Exploring a Novel Stereotactic Radiotherapy Normal Tissue Objective for Eclipse Treatment Planning System

Thumbnail Image

Files

master_Pohjalainen_Peppi_2025.pdf (8.46 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Science | Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2024-12-21

Department

Major/Subject

Human Neuroscience and Technology

Mcode

Degree programme

Master's Programme in Life Science Technologies

Language

en

Pages

63

Series

Abstract

Brain tumors remain a formidable challenge in oncology, with their proximity to critical structures significantly complicating treatment and necessitating highly precise therapeutic strategies. External radiation therapy, particularly stereotactic radiosurgery (SRS), has proven effective in targeting brain tumors with minimal invasiveness. However, the high radiation doses required in SRS increases the risk of exposing healthy brain tissue to significant radiation, potentially leading to complications. This research focuses on normal tissue objectives (NTOs) within the Eclipse Treatment Planning System (TPS), which are crucial optimization constraints aimed at minimizing radiation-induced damage to healthy tissues while ensuring effective tumor control. They are often used in conjunction with concentric rings, which are structures in treatment planning designed to confine radiation exposure to specific areas. Although current NTO models are effective, they offer limited adaptability to the complex demands of brain tumors, particularly in cases involving multiple metastases. This research aims to optimize concentric ring parameters in SRS by leveraging metrics specific to SRS treatments, such as Paddick's conformity index (PCI), while exploring the possibility for a completely novel NTO specific to SRS treatments. Parameters such as the number of rings, their radii, and weights are examined, with adjustments to ring structures aimed at improving dose conformity and achieving steeper dose gradients. The experiments were run using the Eclipse treatment planning system, where different configurations were tested across multiple cases to assess their impact on treatment quality. The results demonstrate significant improvements in dose conformity as priority and ring radii are increased, indicating that optimizing these parameters enhances dose precision and control. This, in turn, leads to better sparing of healthy tissues and improved treatment outcomes. Additionally, the optimization resulted in a reduction of bridging between targets, further emphasizing the effectiveness of the parameter adjustments, particularly in cases involving multiple targets.

Aivokasvaimet ovat edelleen suuri haaste onkologiassa, niiden läheisyys kriittisiin rakenteisiin tehden hoidosta erityisen monimutkaista. Sädehoito, erityisesti stereotaktinen radiokirurgia (SRS), on osoittautunut tehokkaaksi aivokasvaimien hoitomuodoksi. SRS:ssä vaadittu korkea säteilyannos kuitenkin lisää terveen aivokoduksen altistusriskiä, mikä voi johtaa komplikaatioihin ja säteilytoksisuuteen. Tämä tutkimus keskittyy normaalikudosobjektiivien (NTO) optimointiin Eclipse-hoitosuunnitteluohjelmassa (TPS), jotka ovat tärkeitä optimointirajoitteita sädehoidon suunnittelussa, joiden tavoitteena on minimoida säteilyn aiheuttama vahinko terveille kudoksille samalla, kun varmistetaan tehokas kasvaimen hallinta. NTO:ta käytetään usein yhdessä rengasrakenteiden kanssa, jotka rajoittavat säteilyaltistusta tiettyihin alueisiin. Vaikka nykyiset NTO-mallit ovat tehokkaita, niiden mukautettavuus aivokasvaimien monimutkaisiin vaatimuksiin, erityisesti useiden etäpesäkkeiden tapauksessa, on rajallinen. Tämän tutkimuksen tavoitteena on optimoida rengasrakenteiden parametreja hyödyntämällä SRS-hoitoihin erikseen soveltuvia mittareita, kuten Paddickin konformiteetti-indeksiä (PCI), sekä tutkia mahdollisuutta kehittää täysin uusi NTO, joka on erityisesti SRS-hoitoja varten suunniteltu. Tutkimuksessa tarkastellaan muun muassa renkaiden määrää, niiden säteitä ja prioriteetteja; rakenteiden säätöjä, joiden tavoitteena on parantaa sädehoidon konformiteettia ja saavuttaa jyrkempiä sädetasojen gradientteja. Tulokset osoittavat merkittäviä parannuksia sädehoidon konformiteetissa, kun prioriteettia ja rengasrakenteiden säteitä kasvatetaan, mikä viittaa siihen, että näiden parametrien optimointi parantaa säteilyn tarkkuutta ja hallintaa. Tämä puolestaan johtaa terveiden kudosten säästämiseen ja hoitotulosten parantumiseen. Lisäksi optimointi johti etäpesäkkeiden välisten siltarakenteiden vähenemiseen, mikä korostaa parametrien optimoinnin tehokkuutta erityisesti useiden metastaasien tapauksessa.

Description

Supervisor

Deny, Stephane

Thesis advisor

Valenzuela, Daniel

Keywords

normal tissue objective, stereotactic radiotherapy, concentric rings, radiotherapy, treatment planning, eclipse, parameter optimization

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202501271928

Collections

[dipl] Perustieteiden korkeakoulu / SCI