Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/9100
Title: GPU-based Monte Carlo δοσιμετρία : μελέτη της ετερογένειας στην κατανομή των μικροσφαιριδίων Y-90 κατά τον ραδιοεμβολισμό του ήπατος
Other Titles: GPU-based Monte Carlo dosimetry : heterogeneity of Y-90 microsphere distribution in human liver following hepatic radioembolization
Authors: Μυλωνά, Ευγενία
Keywords: Ραδιοεμβολισμός
Δοσιμετρία
Ήπαρ
Προσομοίωση
Keywords (translated): Radioembolization
Dosimetry
Liver
GPU
Monte Carlo
Abstract: Ο ραδιοεμβολισμός είναι η μέθοδος κατά την οποία μικροσφαιρίδια σεσημασμένα με Υττριο-90 εγχέονται ενδοαγγειακά στο ήπαρ και αναδύεται ως μία αποτελεσματική τεχνική για την θεραπεία του ηπατοκυτταρικού καρκίνου και των ηπατικών μεταστάσεων. Το βασικό πλεονέκτημα της μεθόδου είναι ότι στοχεύει τις καρκινικές περιοχές με μεγαλύτερη ειδικότητα απ’ ότι η συμβατική ακτινοβόληση στην οποία στοχεύεται ολόκληρο το ήπαρ. Κατά τον ραδιοεμβολισμό εκμεταλευόμαστε το γεγονός ότι, ενώ ο φυσιολογικός ηπατικός ιστός δέχεται το μεγαλύτερο μέρος της αιματικής παροχής του από την πυλαία φλέβα, οι ενδοηπατικές κακοήθειες τροφοδοτούνται σχεδόν αποκλειστικά μέσω της ηπατικής αρτηρίας. Έτσι τα μικροσφαιρίδια 90Υ που εγχέονται στην ηπατική αρτηρία παγιδεύονται στο προτριχοειδικό επίπεδο όπου εκπέμπουν ακτινοβολία β. Συγχρόνως, ο περιβάλλων υγιής ιστός, λόγω του διαφορετικού τρόπου αιμάτωσης του ήπατος, λαβάνει σχετικά χαμηλή δόση. Σήμερα είναι εμπορικά διαθέσιμά δύο είδη μικροσφαιριδίων, το ένα είναι κατασκευασμένο από γυαλί και το άλλο από ριτήνη. Η βασική τους διαφορά έγκειται στην ενεργότητα/ σφαίρα, με τα μικροσφαιρίδια γυαλιού να φέρουν πολύ μεγαλύτερη ενεργότητα (περίπου 2.500 Bq) στην στιγμή παραγωγής τους, σε σχέση με τις σφαίρες ριτήνης που φέρουν 50 Bq ανα σφαίρα. Η δοσιμετρία στην ραδιονουκλειδιακή θεραπεία εκτιμά την απορροφώμενη δόση που μεταφέρεται στου όγκους και ταυτόχρονα εξασφαλίζει ότι τα επίπεδα δόσης στον υγιή ιστό και τα φυσιολογικά όργανα δεν ξεπερνά τα επίπεδα αντοχής τους. Στόχος της δοσιμετρίας προθεραπευτικά, είναι η εκτίμηση της απόκρισης του όγκου και της τοξικότητας στα υγιή όργανα και από την παρατήρηση των αποτελεσμάτων μεταθεραπευτικά, στόχος είναι να εμπλουτίσουμε τις γνώσεις μας γύρω από την ακτινοβιολογία των κλινικά χρησιμοποιούμενων ραδιονουκλιδίων. Οι μέθοδοι υπολογισμού της δόσης που είναι αυτή την στιγμή διαθέσιμές, θεωρούν ότι η κατανομή των μικροσφαιριδίων 90Υ μέσα στον όργανο είναι ομοιογενής. Στην πραγματικότητα η κατανομή αυτή, όχι μόνο δεν είναι ομοιογενής, αλλά διακρίνεται και από μεγάλη ποικιλομορφία. Η ετερογένεια στην κατανομή των μικροσφαιριδίων μέσα στο ήπαρ είναι σίγουρα ένας παράγοντας που επηρεάζει τους υπολογισμούς της μέσης απορροφώμενης δόσης από το ήπαρ. Επιπλέον, η προσομοίωση Monte Carlo θεωρείται ως η ακριβέστερη μέθοδος υπολογισμού της δόσης στην ακτινοθεραπεία. Ωστόσο, η μέθοδος έχει συσχετιστεί με εξαιρετικά μεγάλους υπολογιστικούς χρόνους, αφού χρειάζεται να προσομοιωθεί ένας μεγάλος αριθμός αλληλεπιδράσεων ώστε να μειωθεί η στατιστική αβεβαιότητα σε αποδεκτά επίπεδα. Αυτό το μειονέκτημα, αποτρέπει την χρήση της μεθόδου στο κλινικό περιβάλλον. Στην παρούσα εργασία εξετάζουμε τις δυνατότητες του GGEMS, ενός Monte Carlo αλγορίθμου ο οποίος εκτελείται από μονάδες επεξεργασίας γραφικών (GPUs), για την υλοποίηση γρήγορων δοσιμετρικών υπολογισμών, κατά τον ραδιοεμβολισμό με μικροσφαιρίδια 90Υ. Αυτή η μέθοδος αποτελεί άμεση λύση για να ξεπεραστούν οι μεγάλοι υπολογιστικοί χρόνοι των Monte Carlo προσομοιώσεων, επιτρέποντας ενδεχομένως την χρήση τους στο κλινικό περιβάλλον.
Abstract (translated): Radioembolization, defined as the intra-arterial administration of yttrium-90-loaded microspheres, is emerging as an effective treatment modality for both hepatocellular carcinoma and hepatic metastases. The biggest advantage of Y-90 radioembolization is that it targets the cancerous tissue more exclusively than conventional radiation which affects the whole liver. Although the portal venous system supplies the majority of the blood flow of normal liver tissue, liver metastases obtain almost all their blood flow by the hepatic artery. Y-90 labeled microspheres which are injected to the hepatic artery become trapped at the precapillary level where they emit potentially lethal internal radiation. At the same time, surrounding normal liver which receive relative low dose due to the different vascularization pattern, is relatively preserved. Two types of microspheres are currently available, glass and resin, the main difference being the activity/sphere, which is much higher in a glass sphere (about 2.500 Bq) at production time, with respect to about 50 Bq in one resin sphere. Radiation dosimetry has always been one of the most important issues in 90Υ microsphere treatment because accurate dose calculation directly impacts the efficacy of treatment. Dosimetry in radionuclide therapy estimates delivered absorbed doses to tumors and ensures that absorbed dose levels to normal organs are below tolerance levels. The dose calculation methodologies currently available assume uniform distribution of the 90 Υ microspheres in the end organ. However, these assumptions of uniformity are intrinsically erroneous. In reality, 90 Υ-microsphere distribution is never uniform with a wide range of variation. The non-uniform absorbed dose distribution resulting from a heterogeneous activity distribution is most certainly an important factor, which significantly affects the estimations of average liver dose. Moreover, Monte Carlo simulation is commonly considered to be the most accurate dose calculation method in radiotherapy. However it is associated with long computing times as a large number of particle histories is required to be simulated in order to decrease the statistical uncertainty. Hence, this drawback is preventing the large-scale deployment of this technique in the clinic. In this study we evaluate the potential of GGEMS, a Monte Carlo algorithm executed on Graphics Processing Units (GPUs) for fast dose calculations in 90Υ radioembolization dosimetry. This GPU-based approach offers a direct solution to overcome the long computation time of Monte Carlo simulations, potentially permitting its usage in a clinical environment.
Appears in Collections:Τμήμα Ιατρικής (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Final master thesis .pdf2.85 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.