Caraterização Experimental de Feixes de Megavoltagem para Imagiologia por Raios Ortogonais

Abstract

Cancer is the leading cause of death in the World and radiotherapy one of the main procedures for treatment. Modern radiotherapy techniques provides increasingly higher conformality to the tumor. However, for successful treatment and to ensure maximum dose exposure to the tumor and avoid the irradiation of organs at risk or healthy tissues it is important detect patient misalignments and anatomical morphological alterations before the treatment, so to carry out the necessary corrections. In this way, a new imaging system to be applied to external X-ray beam radiotherapy was proposed: OrthoCT (orthogonal computed tomography). This technique focusses on acquiring images of the volume to be irradiated immediatly before treatment, when the patient is already positioned and xed for treatment (\on-board imaging") with very low to eventually null dose administered to organs at risk or healthy tissues even when position close to the tumor. OrthoCT relies on orthogonal ray imaging, namely, the detection of scattered photons in the patient that are emitted perpendicularly to the incident beam direction. OrthoCT shows good correlation with the morphological structure of the patient. For that, it is necessary that the beam has an inferior size ( 5 mm x 5 mm) when compared to the typical ones used in patient irradiation. Moreover the scanned pro le requires: (1) high homogeneity so that variations can be associated only to dose/morphological alterations; and (2) high velocity (which favors multi-leaf collimator-based scans in respect to jaw-based scans). The purpose of this dissertation is to de ne the best scan to be applied in OrthoCT, considering the conditions aforementioned. For that some small-beam scans were evaluated experimentally and the obtained pro les were optimize. The more homogeneous pro le achieved experimentally reveals an intensity variability inferior to 1%, thus substantiating the capability of OrthoCT to detect such morphological variations or larger.

O cancro e uma das principais causas de morte no Mundo e a radioterapia um dos m etodos de tratamento mais utilizados. As t ecnicas modernas de radioterapia permitem aumentar a conformacionalidade ao tumor. Todavia, para o sucesso da terapia e de modo a garantir uma dose m axima no tumor e evitar a irradia c~ao de org~aos de risco ou tecidos s~aos adjacentes, e importante detetar os desposicionamentos do doente e as altera c~oes anat omico-morfol ogicas antes do tratamento ter in cio, para que se possa proceder as devidas corre c~oes. Nesse sentido, um novo sistema de imagem para radioterapia de feixe externo com raios X foi proposto: OrthoCT (orthogonal computed tomography). Este sistema pretende adquirir imagens do volume a ser irradiado imediatamente antes do tratamento ter in cio, quando o doente j a se encontra posicionado e imobilizado para receber o tratamento (\on-board imaging"). Esta t ecnica e poss vel administrando uma dose muito baixa, eventualmente nula, nos org~aos de risco e tecidos saud aveis, mesmo quando posicionados pr oximos do tumor. A OrthoCT tem por base a imagiologia por raios ortogonais, isto e, a dete c~ao da radia c~ao dispersa no doente que escapa perpendicularmente a dire c~ao do feixe de irradia c~ao, pois esta apresenta uma boa correla c~ao com a estrutura morfol ogica do doente. Para isto, o feixe de irradia c~ao deve ter um tamanho inferior ( 5mm 5mm) aos tipicamente usados nos tratamentos atuais. Al em disso, o per l do varrimento deve ser: (1) o mais homog eneo poss vel, para que as varia c~oes possam ser associadas a altera c~oes de dose/morfol ogicas; e (2) ter elevada velocidade (o que favorece os varrimentos com o colimador multi-folhas, em vez das mand bulas). O objetivo deste projeto e determinar o melhor varrimento a ser usado experimentalmente em OrthoCT tendo em conta as condi c~oes referidas anteriormente. Para tal, utilizaram-se feixes nos e os resultados dos varrimentos obtidos experimentalmente foram optimizados. O varrimento mais homog eneo obtido experimentalmente revela uma variabilidade da intensidade do feixe inferior a 1 %, o que suporta altera c~oes de variabilidade morfol ogica detet aveis atrav es da t ecnica OrthoCT desta ordem de grandeza ou superior.