Dosiomica in Radioterapia: applicazione nell’analisi della relazione tra le caratteristiche quantitative estratte dalla mappa 3D di dose e la complessità dei piani di trattamento

La Radioterapia è una terapia che utilizza fasci radianti di energia 6-10 MeV per somministrare al cancro una dose tumoricida. Una delle tecniche radianti più utilizzate è la intensità modulata (IMRT). La tecnica è altamente complessa perché prevede l’utilizzo di sistemi di pianificazione specifici per lo studio del piano di cura e sistemi automatizzati, come il Multi Leaf Collimator (MLC), per modulare la dose e conformarla al volume bersaglio. Sebbene la garanzia dell’accuratezza della dose erogata preveda rigorosi controlli di qualità, paziente specifici, effettuati prima dell’erogazione della terapia, limitare la complessità in fase di pianificazione dello studio dosimetrico, pur garantendone la qualità, è fondamentale per ridurre le potenziali cause di errore. Strategie possono essere adottate tra cui ridurre il numero massimo di unità monitor erogabili (MU), unità di misura del tempo di erogazione, e/o l'utilizzo dell'Aperture Shape Controller (ASC), strumento che modula l’apertura del MLC. Nel campo della Radioterapia si è recentemente affacciata una nuova disciplina la Dosiomica. La Dosiomica, analogamente alla Radiomica nell'analisi delle immagini mediche, analizza le caratteristiche quantitative di texture e di intensità delle mappe di dose di un piano di trattamento radioterapico. Dalle caratteristiche dosiomiche estratte dalle mappe di dose possono essere sviluppati modelli predittivi dell’insorgenza di tossicità dovute al trattamento, per il controllo locale del tumore post-trattamento e anche per la valutazione dell’accuratezza dosimetrica in fase di erogazione del trattamento. Il lavoro di tesi ha proprio come obiettivo la correlazione delle caratteristiche dosiomiche con l’accuratezza del piano di trattamento. In primo luogo si è effettuata un’approfondita ricerca bibliografica al fine di esplorare lo stato dell’arte dell’applicazione di questa recente disciplina in Radioterapia e conoscerne limiti e potenzialità. Successivamente, la Dosiomica è stata applicata per estrarre caratteristiche quantitative dai piani di trattamento di trenta pazienti trattati con tecnica VMAT, presso l’Istituto Oncologico del Veneto (IOV) tra il 2018 e il 2020. Per ciascun paziente sono stati considerati piani di trattamento a diversa complessità, definiti in base alla variazione dei parametri ASC e MU, e tutti clinicamente accettabili. L'obiettivo è stato quello di analizzare la variazione delle caratteristiche dosiomiche estratte dalle mappe 3D di dose tra i diversi piani di trattamento. Ciascuna mappa di dose dei pazienti è stata inizialmente pre-processata attraverso il software open source 3D Slicer. A tale scopo sono state realizzate opportune estensioni per l’automatizzazione del processo di caricamento dei dati ed estrazione delle regioni di interesse. Dalle distribuzioni di dose ottenute per ciascun paziente sono state estratte più di 150 caratteristiche dosiomiche, attraverso il software S-IBEX. Le distribuzioni delle caratteristiche estratte da ogni piano sono state confrontate statisticamente e testate nella classificazione di complessità del piano attraverso diversi modelli di machine-learning. L’analisi è stata ripetuta considerando sia le intere distribuzioni di dose che i singoli organi, distinti in volume target e organi a rischio.