محاسبه ومقايسه دز انتگرال قلب در راديوتراپي مري با سه انرژي فوتون متفاوت به كمك تصاوير سيموليشن CT و طرح درمان كامپيوتري

مقدمه:سرطان مري، يكي از سرطانهاي شايع در كشور ما مي‌باشد]۱[، بطوريكه ايران در زمره كشورهايي قرار دارد كه داراي بالاترين ميزان اينگونه سرطانها مي‌باشد. راديوتراپي يكي از روشهاي درماني (جراحي – راديوتراپي – شيمي درماني) مي‌باشد كه جهت درمان و تسكين از آن استفاده مي‌شود.

در راديوتراپي مري قلب و نخاع اندامهاي بحراني محسوب شده، ازعوامل محدود كننده درمان هستند. براي پرتو درماني سرطان مري تكنيكهاي مختلفي وجود دارد كه يكي از آنها تكنيك درماني دو فيلد (قدام – خلف) مي‌باشد. باتوجه به قرار گيري قلب و نخاع در ميدان اين روش درماني و نيز دز بكار گرفته شده، مطالعه پارامترهاي فيزيكي اين دو ارگان مهم است.

مواد و روشها: با استفاده از تصاوير CT اسكن و طرحهاي نقشه درماني كامپيوتري هر مقطع، انرژي جذب شده در بافتهاي مختلف (نخاع، هدف، قلب) در ده بيمار به صورت جداگانه براي دستگاههاي پرتو درماني كبالت-۶۰ و شتابدهنده با باريكه انرژيهاي MV 6 وMV 10 در تكنيك درماني قدام – خلف مورد بررسي قرار گرفت و نتايج با يكديگر مقايسه شد. در اين مقاله پارامترهاي دز جذبي و دز انتگرال درقلب براي سه انرژي مذكور در درمان كانسر مري به همراه هيستوگرامهاي دز-حجم(DVH) بررسي شدند.

نتايج:درمان به كمك شتابدهنده با انرژي MV 10 در مقايسه با درمان به كمك كبالت-۶۰ ،شامل اين مزايا مي باشد:
(الف)-كاهش دز نقطه ماكزيمم درحجم تابشي(Irradiated volume) در تمام بيماران (در بيشترين حالت ۲۵%).
(ب)-توزيع دزيكنواخت تر داخل هدف در تمام بيماران. (ج)-كاهش دز تجمعي (Integral Dose) قلب در تمام بيماران(در بيشترين حالت ۹/۸% كاهش نسبت به كبالت). (د)-كاهش حجمي ازقلب كه دز هاي بالاتر را دريافت مي كند در تمام بيماران(تغيير كاملا محسوس مي باشد)
بحث:استفاده از شتابدهنده در باريكه انرژي MV10 به جاي كبالت، جهت درمان تومورهاي ناحيه مدياستن مناسبتر مي باشد.نياز به شتابدهنده براي درمان سرطان مري بخصوص در بيماران درشت جثه ضروري تر است.

كلمات كليدي:پرتو درماني،دز تجمعي،دز قلب،طرح درمان كامپيوتري،سي تي سيمولاتور

مقدمه:

در بهينه كردن طراحي درمان در راديوتراپي،برآورد دز انتگرال نقش مهمي براي تصميم گيري در انتخاب انرژي،ابعاد فيلدها و تعداد فيلدها دارد.به عنوان يك قاعده كلي بايد سعي كرد كه دز انتگرال بافتهاي سالم حداقل ممكن باشد به شرطي كه تومور، دز كافي و يكنواخت دريافت و دز اندام بحراني از حد تحمل بيشتر نباشد]۲[.بررسي ها نشان مي دهد روش درماني چرخشي در تومورهاي با قطر كمتر از ۶ سانتي متر ،روش مطلوبي است ]۳[ (Afana و همكاران ) ،ولي در

تومورهاي با حجم بزرگتر ،مناسب نيست.در بررسي دز انتگرال نخاع توسط Cornوهمكاران]۴[ معلوم شد وضعيت خوابيده به شكم(Prone) نسبت به طاقباز(Supine) ،ترجيح دارد.در بررسي ديگر Roth ]5[ نتيجه گيري كرد كه دز انتگرال نسبي هدف، به تنهايي نمي‌تواند تعيين كننده روش درماني مناسب باشد وپارامترهايي از قبيل توزيع دز، دز جذبي و اندام هاي بحراني مهمتر مي‌باشند.پور فلاح]۶[ در طراحي درمان براي محاسبه دز سرويكس،دز انتگرال هدف و ركتوم در تكنيكهاي مختلف راديوتراپي ،را مورد بررسي قرار دادو به اين نتيجه رسيد كه دز انتگرال بافتهاي سالم در تكنيك ۶ فيلد ،كمترين ودر تكنيك باكس (Box) بيشترين مقدار را دارد .دز انتگرال و هيستوگرام حجم-دز

قلب(DVH) توسط Cornesوهمكاران ]۷[ در سال ۲۰۰۲ودر بيمارستان رويال مارسدن با يك باريكه انرژي يكسان و در هشت بيمار در دزدرماني cGy 5040 در ۲۸ جلسه مورد مطالعه قرار گرفت.(مقاله Estro) .
ندائي و همكاران ]۸[،در بخش فيزيك راديوتراپي بيمارستان امام خميني،دز انتگرال نخاع،ريه و هدف را در درمان مري مياني با تكنيكهاي دو فيلدمقابل (POP) ،سه فيلد با و بدون وج باسيستم درماني كبالت را محاسبه و به اين نتيجه رسيدند كه در تكنيك POP دز انتگرال نخاع بيش از ساير تكنيكهاست، ولي دز انتگرال هدف در همه تكنيكها اختلاف زيادي ندارند.
در مقاله حاضر، دز انتگرال وDVH قلب دردرمان مري با تكنيك دو فيلد موازي مخالف كه رايجترين روش درمان در مراكزدرماني ايران براي تمام دز و يا تا دو سوم كل دز مي باشد مورد بررسي قرار مي گيرد.

مواد و روش كار:
در اين تحقيق، ده بيمار مبتلا به سرطان مري مياني از نوع S.C.C. انتخاب شدند و ازهمه آنها اسكن CT در ناحيه مري به عمل آمد. تعداد مقاطع CT حداقل ۱۲ وحداكثر ۲۰ مقطع، با ضخامت هر مقطع ۱۰ ميلي متر بود.براي نمايان ساختن مري در تصوير راديوگرافي ومحل CTV ازماده حاجب اروگرافين بسيار رقيق خوراكي استفاده شد.تصاوير CT در وضعيت خوابيده به شكم تهيه شد،چون در اين وضعيت فاصله مري تا نخاع (اندام حساس)نسبت به وضعيت طاقباز ،بيشتر است.]۴[. بعد

از انجام CT اسكن وآماده شدن تصاوير،متخصص راديوتراپي با توجه به داده هاي تصويردر هر مقطع و تجربه كلينيكي، CTV وPTV ونيز قلب را به عنوان اندام مورد بررسي و با رعايت حاشيه مطمئن در تمام مقاطع لازم مشخص نمود.در مرحله بعد اطلاعات تصاوير با كمك ديجيتايزر به سيستم كامپيوتري نوكلئوترون (با نرم افزار PLATO-Version 2.1 )وارد شدعلاوه بر آن دانسيته حجمي بافتها براساس توصيه‌هاي ICRU ]9[،براي ريه ۲۶/،۰ ، هدف ۰۳/۱ ،جسم مهره ۳۳/۱ و قلب ۱

،گرم بر سانتي متر مكعب تعيين شد.از هر مقطع ابتدا كانتور خارجي بيمار و سپس هدف (PTV)، ريه، ستون مهره‌ها وقلب نقطه به نقطه، با استفاده ازديجيتايزر به كامپيوتر طرح درمان وارد شدند.ابعاد ميدان باريكه اشعه (عرض وطول)به گونه اي انتخاب گرديد كهPTV را در تمام مقاطع پوشش دهد.زاويه گانتري صفر و ۱۸۰ درجه وزاويه كليماتور صفر انتخاب گرديدند.منحني هاي ايزودز

نسبت به مركز در مقطع مركزي نرماليزه و سپس ايزودزها از ۱۴۰% تا ۵۰% و با فواصل ۱۰% رسم شدند.از هر مقطع يك نسخه پلات تهيه شده وسپس اسكن گرديد كه فرمت فايلهاي اسكن شده به صورت Jpeg با قدرت تفكيكdpi 200 و ابعاد تصوير۱۷۰۰ * ۲۳۴۰ نقطه بود.براي محاسبه دز تجمعي از رابطه زير استفاده گرديدكه در آن n برابر تعداد سطح مقطع ها، l نوع بافت، i تعداد ايزودزها، Di دز مطابق با ايزودز، Si-Si-1 سطح بين دو ايزودز i, i-1 و l دانسيته بافت نوع l و dn ضخامت سطح مقطع n مي‌باشد

.بنابراين براي محاسبه دز تجمعي بايد تعداد و نوع بافتها و نيز سطح هركدام از بافتها در فاصله بين دو ايزودز متوالي تعيين شود. جرم حجمي هر نوع بافت براساس توصيه ICRU ]8[درنظر گرفته شود ضمن اينکه ضخامت سطح مقطع برابر فاصله دوتصوير متوالي CT از هم ‌باشد.
جهت محاسبه سطوح هريك از اندامهاي مورنظر در هر مقطع، روشهاي مختلفي مانند استفاده از پلاني متر استفاده از نرم افزارهاي GIS و يانوشتن و تهيه كردن يك برنامه،امكان پذير است. هركدام از اين روشها معايب و محاسني دارند از جمله اينكه روش اول بسيار وقت گير است و با گذشت زمان، خطاي كاربر به آن اضافه مي‌گردد روش دوم پروسه‌اي طولاني دارد ولي خطاي كاربر موثر نمي‌باشد و روش سوم كه استفاده از آن بسيار ساده بوده و خطاي كاربر هيچ دخالتي در آن ندارد.
در اين بررسي يك برنامه در محيط برنامه نويسي Visual Basic و با كمك ابزارهاي موجود در VB6

تكميل گرديد. اين برنامه از يك الگوريتم برگشتي(Recursive) جهت شمردن تعداد پيكسل هاي داخل يك محيط بسته استفاده مي‌كند كه باتوجه به مساحت هر پيكسل، در نهايت مساحت محيط بسته را حساب مي‌كند..از مزاياي اين برنامه قابليت تكرار پذيري بدون ايجاد خطا، قابليت رنگ آميزي مساحت حساب شده جهت جلوگيري از محاسبه مجدد، قابليت اجراي برنامه روي سيستم عامل ويندوز ۹۸ به بالا و حجم بسيار كم برنامه در حد ۴/۱ مگابايت و قابليت استفاده از ابزارهاي ويرايش تصوير گنجانده شده در آن است وضمنا سورس برنامه در اختيار بوده وهر تغييري كه مفيد باشد م

ي توان در آن اعمال نمود.بعد از اينكه مساحتهاي قلب و هدف را به تفكيك نوع بافت و دز دريافتي براي تمام مقاطع هر ده بيمار حساب كرديم در نرم افزارMicrosoft Excel اين مساحتها را در جدولهايي وارد نموده واز فرمول محاسبه دز انتگرال استفاده شد.در اين مرحله نمودارهاي هيستوگرام دز-حجم (DVH) را براي قلب و هدف و نخاع رسم كرديم به جهت كنترل واردنمودن صحيح مساحتها به برنامه Excel ،مساحت هر ارگان در هر مقطع را براي سه انرژي مورد بحث به دست آورده و با هم مقايسه كرديم كه در حد يك يا دو درصد خطا قابل قبول است و اختلاف معني دار بين آنها به معني عدم ورودصحيح اطلاعات ‌مي باشد.

نتايج:
بعد از جمع آوري داده هاي تمام بيماران،منحني هاي DVH مربوط به قلب و هدف ونيز نمودار مقايسه اي انتگرال دز قلب براي تمام بيماران رسم گرديد.نتايج مربوط به انتگرال دزقلب و ماكزيمم دز در داخل قلب را براي بيمار شماره ۲ با كمترين ضخامت و بيمار شماره ۱۰ با ضخامت متوسط وبيمار شماره ۵ با بيشترين ضخامت را به صورت مقايسه اي در جدول شماره ۱ مشاهده مي كنيد.لازم به ذكر است كه در مواردي كه ماكزيمم دز در داخل قلب براي باريكه انرژيهاي MV6 و MV10 يكي مي باشد،مساحتي از قلب كه اين دز را دريافت مي كند در MV6 نسبت بهMV 10 بيشتر است

. در ادامه وبا مقايسه پارامترهاي فوق در بين بيماران، بيمار شماره ۵ كه داراي بيشترين تمايزميان نتايج سه باريكه فوتوني مورد بررسي،بود جهت ارائه نتايج و بحث انتخاب گرديد.شكل شماره ۱ نمودار مقايسه اي انتگرال دز قلب براي بيمار شماره ۵ در سه باريكه انرژي كبالت-۶۰ ،شتابدهنده با انرژيهاي MV 6 و MV 10 را نشان مي دهد. در جدول شماره ۲ نتايج درصد حجم واقع در ناحيه دز هاي مختلف(DVH)،براي عضله قلب در بيمار شماره ۵ را مشاهده مي كنيد .همين نتايج را به صورت منحني در شكل شماره ۲ داريم.در جدول شماره ۳ عينا همان پارامترها براي درصدهاي

حجمي هدف (PTV) داريم،ضمن اينكه اين نتايج را به صورت منحني در شكل شماره ۳ مي بينيد. نتيجه بررسي دز تجمعي در اين بيمار شاخص( بيمار شماره ۵) كه از شكل شماره ۱ استخراج گرديده به قرار زير است :كاهش دز تجمعي قلب در كبالت نسبت به MV 10 برابر % ۱/۵ (نسبت به رژيم درماني ۶۰۰۰ سانتي گري) و % ۹/۸ نسبت به همديگر مي باشد. . نكتة ديگر در بررسي منحني ها و جداول (شكل شماره ۲) اين است كه با افزايش انرژي حجمهاي كمتري از قلب، دزهاي بالاتر را دريافت مي‌كنند اين مطلب به تفصيل در جدول شماره ۴ و براي بيمار شماره۵ بيان گرديده . در انتها يادآور مي گرددكه دقت نظري برنامه محاسبه مساحت ، در حد ۴ –۱۰ × ۶۱۲/۱ سانتي متر مربع برآورد مي شود)مساحت يك پيكسل با اين رزولوشن) ولي در بررسي ها جهت تعيين دقت پروسه ، متشكل ازمراحل ديجيتايزكردن مقاطع CT ، رسم توسط پلاتر ،اسكن و محاسبه مساحت توسط برنامه مذكور كه روي تصاوير با مساحت مشخص انجام گرفت،ميانگين خطا ۰۵/۵- درصد به دست آمد:

 

شكل شماره ۱-مقايسه انتگرال دز قلب در يك بيمار ضخيم(شماره ۵) با دستگاههاي كبالت و شتابدهنده با انرژيهايMV 6 وMV 10

ماكزيمم دز در داخل قلب

(Gy.kg) دز انتگرال قلب

۱۰MV
6MV
كبالت-۶۰

۱۰MV

۶MV

كبالت-۶۰

۱۰۵
۱۰۵

۱۱۵

۱۴/۱۷
۲۸/۱۷
۳۴/۱۷
بيمار شماره ۲ با كمترين ضخامت
(ضخامت ۱۷ سانتي متر)

۱۰۵
۱۰۵
۱۲۵
۷۹/۲۸
۴۳/۲۹
۵۵/۳۰ بيمار شماره ۱۰ با ضخامت متوسط
(ضخامت ۲۱ سانتي متر)

۱۱۵
۱۲۵
۱۴۰
۶۶/۵۱
۱۷/۵۴
۳۳/۵۵ بيمار شماره ۵ با بيشترين ضخامت
(ضخامت ۷/۲۳ سانتي متر)
جدول شماره ۱ – انتگرال دزقلب و ماكزيمم دز داخل قلب به صورت مقايسه اي بين بيماران شماره (۲ و ۱۰ و ۵)
جدول شماره ۲ –نتايج درصد حجم واقع در ناحيه دزهاي مختلف(DVH) براي عضله قلب در يك بيمار شاخص شده
جدول شماره ۳ –نتايج درصد حجم واقع در ناحيه دزهاي مختلف(DVH) براي هدف (PTV) در يك بيمار شاخص
۹۰ ۸۴ ۷۸ ۷۲ ۶۶ ۶۰ ۵۴ ۴۸ ۳۶ ۳۰ دز (گري )

۲۹۱/۰
۵۲/۳
۵۷/۱۹
۱۹/۴۸
۴۵/۷۴
۰۲/۸۷
۸۹/۹۲
۵۹/۹۴
۴۹/۹۵
۱۰۰ درصد حجم درگير در انرژي كبالت-۶۰

۰
۰
۵۲۱/۰
۵۲/۱۶

۶۹/۵۹
۹۵/۸۸
۱۱/۹۲
۴/۹۳
۴۸/۹۴
۱۰۰ درصد حجم درگير در ۶MV انرژي

۰
۰
۰
۹۳۶/۱
۳۱/۳۵
۲۴/۸۶
۵/۹۱
۰۹/۹۳
۳۳/۹۴
۱۰۰ درصد حجم درگير در ۱۰MV انرژي

۹۰ ۸۴ ۷۸ ۷۲ ۶۶ ۶۰ ۵۴ ۴۸ ۳۶ ۳۰ دز (گري )

۰
۲۳۹/۰
۷۱۸/۲
۲۳/۱۱
۸۵/۳۶
۵۵/۸۸
۸۶/۹۹
۹۵/۹۹

۹۷/۹۹
۱۰۰ درصد حجم درگير در انرژي كبالت-۶۰

۰
۰
۰
۱۶۷/۲
۸۳/۲۲
۲۶/۸۷
۸۸/۹۹
۸۸/۹۹
۹۲/۹۹
۱۰۰ درصد حجم درگير در ۶MV انرژي

۰
۰
۰
۷۲۷/۰
۵۹۷/۹
۰۶/۸۴
۶۹/۹۹
۸۲/۹۹
۹۴/۹۹
۱۰۰ درصد حجم درگير در ۱۰MV انرژي

انرژي درصد حجم قلب دز دريافتي قلب

كبالت-۶۰ ۵۲/۳%
۵۷/۱۹%
۱۹/۴۸% cGy 8400
cGy 7800
cGy 7200

MV 6 —–
52/0%
52/16% cGy 8400
cGy 7800
cGy 7200

MV 10 —–
—–
93/1% cGy 8400
cGy 7800
cGy 7200
جدول شماره ۴-دز دريافتي توسط حجمهاي قلب (بازاء نقطه مرجع در هدف cGy 6000 ) در انرژيهاي سه گانه مورد بررسي ،استخراج شده ازجدول شماره ۲

شكل شماره ۲-نمايش DVH قلب در سه انرژي كبالت-۶۰ ،MV 6 وMV 10 در يك بيمار شاخص شده (براي رسم اين منحني از مقادير جدول شماره ۲ استفاده گرديده)