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IGRT IMRT VMAT STEREOTASSI
per le lesioni polmonari
Giglioli Francesca Romana
Fisica Sanitaria - Radioterapia
A.O. Città della Salute e della scienza - Torino
film
Distribuzione
isodosi
Confronto tra profili di dose a 10 cm in
fantoccio omogeneo (a) e eterogeneo (b)
per energia 18 MV
La penombra aumenta nell’eterogeneità
anche in funzione dell’energia per un
incremento del range degli elettroni
Compton secondari in mezzi a bassa
densità.
meglio utilizzare energie basse (6 – 10
MV)
P.Carrasco et al. Med Phys 31 (10) 2004
Fantoccio
omogeneo
Fantoccio
disomogeneo
Collapsed Cone ( A Ahnesjo 1989)
Basato su principi fisici
Utilizzo delle approssimazioni analitiche di
risultati Monte Carlo
Considera il trasporto laterale delle particelle
Esplicito modello per Beam hardening
Off axis softening
Head Scatter
-15 -10 -5 0 5 10 15
5
10
15
20
25
30
Xcm
Y
• Fantoccio ad acqua con
disomogeneita’
polmonari
Confronto CC - Montecarlo
• MonteCarlo
• Collapsed Cone
• Osservazioni
- Alterazione penombra nei
polmoni
- build-up dopo i polmoni
Algoritmi di calcolo
Confronto tra pdd per campi diversi
ed energie 6 e 18 MV tra dose
misurata con TLD e camere a
ionizzazione e dose calcolata con
Monte Carlo (linea nera) , Collapsed
cone (linea grigia) Batho (linea nera
tratteggiata) Pencil beam (linea nera
sottile)
10x10
2x2
P.Carrasco et al. Med Phys 31 (10) 2004
6 MV 18MV
5x5
10x10
2x2
Algoritmi di calcolo : confronto Pinnacle / Oncentra
Confronto tra:
•Monte Carlo
•Pinnacle Collapsed Cone
•Helax Collapsed Cone
•Helax Pencil Beam
10 pazienti – polmone con frazionamento convenzionale
B. Vanderstraeten et.al Med phys 33 (9) settembre 2006
2 fantocci eterogenei
2 target 1.5 cm – 4 cm
Modifica apertura sliding window
Misura assiale e coronale con Gaf chromiche e camera a ionizzazione
La superficie di dose diminuisce con
la diminuzione apertura SW
La maggior deviazione è 4.2 mm
corrispondente a SW 2 mm
Se apertura > 6 mm differenza < 1
mm
AAA risulta un algoritmo accettabile
(NO PB)
2012
Confronto:
Batho power law
Radiological path lenght
Montecarlo
Studio retrospettivo 20 pazienti
CC (Oncentra) – AAA (Eclipse) - MC (Monaco) - MC (iplan)
41 piani CRT vs IMRT
IMRT migliora dose ai
polmoni eccetto V5
(leakage)
Analisi su 496 NSCLC : 318 3DCRT e 91 4D-IMRT 63 Gy in media
Uguale progressione loco regionale e metastasi a distanza
Movimento dovuto al respiro
Ciclo di ISTERESI
Movimento dovuto al respiro
Left-right (mm)
Cranial-caudal (mm)
Anterior-posterior (mm)
0.5
1.0
1.5
2.0
0.5
1.0
1.5
2.0
0.5 1.0 1.5 2.0
Amplitude
Inhale
Exhale
Direzione di maggior spostamento :
CRANIO-CAUDALE (95% dei tumori < 1.34
cm
Distribuzione anisotropica dei movimenti
Il movimento è principalmente correlato allo
spostamento del diaframma
Simulato movimento respiratorio
con diverse potenze della
funzione sin(x)
Analizzato variazione dose vs
MU/segmento
Analizzati entità e impatto
radiobiologico della variazione di
dose vs MU/seg
Problema quando le UM per segmento sono comparabili con il ciclo
respiratorio
Poche UM per segmento possono avere effetto di interplay legato al
controller dell’ MLC
L’effetto meno consistente con molti campi UM/segm > 10
Per gli Ipofrazionamenti i risultati sono buoni per l’alto numero di UM
per segmento.
conclusioni
Quali strategie per considerare il MOVIMENTO del
respiro
IGNORARLO
CONTENERLO : BREATH HOLD
BODY FIX
COMPRESSORE
TRACCIARLO : CYBERKNIFE
EXATRACK
4DCT - GATING
tumor tracking
Come trattare i tumori che si muovono ?
ITV : considerare il movimento basato sulla TC 4D
Tiene contro del movimento nel disegno del volume bersaglio
Ottimizza il piano sulla base degli spostamenti respiratori
GATING :
Dinamico : eroga la dose quando il tumore è compreso nel campo di
radiazione
Breath hold: forza il respiro del paziente in una posizione e irradia
TUMOR TRACKING : l’irradiazione segue il tumore durante il respiro
Maximum exhale
Geometrical average position
Maximum inhale
Planning Concepts For Breathing
Conventional
free
breathing
Internal
target
volume
Gating or
breath
holding
PTV
GTV
ITV
CTV
ACTIVE BREATHING CONTROL
RIDURRE I MOVIMENTI
RESPIRATORI in corso di trattamento
radioterapico
Facilitare la
riproducibilità
dell’apnea
PROCEDURA DI UTILIZZO
Posizionamento e centratura
in apnea insp.
Attivazione
sistema
1)
2) Il paziente preme il
pulsante
3) Attivazione del sistema da parte del TSRM
4) Il paziente inspira fino al
raggiungimento dell’apnea
prestabilita (area verde)
FASE DI
5) Al termine del tempo prestabilito di apnea la valvola del sistema
si sblocca ed il paziente riprende una normale respirazione
Blocco dello
spirometro
L’irradiazione viene INTERROTTA al TERMINE DELL’APNEA ed il CICLO SI
RIPETE finchè non sono state erogate tutte le UM del campo e per TUTTI I
CAMPI PREVISTI DAL PDC
Due approcci comuni per il monitoraggio del respiro
- phase binning: 10 series of images corresponding to 10 phases of respiratory cycle
Four dimensional CT (4D-CT)
Imaging/Target definition
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TORINO
8-10 X
Il pitch è funzione della frequenza di repiro (breath rate) e del
tempo di rotazione : il lettino non può spostarsi più della lunghezza
di un rivelatore prima di aver compiuto un ciclo respiratorio
L’ acquisizione
Mid ventilation
Problema:
Costanza del respiro
Planning Concepts For Breathing
Maximum exhale
Geometrical average position
Maximum inhale
Conventional free
breathing
Internal target
volume
Gating or
breath
holding
PTV
GTV
ITV
CTV Time- weighted average position
Mid-position
Treatment Process
4D planning CT Mid-ventilation Treatment plan
4D Volume View 4D image reg. Patient shift Delivery
Planning
Treatment
Considerazioni
La distorsione della TC dovuta al respiro introduce artefatti errore sistematico
Se una struttura (parete toracica o diaframma) è usata come “surraogato” e non
si osserva il tumore direttamente durante il trattamento incertezza nella
relazione tra surrogato e tumore
Il respiro spesso NON è regolare
Se c’è un management del respiro i margini possono essere personalizzati
- CONE BEAM COMPUTED TOMOGRAPHY -
Synergy®, Elekta
Tubo a raggi X
Detettori a silicio a morfo
• margini NON isotropici
• setup basato su reperi oseei riduce errore sistematico
• IGRT COMUNQUE richiede PTV appropriato
Conebeam CT: quale vantaggio ?
Conebeam CT: quale vantaggio ?
Diverse metodiche di controllo
4D CON BEAM CT
Margini vs movimento e strategia Riduzione dei margini vs strategia
Margini vs densità
Mid ventilation + tumor registr.
Margini vs strategia
Analisi su 10 pazienti
Quanto la variazione
di densità legata al
movimento del
respiro modifica la
dose
10 pazienti – stereotassi con bodyfix – 4DCT – 4D CONE BEAM CT - PTV = ITV + 5 mm
PTV esportato su Cone Beam CT 10 fasi prima del trattamento
Bone Matching tra Media CT e Media Cone Beam – con il movie si controlla che il PTV contenga
effettivamente il tumore e si corregge il setup a tal fine.
Acquisizione Cone Beam durante l’irradiazione
La registrazione manuale
richiede pochi secondi :
in figura la traslazione è stata
3.2 mm LR 1.5 CC e 4.4 AP
La 4D conbeam apre più scenari
Radiation Oncology Department
University of Torino
MONACO
MOSAIQ
ERGO++
Axesse Elekta
Synergy Elekta
143
307
114
233350
230
325
120
Central Nervous System
Metastases
Head and Neck
Lung
Prostate
Lymphoma
Breast
Gastrointestinal
New patients treated per year (≅ 1700)
UNIVERSTA’ DEGLI STUDI DI TORINO
Clinical implementation of VMAT – 4DCT – 4D
Conebeam CT :
treatment planning (Monaco) and delivery
- phase binning: 10 series of images corresponding to 10 phases of respiratory cycle
Four dimensional CT (4D-CT)
Imaging/Target definition
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TORINO
8-10 X
Problema : quanto il respiro è regolare ?
Respiration correlated (4-D) CT
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TORINO
CTV = GTV
ITV10 phases= ITV derived
from contouring of all 10
phases of the 4DCT (CTV1,
CTV2…CTV10)
4D-CT scan
Target Definition
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TORINO
Contouring 4D Velocity
Registrazione deformabile
1
fase: acquisizione planare
2
fase: ricostruzione volumetrica
3
fase: matching e
registrazione degli spostamenti
PROCEDURA D’ACQUISIZIONE E VALUTAZIONE DELLE IMMAGINI CBCT
Direzione
Latero-laterale (X)
Direzione
cranio-caudale (Y)
Direzione
antero-posteriore (Z)
MARGINE 9.4 mm 10.8 mm 16.2 mm
Direzione
Latero-laterale (X)
Direzione
cranio-caudale (Y)
Direzione
antero-posteriore (Z)
MARGINE 6.2 mm 8.5 mm 10.9 mm
Margine ptv = 2.5 ∑ + 0.7 σ
Scenario NO IGRT
Scenario IGRT
TPS : MONACO ver. 3.2
Calcolo Montecarlo
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI D ORINO
NSCLC 66 Gy
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI D ORINO
Tutti i piani a intensità modul at a vengono mi sur at i FANTOCCIO
Del t a4 Scandi dos
Materiale PMMA – 1069. Diodi posizionati su due piastre angolate di 45
e
perpendicolari tra di loro.
I diodi vengono calibrati in assoluto come dose in acqua
Un sensore angolare consente al software di riconoscere l’angolo e
associarlo ai control points
1
fase: acquisizione planare
2
fase: ricostruzione volumetrica
3
fase: matching e
registrazione degli spostamenti
PROCEDURA D’ACQUISIZIONE E VALUTAZIONE DELLE IMMAGINI CBCT
• Cuscino a vuoto individuale
• Compressione diaframmatica per TUTTI i pazienti
Stereotactic Elekta® Body Frame
• Sistema laser per tatuaggi di posizionamento
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TORINO
Target localization by mean of stereotactic 3-D
coordinates
(external fiducial reference markers)
SBRT: classical definition
Frameless SBRT/SABR
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TORINO
Cuscino a vuoto
compressore
Treatment delivery
[Ricardi U et al., 2009]
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TORINO
Early stage NSCLC not amenable with surgery: VMAT
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TORINO
Lung metastasis
Only one isocentre
Patient-setup using cone beam CT
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TORINO
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI D ORINO
SBRT 67,5 Gy (54Gy 80%)
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI D ORINO
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TORINO