6. kolo soutěže "oZáření" (27. 2. 2023 - 13. 3. 2023)
Fotonová teleterapie (tj. zevní ozařování fotonovými svazky) se nejčastěji provádí pomocí klinických urychlovačů1. K správnému a přesnému ozáření pacienta je potřeba, aby „urychlovač věděl“, kolik dávky vyzařuje, aby byl správně kalibrován. K tomuto účelu, tj. ke kontrole nazářené dávky, se používají tzv. monitorové jednotky (MU).
Představte si, že lékař diagnostikuje nádor prostaty a určí, že se tento nádor bude léčit celkovou dávkou 70 Gy, která bude doručena ve 35 frakcích. To znamená, že pacient přijde na celkem 35 ozáření dávkou 2 Gy. Úkolem fyzika je naplánovat, aby dávka 2 Gy byla urychlovačem doručena do nádoru, a protože urychlovač „neví“, co je dávka, musí mu to fyzik přeložit právě do řeči monitorových jednotek (MU).
Jedna monitorová jednotka (1 MU) je spojena s dávkou ve známých referenčních podmínkách. Pokud budeme např. měřit dávku ionizační komorou ve vodním fantomu2 (viz obr. 1), můžeme zvolit referenční hloubku zref = 10 cm a referenční velikost pole Aref = 10x10 cm2. To znamená, že ionizační komoru umístíme 10 cm pod hladinu vodního fantomu a clony/kolimátory urychlovače nastavíme tak, aby velikost fotonového svazku byla 10x10 cm2. Ionizační komora je zároveň umístěna v izocentru urychlovače. Monitorovou jednotkou pak budeme nazývat dávku o velikosti 1 cGy, která byla nazářená v referenčních podmínkách, tj. 1 MU = 1 cGy. Pokud by byl náš nádor prostaty umístěn v hloubce 10 cm a měl průřez 10x10 cm2, dávku 2 Gy by představovalo 200 MU.
Pokud ale ionizační komoru posuneme do obecné hloubky z ¹ zref, 1 MU už nebude odpovídat dávce 1 cGy. Např. při posunutí komory do hloubky 20 cm bude dávka v této hloubce při ozáření 1 MU nižší, protože fotonový svazek se průchodem prostředí zeslabuje. Ponecháme-li komoru v původní hloubce zref = 10 cm, ale zvětšíme pole z 10x10 cm2 např. na 15x15 cm2, 1 MU opět nebude odpovídat dávce 1 cGy, ale bude odpovídat dávce vyšší, neboť s rostoucí velikostí pole stoupá příspěvek rozptýlené složky záření.
A proč jsme si to tak složitě vysvětlovali? Protože nádory jsou málokdy uložené v hloubce 10 cm a málokdy mají průřez 10x10 cm2. Jinými slovy, ozáření pacienta probíhá v nereferenčních podmínkách – nádory jsou různě velké a jsou uloženy v různých hloubkách. Chceme-li vypočítat správnou dávku, musíme počet MU opravit na nereferenční podmínky.
Suma sumárum – fyzik si definuje referenční podmínky a v nich kalibruje dávku na monitorové jednotky. Zvykem je volit 1 MU = 1 cGy v hloubce 10 cm při velikosti pole 10x10 cm2 v izocentru. Pokud ozařování probíhá v nereferenčních podmínkách, je potřeba stanovit tzv. opravné. faktory. My se v rámci tohoto příkladu seznámíme se dvěma z nich.
- Output factor (faktor velikosti pole) je definován jako podíl dávky při nastavení velikosti pole A a dávky při nastavení velikosti pole Aref = 10x10 cm2.
- Tissue phantom ratio (faktor hloubky uložení) je definován jako podíl dávky absorbované v hloubce z a dávky absorbované v hloubce zref = 10 cm.
Hodnoty OF a TPR pro vybrané expoziční situace naleznete po řadě v tab. 1 a tab. 2.
Úkoly:
- Vypočítejte, jak se změní dávka, pokud ionizační komoru posuneme z referenční hloubky 10 cm do hloubky 5 cm. Velikost pole zůstává v obou případech stejná 10x10 cm2. Nominální energie fotonového svazku je 18 MeV.
- Vypočítejte, jak se změní dávka, pokud změníme velikost pole z 10x10 cm2 na 8x8 cm2. Komora se nachází ve stejné hloubce 10 cm. Nominální energie fotonového svazku je 18 MeV.
- Vypočítejte počet MU, které je třeba urychlovačem nazářit, aby komora naměřila dávku 10 cGy, pokud je uložena ve vodním fantomu v hloubce 8 cm a velikost pole je 25x25 cm2. Nominální energie fotonového svazku je 18 MeV.
Tab. 1: OF pro různé energie a velikosti pole Tab. 2: TPR pro různé velikosti pole a hloubky uložení při energii 18 MeV
Obr. 1: Vodní fantom a urychovač Electa
1 Abyste měli představu, jak vypadá a funguje klinický urychlovač, můžete se podívat např. na toto video: https://www.youtube.com/watch?v=jSgnWfbEx1A
2 Vodní fantom je „nádoba s vodou“, která slouží zejména pro dozimetrické testování systému nebo verifikaci pacientských plánů. Pro představu se můžete podívat např. na toto video: https://www.youtube.com/watch?v=uZKhVE2LVVM
Odpovědi zasílejte do formuláře: https://forms.gle/sXsfriWjdsJmw9Sy6
„Přestože příklad není náročný na výpočet, uvědomujeme si, že zadání je komplexní a je potřeba jej správně pochopit. Pokud Vám dílčí myšlenky nejsou jasné, napište prosím Ondrovi (ondrej.koristka@fjfi.cvut) s prosbou o dovysvětlení."