Doseplanlegging I; scatteranalyse og dybdedosefordeling Dag Rune Olsen Det Norske Radiumhospital, Universitetet i Oslo

Dvev=Dvann•(men/r)vev,vann Dose i fantomer og vev Dose i vev kan beregnes fra dose i vann: Dvev=Dvann•(men/r)vev,vann det relative forhold mellom masse absorpsjonskoeff. - (men/r) - er svært nær like 1 dersom: samme effektive atomnummer i vev og vann samme elektron tetthet i vev og vann samme massetetthet i vev som vann

hvor (Z/A)=Sai•(Z/A)i Dose i fantomer og vev Effektivt atomnummer: Z=[Sai•Zi2.94]1/2.94 hvor ai er andel av de ulike elementer Elektrontetthet: re=rm•Na •(Z/A) hvor (Z/A)=Sai•(Z/A)i

Dose i fantomer og vev

Dybdedoser

Dybdedosens forløp er avhengig av: Dybdedoser Dybdedosens forløp er avhengig av: avstanden fra strålekilden spredt bidrag (effekt av bestrålt volum, d.v.s. feltstørrelse) strålekvalitet (spektralfordeling)

Økende energi av fotonstrålen gir: Dybdedoser Økende energi av fotonstrålen gir: DD(d)%, DD(d)%= Dd/Dmax•100 ’Build-up’ sone1 huddose 1 I det fotoner entrer pasienten sendes høyenergielektroner ut fra overflaten og de underliggende lag, disse avsetter sin energi i en viss avstand innover i pasienten, dosen øker dermed innover i pasienten inntil dosemaks, hvorpå reduksjonen i fotonfluens medfører at antall elektroner - og dermed avsatt dose -avtar.

Enkel dybdedose”formalisme”: Dybdedoser Enkel dybdedose”formalisme”: DD(dm)%=Dmax• (f+dm/f+d)2•e-(m•d)•Ks f er avstand fra kilde til overflate (hud) dm er dyp til Dmax, d dyp i vevet Ks er spredt bidrag

Ks avhenger av bestrålt volum: Dybdedoser Ks avhenger av bestrålt volum: Areal/perimeter-forholdet (gjelder rek-tangulære felt: A/P=a•b/[2 •(a+b)] Ekvivalent kvadratisk felt vil da være: A/P=a/4 For sirkulære felt: A/P=r•p/4

Dybdedoser

Dybdedoser Avstandseffekten (Mayneords formel): Dersom vi forutsetter at Ks ikke forandres betydelig med endret avstand vil: DD(f1,dm)%=(f1 +dm/f1+d)2 DD(f2,dm)%=(f2 +dm/f2+d)2 DD(f2,dm)%=DD(f1,dm)%• (f2 +dm/f1+ dm)2• (f1 +d/f2+d)2

Dybdedosefordeling uavhengig av avstand: Dybdedoser Dybdedosefordeling uavhengig av avstand: Tissue-air-ratio ble def. av Johns for å gjøre DD(d)% uavhengig av avstand fra strålekilden: TAR=D(d,f)/D(f)fs hvor D(f)fs er dosen målt “free in space” men med samme avstand, f.

Dybdedoser

Dybdedoser DD(dm)%=Dmax• (f+dm/f+d)2•TAR, hvor TAR=e-(m•d)•Ks For “narrow beam”, d.v.s ideel feltstørrelse lik 0 x 0mm, vil Ks=1, og: TAR=e-(m•d)

“Back-scatter factor” - TAR at dmax: Dybdedoser “Back-scatter factor” - TAR at dmax: Back scatter factor, BSF, defineres på samme måte som TAR men alltid ved d=dmax: BSF= D(d=dmax,f)/D(f)fs BSF gir uttrykk for det spredte bidraget til dosen i max, all den tid attenuasjonen er neglisjerbar. For terapikvaliteter er BSF<5%.

Dybdedoser

“Scatter air ratio”, SAR kvantifiserer spredt bidrag: Dybdedoser “Scatter air ratio”, SAR kvantifiserer spredt bidrag: SAR(d,feltstr.)=TAR(d, feltstr.)-TAR(d,”narrow beam”) SAR er avhengig av: dybde feltstørrelse energi SAR er uavhengig av: avstand

Dybdedoser Primære fotoner, P Spredt stråling, kollimator, Sc Spredt stråling, fantom-komponent, Sp P Sc kilde Sf fantom kollimator

“Tissue-Phantom -ratio” TMR Dybdedoser “Tissue-Phantom -ratio” TMR Forholdet mellom dosen i et gitt punkt i et fantom og dosen i samme punkt (d.v.s. samme avstand), men nå i referansedyp.

“Tissue Maximum Ratio” -TMR Dybdedoser “Tissue Maximum Ratio” -TMR samme som TPR, men alltid normalisert til dmax.

Dybdedoser TMR-egenskaper: TMR forutsetter at spredt bidrag ikke avhenger av divergens, men kun av feltstørrelse (dette er vanligvis “rimelig” oppfylt) TMR er dermed uavhengig av SSD (“source-surface-distance”)

TMR-egenskaper forts...: Dybdedoser TMR-egenskaper forts...: TMR(d,feltstr.=0)= e-(m•d) m kan etableres ved å måle beregne “m” for ulike feltstørrelser og ekstrapolere til feltstr.=0.

Isodoser og dosefordelinger Isodoser knytter sammen pkt. med samme dosenivå Dekrement-linjer knytter sammen pkt. med samme relative dose sett i forhold til dosen i sentralaksen

Isodoser og dosefordelinger Tverr-scan gir informasjon om: Feltstørrelse; def. som bredde på D50%-nivå. Penumbra; def. som bredden fra D20% til D80%

Isodoser og dosefordelinger Penumbraområdet ( ) kan ikke sies å gi adekvat dosedekning til målvolumet; følgelig må strålefeltet omslutte målvolumet med en viss margin

Isodoser og dosefordelinger Isodoseforedlingen påvirkes av fotonenergien: lav energi gi stor penumbra og dårlig felt-flathet høy energi gir mindre penumbra og bedre feltflathet 200 kV 60-Co 4 MV 10 MV

Isodoser og dosefordelinger Fysiske kiler kan benyttes til å skape tilsiktet fallende dosefordeling i transversal-planet Samme effekt kan oppnås med å bevege en av fotonblenderne under behandling

Isodoser og dosefordelinger “Hard wedge” består av kopper eller aluminium “Soft wedge” består enten av et sett med suksessivt mindre segmenter, eller en dynamisk bevegelse av kollimator

Isodoser og dosefordelinger “Hard wedge” konstrueres ved å velge helning på isodose (kilevinkel), for deretter på beregne nødvendig reduksjon i dose og deretter tilsvarende tykkelse i attenuerende material

Isodoser og dosefordelinger Den enkleste form for flerfeltsteknikk er to-motgående strålefelt Teknikken gir en homogen dose til målvolumet, men også samme eller høyere dose til perifert liggende normalvev. Periferidosen er avhengig av energi

Isodoser og dosefordelinger Periferidosen er avhengig av foton-energi ved to motgående felt; dette skyldes forskjell i djupdose -kurvens forløp. Lav energi gir høy periferi-dose; og v.v. for høy foton-energi.

Isodoser og dosefordelinger For en pasient med tverrmål (tykkelse) mellom 25-30 cm vil overdosering i perifert beliggende vev bli 25-40% ved 60-CO, mens kun 3-6% ved 25 MV fotoner.