Dosimetria e análise de incertezas em braquiterapia ginecológica

Mestrado em Radiações Aplicadas às tecnologias da Saúde

A Braquiterapia intracavitária permite administrar uma dose elevada no volume tumoral e minimizar a dose nos órgãos e tecidos circundantes. Contudo, as incertezas no posicionamento da fonte assim como a descrição simplificada das estruturas anatómicas e do aplicador conduzem a incertezas no cálculo de dose recebida pelo tumor e órgãos e tecidos circundantes. Este estudo envolvendo simulações por métodos Monte Carlo com a utilização de fantomas de voxel, e medições efectuadas utilizando câmaras de ionização e fantomas padrão utilizados em braquiterapia, tem como objectivo i) avaliar a exactidão do cálculo de dose obtido pelo sistema de planeamento (“Treatment Planning System, TPS”), ii) identificar as principais fontes e factores de incerteza no cálculo dosimétrico efectuado e iii) efectuar uma análise da correspondente contribuição para a incerteza total no cálculo de dose. Para tal, comparou-se o cálculo de dose obtido pelo TPS para 5 pontos situados a 2 cm para lá do centro da fonte com os correspondentes resultados obtidos utilizando o programa de simulação por métodos de Monte Carlo PENELOPE, representativo do estado da arte computacional em simulações utilizando métodos de Monte Carlo, sem e com aplicador vaginal. Averiguou-se também a influência da variação da posição da fonte de 1 mm nas direcções anterior-posterior, direita-esquerda e crânio-caudal na dose média recebida pelo recto e bexiga através de um fantoma de voxel pélvico. Para os pontos localizados a 2 cm para lá do centro da fonte, o desvio relativo entre a dose calculada pelo PENELOPE para a geometria sem aplicador e o TPS foi inferior a 3%. Para a geometria com aplicador o desvio relativo foi inferior a 11%. Neste estudo a variação da posição da fonte no sentido anterior-posterior contribuiu para um desvio relativo de +6.6% na dose média recebida pela bexiga, enquanto que para o recto a maior diferença encontrada foi no sentido crânio-caudal com um desvio relativo de +6.6%. Quando o aplicador é implementado no programa PENELOPE, observa-se uma redução da dose em média de 9.4% a nível dos pontos de relevância clinica em relação ao TPS. O fantoma de voxel pélvico utilizado permitiu estudar variações na posição da fonte e a sua influência na dose recebida pelos órgãos de risco. Neste trabalho, variações na posição da fonte de 1 mm contribuíram para um aumento de 6.6% na dose recebida pela bexiga e pelo recto. Assim, incertezas no cálculo de dose e na administração do tratamento podem comprometer o sucesso da terapêutica.

ABSTRACT - Intracavitary brachytherapy allows the delivery of a high dose to the tumoral volume, while minimizing the dose received by the surrounding organs and tissues. However, uncertainties in the source positioning as well as the simplified description of the surrounding anatomic structures and applicator lead to uncertainties in dose calculation received by the tumor and surrounding tissues and organs. This study involving Monte Carlo simulations using voxel phantoms and measurements made using ionization chambers and pattern phantoms used in Brachytherapy, aims to i) evaluate the accuracy of the dose calculation obtained by the Treatment Planning System (TPS), ii) identify the main factors and sources of uncertainties in the performed dosimetric calculation and iii) analyze the correspondent contribution to the global uncertainty in the dose calculation. To this end it was made the comparison between the dose calculation of the TPS in 5 points located at 2 cm away from the source center and the corresponding results obtained using the Monte Carlo simulation program PENELOPE, representative of the state of the art in computational simulations using Monte Carlo methods, with and without the vaginal applicator. The influence of source position variations of 1 mm in the anterior-posterior, right-left and cranio-caudal directions on the average dose to the bladder and rectum through the use of a pelvic voxel phantom was also investigated. For the dose results for points at 2 cm away from the source center, without applicator, the relative differences in the calculated dose between the PENELOPE simulated values and the TPS ones were below 3%. With the applicator, the corresponding relative deviation was below 11%. For this study the source position variations in the anterior-posterior direction contributed to a relative deviation of +6.6% in the average dose to the bladder, whereas for the rectum the biggest difference was found in the cranio-caudal direction with a relative deviation of +6.6%. When the applicator is implemented in the PENELOPE program, it was observed a significantly dose reduction on average of 9.4% in the points of clinical relevance compared to the TPS. The used pelvic voxel phantom allowed the study of source position variations and its influence on the dose received by the organs. In this work the source position variations of 1 mm contributed to an increase of 6.6% in the bladder and the rectum dose. Thus, uncertainties in the dose calculation and in treatment administration may compromise the outcome of the therapy.