thesi s werd ‘OPERA’ naar verschillende radiotherapiecentra verstuurd om de fu nctionaliteit van het fantoom na te gaan. Dit gebeurde door het beoordel en van de praktische opstelling aan de hand van bijhorende instructie- e n datadocumenten en door het vergelijken van de berekeningen met metinge n door TLD en radiografische film in een aantal klinische bestralingscon dities. Zowel filmen als TLD’s bleken in externe audits met ‘OPERA’ gesc hikte meetinstrumenten voor het achterhalen van de accuraatheid in dosis berekening en van de calibratie van het bestralingstoestel. Hoewel de toepassing van ‘OPERA’ geschikt is voor kwaliteitscontroles bl ijft het moeilijk om met een klein aantal fantoomopstellingen de klinisc he realiteit te controleren. De ultieme controle van het gehele radiotherapieproces, namelijk van voo rschrift tot dosistoediening, kan enkel tijdens de patiëntbehandeling ui tgevoerd worden via dosismetingen in of op de patiënt (in vivo dosimetri e) in goed gelokaliseerde bestralingsvelden. Terwijl de huiddosis moeili jk te berekenen is, wordt het detector signaal geconverteerd naar de dos is op een diepte waar de berekening met het planningsysteem meer toereik end is: de ingangsdosis. Het planningssysteem berekent de ingangsdosis u it de voorgeschreven dosis aan het doelvolume, hetgeen impliceert dat ee n fout in de ingangsdosis, gedetecteerd door in vivo dosimetrie, een fou t in de tumordosis kan betekenen. De detectoren die hoofdzakelijk in rad iotherapie gebruikt worden voor in vivo dosimetrie zijn diodes en TLD’s. Deze laatste kan men gemakkelijk transporteren. Om die reden werd in di t onderzoek (deel 2) gebruik gemaakt van TLD’s in per post verstuurde in vivo ingangsdosismetingen op patiënten. De meting van de ingangsdosis d ient te gebeuren met voldoende materiaal voor en rond de TLD op de huid. Hiertoe was het nodig build-up caps te ontwikkelen (hoofdstuk A) waarva n de dikte overeenkomt met de diepte van maximum dosis. Om de build-up c ap dimensies te beperken werd materiaal van hoge dichtheid aangewend (al uminium, koper, tantaal). Uit verschillende testen is gebleken dat de ca ps een adequate vorm en dikte hebben en dat de nieuwe detectoren (TLD in build-up cap) een klinisch aanvaardbare lokale dosisattenuatie vertonen en reproduceerbare resultaten leveren. In een volgende fase werden de detectoren uitgetest op een aantal patiën ten behandeld in de radiotherapieafdeling van UZ Leuven (hoofdstuk B). D oor het uitvoeren van 2 in vivo metingen per patiënt kan de reproduceerb aarheid in toegediende bestraling geverifieerd worden. Deze bleek gemidd eld lager dan 2% te zijn. De evaluatie van de ingangsdosissen gebeurde d oor het vergelijken van gemeten en berekende dosis en toonde aan dat er, naast willekeurige fouten tengevolge van dag-tot-dag variaties in patië ntenpositionering, een systematische fout voor 1 patiënt gevonden is. Ve rvolgens werden de detectoren, de instructie- en datadocumenten verzonde n naar verschillende Europese radiotherapieafdelingen, die elk een aanta l patiënten selecteerden met verscheidene doelvolumes. Aan de hand van e en tolerantieniveau van ± 5% werden er discrepanties gevonden tusse n gemeten en voorspelde ingangsdosissen, waarvan de overgrote meerderhei d dag-tot-dag variaties waren met daarnaast enkele significante systemat ische fouten. Bovendien volgde uit de studie dat een aangepast toleranti eniveau voor bepaalde klinische indicaties wenselijk is. In dit werk wordt een gevalideerde methodologie aangereikt, die de besta ande technieken in per post verstuurde dosimetrie uitbreidt naar meer co mplexe fantomen en vervolgens naar meer klinisch gerelateerde controles op het niveau van de patiënt.