Estudio comparativo : optimización biológica y optimización física para VMAT en Monaco

A pesar de que los sistemas de planeación de tratamiento actuales tienen la capacidad de aplicar optimización biológica, sus funciones de costo no siempre son completamente comprendidas por los usuarios, limitando la implementación adecuada de dicha optimización. En este trabajo, se buscó obtener un...

Full description

Autores:
Tipo de recurso:
masterThesis
Fecha de publicación:
2019
Institución:
Pontificia Universidad Javeriana
Repositorio:
Repositorio Universidad Javeriana
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repository.javeriana.edu.co:10554/44912
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/10554/44912
https://doi.org/10.11144/Javeriana.10554.44912
Palabra clave:
VMAT
Monaco
Optimización
Radioterapia
Radiobiologia
VMAT
Monaco
Optimization
Radiotherapy
Radiobiology
Maestría en física médica - Tesis y disertaciones académicas
Radioterapia
Radiobiología
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Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional
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description A pesar de que los sistemas de planeación de tratamiento actuales tienen la capacidad de aplicar optimización biológica, sus funciones de costo no siempre son completamente comprendidas por los usuarios, limitando la implementación adecuada de dicha optimización. En este trabajo, se buscó obtener un mayor entendimiento de cómo la optimización biológica es llevada a cabo en Monaco 5.1, aplicarla con el fin de obtener el mejor plan posible y comparar estos resultados con aquellos obtenidos con optimización física para casos de próstata y cabeza y cuello en VMAT. Se realizó una exploración a profundidad de las funciones de costo biológicas de Monaco, particularmente de la influencia de los distintos parámetros de las funciones en la cobertura del PTV y la preservación de los OAR. También se evaluó la necesidad de incluir funciones de costo físicas adicionales a los planes biológicos. Los planes de tratamiento fueron evaluados con análisis de los histogramas dosis-volumen y con el cálculo de las TCP y NTCP empleando métodos de reducción de DVH. Tanto en los casos de próstata como en cabeza y cuello, se obtuvo planes de tratamiento de alta calidad empleando la optimización biológica, en combinación con algunas funciones de costo físicas, que se encontraron necesarias para darle forma al DVH y limitar los puntos de alta dosis en los blancos y en los OAR. Se encontró que el uso de funciones de costo biológicas facilita el moldeado de la curva de DVH, evitando el uso de múltiples funciones físicas para obtener el mismo resultado. En contraste con la optimización física, la optimización biológica proveyó mejor preservación de los OAR, sin sacrificar la conformalidad y la homogeneidad de los planes. Así, la optimización biológica demostró ser un método eficiente de planeación de tratamiento, con la ventaja de estar asociada con los conceptos radiobiológicos necesarios para la evaluación de los planes VMAT. Al aplicar estas funciones en combinación con las funciones de costo físicas, se alcanzó planes de alta calidad para casos de próstata y cabeza y cuello.
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Se realizó una exploración a profundidad de las funciones de costo biológicas de Monaco, particularmente de la influencia de los distintos parámetros de las funciones en la cobertura del PTV y la preservación de los OAR. También se evaluó la necesidad de incluir funciones de costo físicas adicionales a los planes biológicos. Los planes de tratamiento fueron evaluados con análisis de los histogramas dosis-volumen y con el cálculo de las TCP y NTCP empleando métodos de reducción de DVH. Tanto en los casos de próstata como en cabeza y cuello, se obtuvo planes de tratamiento de alta calidad empleando la optimización biológica, en combinación con algunas funciones de costo físicas, que se encontraron necesarias para darle forma al DVH y limitar los puntos de alta dosis en los blancos y en los OAR. Se encontró que el uso de funciones de costo biológicas facilita el moldeado de la curva de DVH, evitando el uso de múltiples funciones físicas para obtener el mismo resultado. En contraste con la optimización física, la optimización biológica proveyó mejor preservación de los OAR, sin sacrificar la conformalidad y la homogeneidad de los planes. Así, la optimización biológica demostró ser un método eficiente de planeación de tratamiento, con la ventaja de estar asociada con los conceptos radiobiológicos necesarios para la evaluación de los planes VMAT. Al aplicar estas funciones en combinación con las funciones de costo físicas, se alcanzó planes de alta calidad para casos de próstata y cabeza y cuello.Although present treatment planning systems apply biological-based optimization, its cost functions are not always entirely understood by users, thus limiting the adequate implementation of that method. In this work, we aimed to gain a deeper comprehension on how biological optimization is carried out in Monaco 5.1, apply it in order to find the best possible plan, and compare these results with those obtained with physical optimization for VMAT prostate and head and neck cases. Biological and physical optimization for various prostate and head and neck cases was implemented using Monaco 5.1 for VMAT. An in-depth exploration of Monaco’s biological cost functions was performed, particularly of the influence of the various function parameters on target coverage and OAR sparing. We also assessed the need to include further physical cost functions. Treatment plans were evaluated by DVH analysis and calculating TCP and NTCP using DVH reduction methods. Both in prostate and head and neck cases, high-quality treatment plans were achieved by using biological optimization in combination with some physical cost functions, which we found to be necessary to shape the DVH and limit high dose points in targets and OARs. We found that the use of biological cost functions facilitates the tailoring of the DVH, avoiding the use of multiple physical cost functions to obtain the same result. As opposed to physical optimization, biological optimization provided better OAR sparing, without sacrifice of conformality and homogeneity. Biological optimization provides an efficient optimization method for treatment planning, with the advantage of being associated to radiobiological concepts necessary for the evaluation of IMRT plans. By applying these functions in combination with physical cost functions, high-quality plans were achieved for prostate and head and neck cases.Magíster en Física MédicaMaestríaPontificia Universidad JaverianaMaestría en Física MédicaFacultad de CienciasCastellanos López, Maria EsperanzaMolina Durán, FlaviaTorres, Luis FelipeOrejuela, Diego MauricioMora Arias, Claudia Patricia2019-08-27T16:29:55Z2020-04-15T14:27:48Z2019-08-27T16:29:55Z2020-04-15T14:27:48Z2019-06-19http://purl.org/coar/version/c_ab4af688f83e57aaTesis/Trabajo de grado - Monografía - Maestríahttp://purl.org/coar/resource_type/c_bdccinfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionPDFapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10554/44912https://doi.org/10.11144/Javeriana.10554.44912instname:Pontificia Universidad Javerianareponame:Repositorio Institucional - Pontificia Universidad Javerianarepourl:https://repository.javeriana.edu.cospaAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacionalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessDe acuerdo con la naturaleza del uso concedido, la presente licencia parcial se otorga a título gratuito por el máximo tiempo legal colombiano, con el propósito de que en dicho lapso mi (nuestra) obra sea explotada en las condiciones aquí estipuladas y para los fines indicados, respetando siempre la titularidad de los derechos patrimoniales y morales correspondientes, de acuerdo con los usos honrados, de manera proporcional y justificada a la finalidad perseguida, sin ánimo de lucro ni de comercialización. De manera complementaria, garantizo (garantizamos) en mi (nuestra) calidad de estudiante (s) y por ende autor (es) exclusivo (s), que la Tesis o Trabajo de Grado en cuestión, es producto de mi (nuestra) plena autoría, de mi (nuestro) esfuerzo personal intelectual, como consecuencia de mi (nuestra) creación original particular y, por tanto, soy (somos) el (los) único (s) titular (es) de la misma. Además, aseguro (aseguramos) que no contiene citas, ni transcripciones de otras obras protegidas, por fuera de los límites autorizados por la ley, según los usos honrados, y en proporción a los fines previstos; ni tampoco contempla declaraciones difamatorias contra terceros; respetando el derecho a la imagen, intimidad, buen nombre y demás derechos constitucionales. Adicionalmente, manifiesto (manifestamos) que no se incluyeron expresiones contrarias al orden público ni a las buenas costumbres. En consecuencia, la responsabilidad directa en la elaboración, presentación, investigación y, en general, contenidos de la Tesis o Trabajo de Grado es de mí (nuestro) competencia exclusiva, eximiendo de toda responsabilidad a la Pontifica Universidad Javeriana por tales aspectos. Sin perjuicio de los usos y atribuciones otorgadas en virtud de este documento, continuaré (continuaremos) conservando los correspondientes derechos patrimoniales sin modificación o restricción alguna, puesto que, de acuerdo con la legislación colombiana aplicable, el presente es un acuerdo jurídico que en ningún caso conlleva la enajenación de los derechos patrimoniales derivados del régimen del Derecho de Autor. De conformidad con lo establecido en el artículo 30 de la Ley 23 de 1982 y el artículo 11 de la Decisión Andina 351 de 1993, “Los derechos morales sobre el trabajo son propiedad de los autores”, los cuales son irrenunciables, imprescriptibles, inembargables e inalienables. En consecuencia, la Pontificia Universidad Javeriana está en la obligación de RESPETARLOS Y HACERLOS RESPETAR, para lo cual tomará las medidas correspondientes para garantizar su observancia.http://purl.org/coar/access_right/c_abf2reponame:Repositorio Universidad Javerianainstname:Pontificia Universidad Javerianainstacron:Pontificia Universidad Javeriana2022-04-29T18:10:34Z