京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第22146号 / 医博第4537号 / 新制||医||1039(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 大森 孝一, 教授 富樫 かおり, 教授 武田 俊一 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第18170号 / 医博第3890号 / 新制||医||1003(附属図書館) / 31028 / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 増永 慎一郎, 教授 小川 修, 教授 富樫 かおり / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

In modern, advanced radiotherapy (e.g. intensity modulated photon radiotherapy, IMXT) the delivery time for each fraction becomes prolonged to 10-20 minutes compared with the conventional, commonly 2-5 minutes. The biological effect of this prolongation is not fully known. The large number of beam directions in IMXT commonly leads to a large integral dose in the patient. Electrons would reduce the integral dose but are not suitable for treating deep-seated tumour, due to their limited penetration in tissues. By combining electron and photon beams, the dose distributions may be improved compared with either used alone. One obstacle for using electron beams in clinical routine is that there is no available treatment planning systems that optimise electron beam treatments in a similar way as for IMXT. Protons have an even more pronounced dose fall-off, larger penetration depth and less penumbra widening than electrons and are therefore more suitable for advanced radiotherapy. However, proton facilities optimised for advanced radiotherapy are not commonly available. In some instances electron beams may be an acceptable surrogate. The first part of this study is an experimental in vitro study where the situation in a tumour during fractionated radiotherapy is simulated. The effect of the prolonged fraction time is compared with the predictions by radiobiological models. The second part is a treatment planning study to analyse the mixing of electron and photon beams for at complex target volume in comparison with IMXT. In the next step a research version of an electron beam optimiser was used for the improvement of treatment plans. The aim was to develop a method for translating crude energy and intensity matrices for optimised electrons into a deliverable treatment plan without destroying the dose distribution. In the final part, different methods of treating the spinal canal in medulloblastoma were explored in a treatment planning study that was evaluated with biological models for estimating risks for late radiation effects. The effect on cell survival of prolonging fraction time at conventional doses/fraction is significant in an in vitro system. This effect is underestimated by biological models. Prolonging the fraction time will spare tissues with a fast DNA repair. Thus, there is a risk for sparing tumours. The mixed electron and photon beam technique has the potential to treat deep-seated tumours. Compared with IMXT the number of beams can be reduced and as a consequence, the time for each fraction could be kept shorter. The integral dose in the patient will also be lower. The mixed beam technique could potentially be further improved if automatic optimisation for electrons was available. The results suggest that optimisation and segmentation can be automated, and a deliverable treatment plan can be obtained with simple procedures without destroying the quality of the dose distribution. The integral dose in patients may lead to late radiation side effects. In childhood cancers the risk for development of radiation induced cancers is a reality and the integral dose outside the target volume should be minimised. Based on models for cancer induction, protons show the lowest risk while electrons have some benefit compared with different photon techniques. All methods are able to similarly well treat the target volume.

Orientador: Marco Antônio Rodrigues Fernandes / Resumo: O presente estudo consiste na análise da viabilidade econômica e financeira da implantação da radioterapia de intensidade modulada (IMRT) no tratamento do câncer de próstata e comparar seus benefícios clínicos frente aos procedimentos similares custeados pelos sistemas de saúde públicos e privados. Para tanto, foram analisadas as distribuições de dose de radiação preconizadas nos planejamentos radioterápicos com as técnicas de radioterapia conformacional tridimensional (3D-CRT) e de intensidade modulada (IMRT), prescrita para 20 pacientes com câncer de próstata tratados em um serviço de radioterapia privado. Para verificação da qualidade da distribuição de dose de radiação no volume de tratamento, foram analisados os índices de homogeneidade (IH) e de conformidade (IC) de cada um dos planos radioterápicos estudados. Em comparação com a técnica 3D-CRT, a técnica de IMRT permitiu uma melhor cobertura e conformação da dose prescrita no volume alvo de planejamento (PTV), porém distribuída de forma mais heterogênea. Além disso, avaliou-se os custos financeiros para aquisição dos equipamentos de irradiação e manutenção dos tratamentos, bem como os valores de repasses feitos pelos sistemas de saúde para os procedimentos de radioterapia em próstata. / Mestre

Submitted by ISABELLA PAZIAM FERNANDES NUNES null (ipaziam@me.com) on 2018-03-14T12:47:35Z No. of bitstreams: 1 dissertacao - nunes ipf.pdf: 3167962 bytes, checksum: bd9df494a7b84197900f4be8d90cd090 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Pizzani null (luciana@btu.unesp.br) on 2018-03-19T11:47:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 nunes_ipf_me_bot.pdf: 3167962 bytes, checksum: bd9df494a7b84197900f4be8d90cd090 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-19T11:47:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 nunes_ipf_me_bot.pdf: 3167962 bytes, checksum: bd9df494a7b84197900f4be8d90cd090 (MD5) Previous issue date: 2018-02-23 / O presente estudo consiste na análise da viabilidade econômica e financeira da implantação da radioterapia de intensidade modulada (IMRT) no tratamento do câncer de próstata e comparar seus benefícios clínicos frente aos procedimentos similares custeados pelos sistemas de saúde públicos e privados. Para tanto, foram analisadas as distribuições de dose de radiação preconizadas nos planejamentos radioterápicos com as técnicas de radioterapia conformacional tridimensional (3D-CRT) e de intensidade modulada (IMRT), prescrita para 20 pacientes com câncer de próstata tratados em um serviço de radioterapia privado. Para verificação da qualidade da distribuição de dose de radiação no volume de tratamento, foram analisados os índices de homogeneidade (IH) e de conformidade (IC) de cada um dos planos radioterápicos estudados. Em comparação com a técnica 3D-CRT, a técnica de IMRT permitiu uma melhor cobertura e conformação da dose prescrita no volume alvo de planejamento (PTV), porém distribuída de forma mais heterogênea. Além disso, avaliou-se os custos financeiros para aquisição dos equipamentos de irradiação e manutenção dos tratamentos, bem como os valores de repasses feitos pelos sistemas de saúde para os procedimentos de radioterapia em próstata. / The present study consists in analyzing the economic and financial viability to establish the intensity modulated radiotherapy (IMRT) in the treatment for prostate cancer and compare its clinical benefits to similar procedures funded by public and private health systems. In order to do so, the radiation absorbed-dose distributions recommended in the radiotherapy plans with three-dimensional conformal radiotherapy (3D-CRT) and intensity-modulated radiotherapy (IMRT) techniques, prescribed for 20 patients with prostate cancer treated in a private radiotherapy clinic, were evaluated. To verify the quality of the radiation dose distribution in the treatment volume, the homogeneity index (HI) and the conformity index (CI) of each radiotherapy plans studied were analyzed. In contrast to the 3D-CRT technique, the IMRT technique allowed a better coverage and conformation of the radiation dose prescribed in the planning target volume (PTV), but distributed in a more heterogeneous way. It was also evaluated the financial costs for the acquisition of the irradiation equipment and for the maintenance of the treatments, as well as the values of the on-lending made by the health systems for the radiotherapy procedures for the prostate.

Orientador: Marco Antônio Rodrigues Fernandes / Resumo: Os modernos sistemas de planejamentos de tratamento (Treatment Planning System - TPS) computadorizados possibilitam a análise de parâmetros que informam sobre a homogeneidade (Índice de Homogeneidade - IH) e a conformidade (Índice de Conformidade - IC) da distribuição de dose de radiação em todo o volume irradiado. O IH é determinado verificando o gradiente de dose de radiação em todo o volume de tratamento planejado (PTV), uma distribuição de dose perfeitamente homogênea implica em IH igual a zero. O IC representa o grau de conformidade entre a região do PTV coberta pela dose prescrita e o volume total do PTV, quanto mais próximo do valor 1,0 melhor a conformidade do tratamento. Nesta pesquisa foram analisados os índices IH e IC para 82 casos clínicos de pacientes anteriormente submetidos à radioterapia, comparando os valores calculados destes parâmetros em planejamentos realizados com a técnica radioterápica tridimensional conformacional (3D-CRT) com a técnica de radioterapia de intensidade modulada (IMRT), e correlacionando estes índices com a dose de radiação preconizada em cada um dos casos clínicos estudados. Os planejamentos radioterápicos foram efetuados em dois diferentes Sistemas de Planejamento de Tratamento (TPS), o TPS Eclipse e o TPS XiO. Os resultados apontam que os planejamentos feitos com a técnica de IMRT apresentam valores de IC e IH levemente melhores do que os obtidos com a técnica 3D-CRT. / Abstract: Modern Treatment Planning System (TPS) computerized allows the analysis of parameters that report on the homogeneity index (HI) and conformity index (CI) of radiation dose distribution throughout the irradiated volume. IH is determined by checking the radiation dose gradient across the PTV (planned treatment volume), a perfectly homogeneous dose distribution implies IH = zero. The IC represents the degree of conformity between the PTV region covered by the prescribed dose and the total PTV volume, the closer to 1.0 the better the treatment compliance. In this research IH and IC indices were analyzed for 82 clinical cases previously submitted to radiotherapy, comparing the calculated values of these parameters in three-dimensional conformal radiation therapy (3D-CRT) planning with the intensity modulated radiation therapy (IMRT) technique, and correlating these indices with radiation dose recommended in each of the clinical cases studied. Radiotherapy planning was carried out in two different treatment planning system (TPS): TPS Eclipse and TPS XiO. The results indicated that the plans made with the IMRT technique present slightly better IC and IH values than those obtained by 3DCRT technique. / Mestre

A radioterapia de intensidade modulada (IMRT) é uma das mais modernas técnicas radioterapêuticas que permite a entrega de elevadas e complexas distribuição de doses ao volume tumoral, que necessita de novos métodos para o controle de qualidade dos procedimentos efetuados. Nos serviços de radioterapia costuma-se usar para o controle de qualidade do sistema de planejamento, a câmara de ionização para verificação pontual da dose e um dispositivo com diodos semicondutores (MapCHECK2) para a verificação bidimensional em um plano da fluência planejada, entretanto, para a verificação tridimensional dessas distribuições de doses ainda não há um dosímetro consolidado na rotina clínica. Nesse contexto, para a dosimetria tridimensional se destacam os géis poliméricos. Neste trabalho foram feitas a dosimetria convencional, pontual e bidimensional como se faz na rotina clínica e a dosimetria tridimensional utilizando o gel polimérico Magic-f, que apresenta a distribuição de dose volumétrica. Para este trabalho foi escolhido o tratamento de câncer de próstata, pois na atualidade é um dos tipos de cânceres mais comuns entre os homens. No contexto da dosimetria gel, para se obter a informação volumétrica é necessária uma técnica de imagem, no presente caso foram utilizadas imagens por ressonância magnética (magnetic resonance imaging, MRI). A partir dessas imagens é possível determinar as distribuições de doses processando-as em um software desenvolvido pelo grupo que determina as taxas de relaxação R2 associada à dose absorvida e posteriormente comparar as imagens obtidas com as imagens do sistema de planejamento. Para isso, se obteve dez cortes ao longo de cada simulador físico ou fantom em que sua comparação foi feita com a respectiva fatia do sistema de planejamento, na posição correspondente. Para uma avaliação quantitativa foi utilizado o conceito de índice gama, no critério padrão da radioterapia, 3% da dose e 3mm de distância de concordância. Os resultados obtidos com a dosimetria gel se mostram de acordo com os controles de qualidade convencionais e oferecem uma visão global da distribuição de dose no volume alvo. / The intensity modulated radiotherapy (IMRT) is one of the most modern radiotherapeutic technique that enables the delivery of high and complexes conformational doses to the tumor volume, that requires new methods for the quality assurance of the procedures performed. Radiotherapy services usually perform quality assurance of the planning system with the ionization chamber for spot-checking and an array of semiconductor diodes (MapCHECK2) to check on a two-dimensional plane, however for tridimensional dose verification does not exist an established dosimeter in the clinical routine. In this context, for three-dimensional dosimetry the polymeric gels were used. In This work the conventional one and two-dimensional dosimetry as employed in the clinical routine, and the three-dimensional dosimetry using polymer gel MAGIC- f, which provide the volumetric dose distribution. Prostate cancer clinical cases were chosen for this work because this kind of tumor is one of the most common cases in male individuals. In the context of dosimetry gel to obtain volumetric information an imaging technique is necessary, in this case the magnetic resonance imaging (MRI), was used to measure the dose. From these images it is possible to determine the distributions of doses processing them in a software developed by our research group that determines R2 relaxation rates associated with the absorbed dose and subsequently compare the images obtained with the images of the planning system. For this, ten slices were obtained along each phantom, and comparisons were made with the respective slice of the treatment planning system, in the corresponding position. For a quantitative evaluation of the gamma index , in the standard criterion in radiotherapy, 3 % dose and 3 mm distance to agreement was used. The results obtained shown that gel dosimetry agrees with the conventional quality controls and provide an overview of dose distribution in the target volume.

A radioterapia de intensidade modulada (IMRT) é uma das mais modernas técnicas radioterapêuticas que permite a entrega de elevadas e complexas distribuição de doses ao volume tumoral, que necessita de novos métodos para o controle de qualidade dos procedimentos efetuados. Nos serviços de radioterapia costuma-se usar para o controle de qualidade do sistema de planejamento, a câmara de ionização para verificação pontual da dose e um dispositivo com diodos semicondutores (MapCHECK2) para a verificação bidimensional em um plano da fluência planejada, entretanto, para a verificação tridimensional dessas distribuições de doses ainda não há um dosímetro consolidado na rotina clínica. Nesse contexto, para a dosimetria tridimensional se destacam os géis poliméricos. Neste trabalho foram feitas a dosimetria convencional, pontual e bidimensional como se faz na rotina clínica e a dosimetria tridimensional utilizando o gel polimérico Magic-f, que apresenta a distribuição de dose volumétrica. Para este trabalho foi escolhido o tratamento de câncer de próstata, pois na atualidade é um dos tipos de cânceres mais comuns entre os homens. No contexto da dosimetria gel, para se obter a informação volumétrica é necessária uma técnica de imagem, no presente caso foram utilizadas imagens por ressonância magnética (magnetic resonance imaging, MRI). A partir dessas imagens é possível determinar as distribuições de doses processando-as em um software desenvolvido pelo grupo que determina as taxas de relaxação R2 associada à dose absorvida e posteriormente comparar as imagens obtidas com as imagens do sistema de planejamento. Para isso, se obteve dez cortes ao longo de cada simulador físico ou fantom em que sua comparação foi feita com a respectiva fatia do sistema de planejamento, na posição correspondente. Para uma avaliação quantitativa foi utilizado o conceito de índice gama, no critério padrão da radioterapia, 3% da dose e 3mm de distância de concordância. Os resultados obtidos com a dosimetria gel se mostram de acordo com os controles de qualidade convencionais e oferecem uma visão global da distribuição de dose no volume alvo. / The intensity modulated radiotherapy (IMRT) is one of the most modern radiotherapeutic technique that enables the delivery of high and complexes conformational doses to the tumor volume, that requires new methods for the quality assurance of the procedures performed. Radiotherapy services usually perform quality assurance of the planning system with the ionization chamber for spot-checking and an array of semiconductor diodes (MapCHECK2) to check on a two-dimensional plane, however for tridimensional dose verification does not exist an established dosimeter in the clinical routine. In this context, for three-dimensional dosimetry the polymeric gels were used. In This work the conventional one and two-dimensional dosimetry as employed in the clinical routine, and the three-dimensional dosimetry using polymer gel MAGIC- f, which provide the volumetric dose distribution. Prostate cancer clinical cases were chosen for this work because this kind of tumor is one of the most common cases in male individuals. In the context of dosimetry gel to obtain volumetric information an imaging technique is necessary, in this case the magnetic resonance imaging (MRI), was used to measure the dose. From these images it is possible to determine the distributions of doses processing them in a software developed by our research group that determines R2 relaxation rates associated with the absorbed dose and subsequently compare the images obtained with the images of the planning system. For this, ten slices were obtained along each phantom, and comparisons were made with the respective slice of the treatment planning system, in the corresponding position. For a quantitative evaluation of the gamma index , in the standard criterion in radiotherapy, 3 % dose and 3 mm distance to agreement was used. The results obtained shown that gel dosimetry agrees with the conventional quality controls and provide an overview of dose distribution in the target volume.