ITFI20060167A1

ITFI20060167A1 - APPARATUS AND METHOD FOR DETERMINING THE ABSORBED DOSE IN RADIOTHER THERAPY SIMULATIONS

Info

Publication number: ITFI20060167A1
Authority: IT
Inventors: Marta Bucciolini; Stefania Pallotta
Original assignee: Univ Firenze
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2008-01-01
Also published as: EP2038679A1; WO2008004095A1

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per tìtolo: '‘APPARATO E PROCEDIMENTO PER LA DETERMINAZIONE DELLA DOSE ASSORBITA IN SIMULAZIONI DI TRATTAMENTI RADIOTERAPICI” Attached to a patent application for INDUSTRIAL INVENTION having the title: '' APPARATUS AND PROCEDURE FOR DETERMINING THE DOSE ABSORBED IN SIMULATIONS OF RADIOTHERAPY TREATMENTS "

La presente invenzione ha per oggetto un apparato ed un procedimento per la determinazione della dose assorbita in simulazioni di trattamenti radioterapici con tecnica fotografica e ionimetrica. The present invention relates to an apparatus and a procedure for determining the absorbed dose in simulations of radiotherapy treatments with photographic and ionimetric techniques.

! trattamenti radioterapici vengono normalmente utilizzati per la cura di persone affette da forme tumorali e necessitano di una attenta verifica della distribuzione di dose di radiazioni impartita al paziente. Il metodo maggiormente utilizzato per le verifiche dosimetriche delle distribuzioni di dose è quello fotografico. ! Radiotherapeutic treatments are normally used for the treatment of people suffering from tumors and require careful verification of the distribution of the radiation dose given to the patient. The most widely used method for dosimetric checks of dose distributions is the photographic one.

In queste applicazioni vengono utilizzate pellicole radiografiche (e.g. Gafchromic EBT, Kodak XV2) accoppiate ad un materiale che simuli, nel processo di interazione fra radiazione e materia, il comportamento del corpo umano. In these applications, radiographic films are used (e.g. Gafchromic EBT, Kodak XV2) coupled to a material that simulates, in the process of interaction between radiation and matter, the behavior of the human body.

Generalmente vengono utilizzati dei "fantocci" di plexiglas, di acqua solida o di materiali con caratteristiche equivalenti, dal punto di vista dell’interazione radiazione-materia, ai tessuti corporei da simulare (osso, polmone...). Generally, "phantoms" of Plexiglas, solid water or materials with equivalent characteristics, from the point of view of the radiation-matter interaction, are used to the body tissues to be simulated (bone, lung ...).

Si specifica che nel seguito con il termine "fantoccio" si intende quel componente atto a simulare in dimensioni e forme un determinato distretto del corpo umano, ad esempio il torace. It is specified that in the following with the term "puppet" we mean that component able to simulate in dimensions and shapes a determined district of the human body, for example the thorax.

Il metodo fotografico è in grado di fornire risultati sotto forma di immagini ad alta risoluzione ed in tempi brevi. La necessità di accoppiare le pellicole con i già menzionati materiali solidi impone però a tutto l’apparato una scarsa versatilità in quelle che possono essere le varianti di simulazione. Sono altresì noti apparati che utilizzano, unitamente alla tecnica fotografica, anche quella ionimetrica, The photographic method is able to provide results in the form of high resolution images in a short time. The need to couple the films with the aforementioned solid materials, however, imposes a lack of versatility on the whole apparatus in what may be the simulation variants. Apparatuses are also known which use, together with the photographic technique, also the ionimetric one,

Gli apparati presenti sul mercato non sono esenti da inconvenienti. The devices on the market are not free from drawbacks.

Infatti, essendo costituiti da fantocci solidi, sono generalmente capaci di soddisfare una singola esigenza alla volta, consentendo per esempio il posizionamento della pellicola radiografica soltanto in determinate zone distanziate e spesso esclusivamente su singoli piani. In fact, being made up of solid phantoms, they are generally capable of satisfying a single need at a time, allowing for example the positioning of the radiographic film only in certain spaced areas and often exclusively on single planes.

Scopo della presente invenzione è quello di ovviare agli inconvenienti sopra lamentati, mettendo a disposizione un apparato ed un procedimento per la determinazione della dose assorbita in simulazioni di trattamenti radioterapici con tecnica fotografica e/o ionimetrica, i quali permettano di realizzare, a costi contenuti, fantocci estremamente versatili che consentano di verificare la distribuzione di dose assorbita in simulazioni di trattamenti complessi su tre piani ortogonali (coronale, assiale, sagittale). Un altro scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un apparato il quale permetta di posizionare al suo interno una camera di ionizzazione per effettuare misure di dose in un determinato punto mediante la tecnica ionimetrica. The purpose of the present invention is to obviate the aforementioned drawbacks, by providing an apparatus and a procedure for determining the absorbed dose in simulations of radiotherapy treatments with photographic and / or ionimetric techniques, which allow to realize, at low cost, extremely versatile phantoms that allow to verify the distribution of absorbed dose in simulations of complex treatments on three orthogonal planes (coronal, axial, sagittal). Another object of the present invention is to provide an apparatus which allows an ionization chamber to be positioned inside it to carry out dose measurements at a given point by means of the ionimetric technique.

Questi scopi ed altri ancora, che meglio appariranno nel corso della descrizione dettagliata che segue, vengono raggiunti, in accordo con la presente invenzione, da un apparato ed un procedimento per la determinazione della dose assorbita in simulazioni di trattamenti radioterapici con tecnica fotografica e ionimetrica avente caratteristiche strutturali e funzionali in accordo con le allegate rivendicazioni indipendenti, inoltre, forme rea lizzai ive ulteriori del medesimo essendo individuate nelle allegate e corrispondenti rivendicazioni dipendenti. These objects and others, which will appear better in the course of the detailed description that follows, are achieved, in accordance with the present invention, by an apparatus and a procedure for determining the absorbed dose in simulations of radiotherapy treatments with photographic and ionimetric techniques having structural and functional characteristics in accordance with the attached independent claims, furthermore, further embodiments thereof being identified in the attached and corresponding dependent claims.

L’invenzione è esposta più in dettaglio nel seguito con l'aiuto degli uniti disegni, che ne rappresentano una forma di realizzazione puramente esemplificativa e non limitativa in cui: The invention is set out in more detail below with the help of the accompanying drawings, which represent a purely exemplary and non-limiting embodiment in which:

- la figura 1 mostra un apparato secondo la presente invenzione, - figure 1 shows an apparatus according to the present invention,

- la figura 2 mostra un elemento di chiusura di un apparato di figurai , - la figura 3 mostra una prima applicazione di un foglio plastico applicato sull'elemento di figura 2, - figure 2 shows a closing element of an apparatus of figure 1, - figure 3 shows a first application of a plastic sheet applied on the element of figure 2,

- la figura 4 mostra una seconda applicazione del foglio plastico di figura 3, - la figura 5 mostra schematicamente i tre piani ortogonali sui quali è possibile applicare il foglio plastico delle figure 3 o 4, - figure 4 shows a second application of the plastic sheet of figure 3, - figure 5 schematically shows the three orthogonal planes on which it is possible to apply the plastic sheet of figures 3 or 4,

- la figura 6 mostra un dettaglio del sistema per l'alloggiamento di una camera di ionizzazione, - figure 6 shows a detail of the system for housing an ionization chamber,

- la figura 7 mostra una sede per una camera di ionizzazione. - figure 7 shows a seat for an ionization chamber.

- la figura 8 mostra la disposizione delle lastre di sostegno con interposto il foglio plastico dove viene applicata una pellicola sensibile alla radiazione. Con riferimento alle figure, l'apparato per determinare la dose assorbita in simulazioni di trattamenti radioterapici, con tecnica fotografica ed ionimetrica, comprende un involucro cavo 2, preferibilmente in plexiglas di dimensioni e forma simili ad un determinato distretto del corpo umano, avente su una superficie almeno una apertura per l'alloggiamento di un coperchio 5, anch'esso preferibilmente in plexiglas. - figure 8 shows the arrangement of the support plates with the plastic sheet interposed where a film sensitive to radiation is applied. With reference to the figures, the apparatus for determining the absorbed dose in simulations of radiotherapy treatments, with a photographic and ionimetric technique, comprises a hollow casing 2, preferably in Plexiglas of dimensions and shape similar to a specific area of the human body, having a surface at least one opening for housing a lid 5, also preferably made of Plexiglas.

Il coperchio 5 è applicabile a tenuta di acqua ad una apertura dell'involucro 2, mediante una guarnizione o-ring e presenta una maniglia per facilitarne l'asportazione dall'involucro 2 stesso. The lid 5 can be watertightly applied to an opening of the casing 2, by means of an o-ring gasket and has a handle to facilitate its removal from the casing 2 itself.

Una volta che il coperchio 5 è posizionato la maniglia può essere asportata. Once the lid 5 is positioned, the handle can be removed.

L'apparato comprende inoltre: almeno tre primi elementi tubolari di guida 6, preferibilmente quattro, fissati in prossimità degli spigoli del coperchio 5 e con la funzione di montanti paralleli. The apparatus further comprises: at least three first tubular guide elements 6, preferably four, fixed near the edges of the lid 5 and with the function of parallel uprights.

Gli elementi 6 sono preferibilmente in fibra di carbonio (poiché questo materiale non perturba apprezzabilmente il campo di radiazioni ionizzanti) e spessore di 1 mm. The elements 6 are preferably made of carbon fiber (since this material does not appreciably disturb the ionizing radiation field) and are 1 mm thick.

Due lastre di plexiglass 16 con 4 fori delle medesime dimensioni degli elementi tubolari ed ugualmente distanti vengono utilizzate per definire sulla pellicola un sistema di riferimento cartesiano. Two plexiglass 16 sheets with 4 holes of the same size as the tubular elements and equally distant are used to define a Cartesian reference system on the film.

Interposto fra le due lastre 16 è disposto un foglio di plastica preforato 8, sul quale è applicata la pellicola radiografica 7 in una posizione qualunque. Al fine di permettere l'allineamento delle fonti di irradiamento sulla pellicola radiografica 7, vengono apportati dei segni di riferimento in posizioni prefissate aiutandosi con i fori presenti, in posizioni predeterminate, in una delle due lastre 16 di riferimento. Interposed between the two plates 16 is a pre-perforated plastic sheet 8, on which the radiographic film 7 is applied in any position. In order to allow the alignment of the irradiation sources on the radiographic film 7, reference marks are applied in predetermined positions with the aid of the holes present, in predetermined positions, in one of the two reference plates 16.

I segni di riferimento vengono apportatati, vantaggiosamente, mediante l'utilizzo di un perforatore 17. The reference marks are advantageously applied by using a perforator 17.

Alternativamente, è anche possibile utilizzare fogli 8 con scala millimetrata sui quali disporre la pellicola 7 ottenendo così un riferimento diretto rispetto al foglio stesso e agli elementi tubolari 6. Alternatively, it is also possible to use sheets 8 with a millimeter scale on which to arrange the film 7, thus obtaining a direct reference with respect to the sheet itself and to the tubular elements 6.

L’apparato può comprendere anche: un primo disco ruotante circolare 3, a tenuta di acqua, ricavato su una superficie dell'involucro 2; un secondo disco circolare 4, di diametro almeno pari al raggio del primo disco 3, ruotante all'interno del primo disco 3; ed una sede estraibile 14 per una camera d’ionizzazione applicata sul secondo disco 4. The apparatus may also comprise: a first circular rotating disk 3, watertight, obtained on a surface of the casing 2; a second circular disk 4, having a diameter at least equal to the radius of the first disk 3, rotating inside the first disk 3; and a removable seat 14 for an ionization chamber applied to the second disk 4.

Preferibilmente i dischi 3 e 4 sono in plexiglass o comunque in materiale con elevata rigidità per non rischiare il verificarsi di una flessione della camera di ionizzazione. Preferably the disks 3 and 4 are made of plexiglass or in any case of a material with high rigidity in order not to risk the occurrence of a bending of the ionization chamber.

Un apparato secondo la presente invenzione può comprendere vantaggiosamente ulteriori elementi tubolari 13 collegabili trasversalmente in posizioni predeterminate ai primi elementi tubolari 6, mediante o-ring o opportune sedi realizzate sugli stessi elementi 13. An apparatus according to the present invention can advantageously comprise further tubular elements 13 which can be connected transversely in predetermined positions to the first tubular elements 6, by means of o-rings or suitable seats made on the same elements 13.

L'apparato ora descritto può essere utilizzato per determinare la dose assorbita in simulazioni di trattamenti radioterapici, con tecnica fotografica e/o ionimetrica, con un procedimento che, secondo l'invenzione, comprendente la successione delle seguenti fasi nell'ordine cosi descritto: - applicare in modo stabile su un foglio plastico 8 una pellicola radiografica - con la pellicola fissata sul foglio plastico in una posizione qualunque, apportare sulla pellicola dei segni di riferimento in posizioni prefissate aiutandosi con la lastra di plexiglass preforata, The apparatus described above can be used to determine the absorbed dose in simulations of radiotherapy treatments, with photographic and / or ionimetric techniques, with a procedure which, according to the invention, comprises the succession of the following steps in the order thus described: - apply an X-ray film stably on a plastic sheet 8 - with the film fixed on the plastic sheet in any position, make reference marks on the film in predetermined positions using the pre-drilled plexiglass plate,

- fissare in modo stabile il foglio plastico 8 in una posizione predeterminata lungo almeno tre elementi tubolari guida 6 in carbonio solidali ad un coperchio 5 in modo da definire un piano di irraggiamento, - stably fix the plastic sheet 8 in a predetermined position along at least three tubular guide elements 6 in carbon integral with a cover 5 so as to define an irradiation plane,

- inserire all'interno di un involucro 2 parzialmente riempito di acqua il coperchio 5 provvisto degli elementi tubolari 6, - insert the lid 5 provided with the tubular elements 6 inside a casing 2 partially filled with water,

- chiudere l'involucro 2 ermeticamente, ad esempio mediante guarnizioni di tipo o-ring, - close the casing 2 hermetically, for example by means of gaskets of the O-ring type,

- completare il riempimento, attraverso una valvola 15 ricavata direttamente su una superficie dell'involucro fino a riempire il fantoccio - irradiare la regione occupata dalla pellicola simulando un trattamento radioterapico, ed infine - complete the filling, through a valve 15 obtained directly on a surface of the envelope until the phantom is filled - irradiate the region occupied by the film simulating a radiotherapy treatment, and finally

- misurare la distribuzione ed il valore delle dosi del campo di radiazioni emesse, mediante ispezione della pellicola. - measure the distribution and the value of the doses of the emitted radiation field, by inspecting the film.

Vantaggiosamente il suddetto procedimento può comprendere inoltre le fasi di inserire all'interno di una sede estraibile 14, applicata su una superficie esterna dell'involucro, una camera di ionizzazione, di tipo in se noto, e posizionarla in zone predeterminate della regione di interesse. Advantageously, the aforesaid method can further comprise the steps of inserting an ionization chamber, of a per se known type, inside an extractable seat 14, applied to an external surface of the casing, and positioning it in predetermined areas of the region of interest.

Preferibilmente la sede estraibile 14 per la camera di ionizzazione è ricavata sul secondo disco circolare 4, in modo tale da posizionarla mediante la rotazione reciproca del primo disco circolare 3 e del secondo disco 4 stesso. Preferably, the extractable seat 14 for the ionization chamber is obtained on the second circular disk 4, in such a way as to position it by means of the reciprocal rotation of the first circular disk 3 and of the second disk 4 itself.

In questo modo, scegliendo la sede 14 della lunghezza adatta, il posizionamento della camera di ionizzazione può avvenire in corrispondenza di un punto qualunque all'interno del cerchio 3 (ad esempio di diametro 20 centimetri) e sporgere all'interno del fantoccio dì una misura corrispondente alla lunghezza della sede 14 prescelta. In this way, by choosing the seat 14 of the appropriate length, the positioning of the ionization chamber can take place at any point inside the circle 3 (for example with a diameter of 20 centimeters) and protrude inside the phantom by one measure. corresponding to the length of the seat 14 selected.

Un primo vantaggio di questa soluzione è che risulta possibile eseguire una taratura in una posizione corrispondente ad un punto della pellicola, allo scopo di determinare oltre che la distribuzione, anche il valore assoluto della dose assorbita. A first advantage of this solution is that it is possible to perform a calibration in a position corresponding to a point of the film, in order to determine not only the distribution but also the absolute value of the absorbed dose.

Un secondo vantaggio è che risulta possibile disporre all'interno del fantoccio oggetti con caratteristiche equivalenti a quelle dei tessuti coinvolti nella situazione clinica che si vuole riprodurre, e quindi eseguire una simulazione estremamente accurata e vicina alla realtà clinica. A second advantage is that it is possible to arrange within the phantom objects with characteristics equivalent to those of the tissues involved in the clinical situation to be reproduced, and therefore to perform an extremely accurate simulation close to clinical reality.

L'invenzione consegue altri importanti vantaggi. The invention achieves other important advantages.

Innanzitutto utilizzando un apparato secondo la presente invenzione è possibile realizzare fantocci di forme e dimensioni estremamente versatili ed economici. First of all, by using an apparatus according to the present invention, it is possible to produce phantoms of extremely versatile and economical shapes and sizes.

Infatti, mediante l'utilizzo di acqua come materiale tessuto equivalente si ottiene un notevole risparmio ed, inoltre, si aderisce completamente allo standard di riferimento per la dosimetria in radioterapia ("Technical reports series no. 398 IAEA Vienna 2000’). In fact, by using water as an equivalent fabric material, considerable savings are achieved and, moreover, it fully adheres to the reference standard for dosimetry in radiotherapy ("Technical reports series no. 398 IAEA Vienna 2000 ').

Un ulteriore vantaggio sta nel fatto che un apparato secondo la presente invenzione oltre a prestarsi alla verifica di trattamenti complessi su un materiale omogeneo (acqua), può essere impiegato anche per la verifica della dosimetria in presenza di disomogeneità di qualunque forma e materia. A further advantage lies in the fact that an apparatus according to the present invention, in addition to being suitable for the verification of complex treatments on a homogeneous material (water), can also be used for the verification of dosimetry in the presence of inhomogeneity of any form and material.

Infatti, questi elementi di disomogeneità, possono essere facilmente inseriti all'interno del fantoccio in posizioni predeterminate. In fact, these elements of inhomogeneity can be easily inserted inside the phantom in predetermined positions.

Un non meno importante vantaggio è costituito dal fatto che mediante l’utilizzo di un apparato secondo la presente invenzione è possibile determinare la dose assorbita in simulazioni radiografiche su tre piani ortogonali (coronale h, assiale k e sagittale j). A no less important advantage is the fact that by using an apparatus according to the present invention it is possible to determine the absorbed dose in radiographic simulations on three orthogonal planes (coronal h, axial k and sagittal j).

Per far questo (figura 5) è sufficiente equipaggiare il coperchio 5 di ulteriori elementi tubolari 13 montati perpendicolarmente ai primi elementi tubolari guida 6 in modo da ottenere il posizionamento del foglio plastico 8, e quindi della pellicola radiografica 7 collegatagli ad una superficie, su uno dei tre piani ortogonali mostrati in figura 5: coronale h, assiale k e sagittale j. To do this (figure 5) it is sufficient to equip the lid 5 with further tubular elements 13 mounted perpendicularly to the first tubular guide elements 6 so as to obtain the positioning of the plastic sheet 8, and therefore of the radiographic film 7 connected to a surface, on one of the three orthogonal planes shown in figure 5: coronal h, axial k and sagittal j.

Il trovato è stato descritto con riferimento ad una forma preferita di realizzazione ma si intende che modifiche equivalenti potranno essere apportate senza per questo uscire daH’ambito della protezione accordata dalla presente privativa industriale. The invention has been described with reference to a preferred embodiment but it is understood that equivalent modifications may be made without thereby departing from the scope of the protection granted by this industrial patent.

Claims

CLAIMS 1. Apparatus for determining the absorbed dose in simulations of radiotherapy treatments, comprising: a hollow casing (2) internally having on one surface at least one opening, at least three first tubular guide elements (6) fixed to said casing (2), a plastic sheet (8) that can be fixed in predetermined positions to said tubular elements (6) by means of suitable seats (10), said plastic sheet hosting in a predetermined position a film sensitive to radiation (7) applied to a surface of said plastic sheet (8) .

2. Apparatus according to claim 1 further comprising a lid (5) watertight applicable to said opening of said enclosure (2).

3. Apparatus according to any one of the preceding claims further comprising a seat (14) for housing a removable ionimetric chamber applied on a predetermined point of any surface of said casing (2).

4. Apparatus according to claim 3 further comprising: a first circular disk (3) rotating in a sealed manner formed on a surface of said casing (2), a second circular disk (4) having a diameter greater than or equal to the radius of said first disk (3) rotating inside said first disk (3) and an extractable seat (14) applied to said second disk (4) to house an ionimetric chamber.

5. Apparatus according to any one of the preceding claims in which said casing (2) is made of Plexiglas.

6. Apparatus according to any one of the preceding claims wherein said envelope (2) has dimensions and shape which simulate a human thorax.

7. Apparatus according to any one of the preceding claims in which said cover (5) is made of Plexiglas.

8. Apparatus according to any one of the preceding claims, wherein said lid (5) further comprises a handle (9) to facilitate its removal from said surface of said casing (2).

9. Apparatus according to any one of the preceding claims in which said first tubular guide elements (6) are four parallel uprights.

10. Apparatus according to any one of the preceding claims in which said first tubular guide elements (6) are made of carbon fiber.

11. Apparatus according to any one of the preceding claims in which said first tubular guide elements (6) have a thickness of 1mm.

Apparatus according to any one of the preceding claims in which said radiographic film (7) is applied on a graph sheet.

13. Apparatus according to any one of the preceding claims in which said plastic sheet (8) is connected to said tubular elements by means of a plurality of O-rings.

Apparatus according to any one of the preceding claims wherein said casing (2) further comprises a water inlet valve (15).

Apparatus according to any one of the preceding claims wherein said enclosure (2) further comprises an overflow valve (12).

16. Apparatus according to any one of the preceding claims, further comprising further tubular elements (13) connectable transversely in predetermined positions to said first tubular elements (6).

17. Apparatus according to claim 16 wherein said connection between said further tubular elements (13) and said tubular elements (6) takes place by means of a plurality of O-rings.

18. Apparatus according to claim 16 or 17 in which the seats for said first guide tubular elements (6) are directly obtained on said further tubular elements (13).

19. Apparatus according to any one of the preceding claims in which said first disk (3) is made of Plexiglas.

20. Apparatus according to any one of the preceding claims wherein said second disk (4) is made of Plexiglas.

21. Procedure for determining the absorbed dose in simulations of radiotherapy treatments, including the steps of: provide an envelope with a shape and size similar to a district of the human body; apply a radiation-sensitive film to a plastic sheet in a predetermined position, fix said plastic sheet on at least three sliding carbon guides integral with the casing, close the container tightly, fill the container with water, irradiating said casing with a beam of ionizing radiation, inspecting the film exposed by the radiation field received.

22. Process according to claim 21 further comprising the step of: inserting an ionization chamber inside the casing, positioning said chamber inside the casing in a predetermined position corresponding to a point of the film, during irradiation, measuring the dose received by the ionization chamber.

23. Process according to claim 21 or 22 wherein said step of applying said radiographic film on said plastic sheet takes place by using adhesive tape.

24. Process according to any one of the preceding claims from 21 to 23 in which said step of hermetically closing the casing takes place by using o-ring seals.

25. Process according to any one of the preceding claims 21 to 24 in which said step of filling said casing with water takes place at least partially by means of a valve formed directly on a surface of said casing.

26. Process according to any one of the preceding claims from 22 to 25 in which said step of inserting said ionization chamber takes place in a seat obtained on a predetermined point of any surface of said casing (2).

27. Process according to any one of the preceding claims from 22 to 25 in which said step of inserting said ionization chamber takes place in a seat obtained on the external surface of said second disk (4).

28. Process according to any one of the preceding claims from 22 to 27 in which said step of positioning said ionization chamber takes place by means of reciprocal rotation of said first disk (3) and said second disk (4).

29. Process according to any one of the preceding claims from 22 to 28 in which said step of positioning said ionization chamber takes place inside a circle with a diameter of 20 centimeters.