京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第22642号 / 医博第4625号 / 新制||医||1044(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 武田 俊一, 教授 増永 慎一郎, 教授 鈴木 実 / 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20966号 / 医博第4312号 / 新制||医||1026(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 原田 浩, 教授 富樫 かおり, 教授 宮本 享 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

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京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第22734号 / 医博第4652号 / 新制||医||1046(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 妹尾 浩, 教授 増永 慎一郎, 教授 川口 義弥 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

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A Radioterapia em Arco Modulado Volumétrico (VMAT) é uma técnica avançada de Radioterapia de Intensidade Modulada (IMRT). Esse avanço na técnica é devido à rotação contínua do gantry juntamente com a modulação do feixe de radiação proporcionando um tempo menor no tratamento do paciente. O objetivo desse trabalho é a verificação de curvas de isodose em uma simulação de um tratamento de vértebra com proteção de medula espinhal utilizando as técnicas de dosimetria termoluminescente (TL) e luminescência opticamente estimulada (OSL) e os dosímetros de LiF:Mg,Ti (TLD-100), CaSO4:Dy e Al2O3:C e microdosímetros de LiF:Mg,Ti (TLD-100). Os dosímetros foram caracterizados com a utilização de placas de PMMA de 30x30 cm2 e diversas espessuras. Todas as irradiações foram feitas utilizando o acelerador linear Truebeam STx da Varian do Hospital Israelita Albert Einstein, com feixe de fótons de 6 MV. Após a caracterização dos dosímetros, os mesmos foram irradiados seguindo a simulação do planejamento escolhido e utilizando um objeto simulador de PMMA produzido para medidas de VMAT. Essa irradiação teve como finalidade verificar através das duas técnicas de dosimetria as curvas de isodose dessa simulação de tratamento. Todos os tipos de dosímetros apresentaram resultados satisfatórios na verificação das curvas de isodose utilizando ambas as técnicas de dosimetria. Porém, analisando a complexidade das curvas de isodose e a possibilidade das curvas estarem muito próximas, o microdosímetro de LiF:Mg,Ti se mostrou o mais apropriado para o uso devido à suas pequenas dimensões. Em relação à melhor técnica, como ambas apresentaram resultados satisfatórios, a técnica TL é a que apresenta menor complexidade em ser utilizada, pois a maioria dos Departamentos de Radioterapia já possuem um Laboratório para leitura TL. A técnica OSL exige mais cuidados e maior investimento do Departamento. / The Volumetric Modulated Arc Therapy (VMAT) is an advance technique of Intensity Modulated Radiation Therapy (IMRT). This progress is due to the continuous gantry rotation with the radiation beam modulation providing lower time of the patient treatment. This research aimed the verification of the isodose curves in a simulation of a vertebra treatment with spinal cord protection using the thermoluminescent (TL) and optically stimulated luminescence (OSL) dosimetry techniques and theLiF:Mg,Ti (TLD-100), CaSO4:Dy and Al2O3:C dosimeters and LiF:Mg,Ti microdosimeters (TLD-100). The dosimeters were characterized using PMMA plates of 30x30x30 cm3 and different thickness. All irradiations were done using Truebeam STx linear accelerator of Hospital Israelita Albert Einstein, with 6 MV photons beam. After the dosimeter characterization, they were irradiated according the specific planning simulation and using a PMMA phantom developed to VMAT measurements. This irradiation aimed to verify the isodose curves of the treatment simulation using the two dosimetry techniques. All types of dosimeters showed satisfactory results to determine the dose distribution but analysing the complexity of the isodose curves and the proximity of them, the LiF:Mg,Ti microdosimeter showed the most appropriate for use due to its small dimensions. Regarding the best technique, as both technique showed satisfactory results, the TL technique presents less complex to be used because the most of the radiotherapy departments already have a TL laboratory. The OSL technique requires more care and greater investment in the hospital.

A Radioterapia em Arco Modulado Volumétrico (VMAT) é uma técnica avançada de Radioterapia de Intensidade Modulada (IMRT). Esse avanço na técnica é devido à rotação contínua do gantry juntamente com a modulação do feixe de radiação proporcionando um tempo menor no tratamento do paciente. O objetivo desse trabalho é a verificação de curvas de isodose em uma simulação de um tratamento de vértebra com proteção de medula espinhal utilizando as técnicas de dosimetria termoluminescente (TL) e luminescência opticamente estimulada (OSL) e os dosímetros de LiF:Mg,Ti (TLD-100), CaSO4:Dy e Al2O3:C e microdosímetros de LiF:Mg,Ti (TLD-100). Os dosímetros foram caracterizados com a utilização de placas de PMMA de 30x30 cm2 e diversas espessuras. Todas as irradiações foram feitas utilizando o acelerador linear Truebeam STx da Varian do Hospital Israelita Albert Einstein, com feixe de fótons de 6 MV. Após a caracterização dos dosímetros, os mesmos foram irradiados seguindo a simulação do planejamento escolhido e utilizando um objeto simulador de PMMA produzido para medidas de VMAT. Essa irradiação teve como finalidade verificar através das duas técnicas de dosimetria as curvas de isodose dessa simulação de tratamento. Todos os tipos de dosímetros apresentaram resultados satisfatórios na verificação das curvas de isodose utilizando ambas as técnicas de dosimetria. Porém, analisando a complexidade das curvas de isodose e a possibilidade das curvas estarem muito próximas, o microdosímetro de LiF:Mg,Ti se mostrou o mais apropriado para o uso devido à suas pequenas dimensões. Em relação à melhor técnica, como ambas apresentaram resultados satisfatórios, a técnica TL é a que apresenta menor complexidade em ser utilizada, pois a maioria dos Departamentos de Radioterapia já possuem um Laboratório para leitura TL. A técnica OSL exige mais cuidados e maior investimento do Departamento. / The Volumetric Modulated Arc Therapy (VMAT) is an advance technique of Intensity Modulated Radiation Therapy (IMRT). This progress is due to the continuous gantry rotation with the radiation beam modulation providing lower time of the patient treatment. This research aimed the verification of the isodose curves in a simulation of a vertebra treatment with spinal cord protection using the thermoluminescent (TL) and optically stimulated luminescence (OSL) dosimetry techniques and theLiF:Mg,Ti (TLD-100), CaSO4:Dy and Al2O3:C dosimeters and LiF:Mg,Ti microdosimeters (TLD-100). The dosimeters were characterized using PMMA plates of 30x30x30 cm3 and different thickness. All irradiations were done using Truebeam STx linear accelerator of Hospital Israelita Albert Einstein, with 6 MV photons beam. After the dosimeter characterization, they were irradiated according the specific planning simulation and using a PMMA phantom developed to VMAT measurements. This irradiation aimed to verify the isodose curves of the treatment simulation using the two dosimetry techniques. All types of dosimeters showed satisfactory results to determine the dose distribution but analysing the complexity of the isodose curves and the proximity of them, the LiF:Mg,Ti microdosimeter showed the most appropriate for use due to its small dimensions. Regarding the best technique, as both technique showed satisfactory results, the TL technique presents less complex to be used because the most of the radiotherapy departments already have a TL laboratory. The OSL technique requires more care and greater investment in the hospital.

Treatment planning for radiation therapy inherently involves tradeoffs, such as between tumor control and normal tissue sparing, between time-efficiency and dose quality, and between nominal plan quality and robustness. The purpose of this thesis is to develop methods that can facilitate decision making related to such tradeoffs. The main focus of the thesis is on multicriteria optimization methods where a representative set of treatment plans are first calculated and the most appropriate plan contained in this representation then selected by the treatment planner through continuous interpolation between the precalculated alternatives. These alternatives constitute a subset of the set of Pareto optimal plans, meaning plans such that no criterion can be improved without a sacrifice in another. Approximation of Pareto optimal sets is first studied with respect to fluence map optimization for intensity-modulated radiation therapy. The approximation error of a discrete representation is minimized by calculation of points one at the time at the location where the distance between an inner and outer approximation of the Pareto set currently attains its maximum. A technique for calculating this distance that is orders of magnitude more efficient than the best previous method is presented. A generalization to distributed computational environments is also proposed. Approximation of Pareto optimal sets is also considered with respect to direct machine parameter optimization. Optimization of this form is used to calculate representations where any interpolated treatment plan is directly deliverable. The fact that finite representations of Pareto optimal sets have approximation errors with respect to Pareto optimality is addressed by a technique that removes these errors by a projection onto the exact Pareto set. Projections are also studied subject to constraints that prevent the dose-volume histogram from deteriorating. Multicriteria optimization is extended to treatment planning for volumetric-modulated arc therapy and intensity-modulated proton therapy. Proton therapy plans that are robust against geometric errors are calculated by optimization of the worst case outcome. The theory for multicriteria optimization is extended to accommodate this formulation. Worst case optimization is shown to be preferable to a previous more conservative method that also protects against uncertainties which cannot be realized in practice. / En viktig aspekt av planering av strålterapibehandlingar är avvägningar mellan behandlingsmål vilka står i konflikt med varandra. Exempel på sådana avvägningar är mellan tumörkontroll och dos till omkringliggande frisk vävnad, mellan behandlingstid och doskvalitet, och mellan nominell plankvalitet och robusthet med avseende på geometriska fel. Denna avhandling syftar till att utveckla metoder som kan underlätta beslutsfattande kring motstridiga behandlingsmål. Primärt studeras en metod för flermålsoptimering där behandlingsplanen väljs genom kontinuerlig interpolation över ett representativt urval av förberäknade alternativ. De förberäknade behandlingsplanerna utgör en delmängd av de Paretooptimala planerna, det vill säga de planer sådana att en förbättring enligt ett kriterium inte kan ske annat än genom en försämring enligt ett annat. Beräkning av en approximativ representation av mängden av Paretooptimala planer studeras först med avseende på fluensoptimering för intensitetsmodulerad strålterapi. Felet för den approximativa representationen minimeras genom att innesluta mängden av Paretooptimala planer mellan inre och yttre approximationer. Dessa approximationer förfinas iterativt genom att varje ny plan genereras där avståndet mellan approximationerna för tillfället är som störst. En teknik för att beräkna det maximala avståndet mellan approximationerna föreslås vilken är flera storleksordningar snabbare än den bästa tidigare kända metoden. En generalisering till distribuerade beräkningsmiljöer föreslås även. Approximation av mängden av Paretooptimala planer studeras även för direkt maskinparameteroptimering, som används för att beräkna representationer där varje interpolerad behandlingsplan är direkt levererbar. Det faktum att en ändlig representation av mängden av Paretooptimala lösningar har ett approximationsfel till Paretooptimalitet hanteras via en metod där en interpolerad behandlingsplan projiceras på Paretomängden. Projektioner studeras även under bivillkor som förhindrar att den interpolerade planens dos-volym histogram kan försämras. Flermålsoptimering utökas till planering av rotationsterapi och intensitetsmodulerad protonterapi. Protonplaner som är robusta mot geometriska fel beräknas genom optimering med avseende på det värsta möjliga utfallet av de föreliggande osäkerheterna. Flermålsoptimering utökas även teoretiskt till att innefatta denna formulering. Nyttan av värsta fallet-optimering jämfört med tidigare mer konservativa metoder som även skyddar mot osäkerheter som inte kan realiseras i praktiken demonstreras experimentellt. / <p>QC 20130527</p>