Korelace výskytu radiačních nekróz mozku s dozimetrickými vlastnostmi ozařovacích plánů pro úzký skenovaný protonový svazek

Abstract

U nádorů ozařovaných protonovou radioterapií může docházet k neplánovanému zvýšení biologické dávky z důvodu rostoucího lineárního přenosu energie ($LET$) na distálním spádu Braggova píku. Navzdory tomu je při plánování protonové terapie v současné klinické praxi používán model konstantní relativní biologické účinnosti. Nejistota týkající se tohoto faktoru však může být jedním ze zdrojů toxicity normální tkáně, mezi které patří například radiační nekróza. Hlavním cílem této práce je najít možné korelace výskytu radionekróz v mozku a zvýšeného $LET$. Bylo vybráno pět reálných pacientů léčených protonovou radioterapií v Proton Therapy Center v Praze, u kterých se vyvinula radionekróza, a byly provedeny Monte Carlo simulace jejich ozařovacích plánů pomocí platformy GATE. Při simulacích byly získány distribuce dávky a $LET$. Nasimulované distribuce byly vyhodnoceny pomocí modelu strojového učení nazývaného naivní Bayesův klasifikátor. Výsledná korelace mezi výskytem radionekróz a zvýšeným $LET$ byla slabá až nulová s hodnotami ploch pod křivkou operační charakteristiky přijímače ($AUC$) od 0,5 do 0,62.

As for tumors irradiated by proton radiotherapy, the unplanned increase of biological dose can occur due to the increased linear energy transfer at the distal edge of the Bragg peak. However, the model of constant relative biological effectiveness is currently used for proton therapy planning. This approximation may be one of the causes of normal tissue toxicity, e.g. radiation necrosis. The objective of this thesis is to investigate possible correlation between brain necrosis and increased $LET$. Five real proton plans of patients diagnosed with brain radiation necrosis were simulated using GATE platform. Dose and LET distributions were simulated and processed by the Naive Bayes classifier, which is an example of machine learning algorithm. The final correlation between radiation necrosis and higher $LET$ was low to none with values of area under receiver operating characteristic curve ($AUC$) from 0.5 to 0.62.