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