IGRTImage Guided RadioTherapy

. . with Tomotherapy Hi-Art

TSRM D. BertoniU.O. Radioterapia Oncologica   

‐ ASMN – Reggio Emilia

IGRT Ricerca Scientifica

Criticità nel TreatStrategie CorrettiveUnità radianti Igrt

Tomotherapy Hi-Art

Componenti TecnicheIl processo di IGRT Tomo

Risultati Dosimetrici

GlossarioGlossario

Il concetto “IGRT”Conformazione Radioterapica

Obiettivo IGRT

GLOSSARIO

Con il termine Radioterapia Guidata dall’Immagine o IGRT viene generalmente definita l’esecuzione di tecniche di trattamento

radiante che utilizzano i più moderni sistemi di Imaging quali la CT,la MRI, la PET/SPECT e gli US sia in fase di definizione e in fase

di segmentazione del volume tumorale (e non),che in fase di pianificazione, centeratura e controllo (comprensivo del follow-up)

del trattamento radiante.

IGRT o RadioTerapia Guidata dall’Immagine

tumor tumor

OAR 1 OAR 1

OAR 2 OAR 2

Day 1 Day 21

Isodose prescription

Tumor variation

CTV

IM

PTV

CTV

OAROAR

IMITV ITV

PTV

IL PROCESSO DI COUNTURING RADIOTERAPICO (SENZA IGRT)

CTV

PTV

OAR

CTV

OAR

IL PROCESSO DI COUNTURING RADIOTERAPICO

IGRT

Cause di incertezza del trattamento:

VARIAZIONI INTER-FRAZIONE (posizionamento paziente, conformazione d’organo, volume tumorale in corso..)

VARIAZIONI INTRA-FRAZIONE ( variazione posizione d’organo durante la medesima seduta, deformazione di volume..)

Durante l’intero ciclo di trattamento le variazioni sulla geometria di trattamento sono principalmente di 2 tipi:

STRATEGIE CORRETTIVE

STRATEGIA CONVENZIONALE

Al fine di ridurre effetti non volutidi variazioni di set-up viene addizionato al volume clinico di trattamento un margine di Sicurezza (CTV PTV).

• SOLUZIONE NON OTTIMALE

• MARGINI BASATI SU DATI SPERIMENTALI

•POSSIBILE RIDUZIONE DEL MARGINE ALL’AUMENTARE DELLE INFORMAZIONI RELATIVE AL SUO CASO CLINICO

•• AdaptiveAdaptive radiotherapyradiotherapy(ART)***:(ART)***:è un processo a ciclo continuo dove il volume da trattare (PTV) è sistematicamente ottimizzato sulla base delle informazioni raccolte in corso di trattamento (prima della terapia ed utilizzate per ottimizzare il trattamento successivo).

•• ImageImage--guidedguided Radio Radio TherapyTherapy(IGRT)****:(IGRT)****:è un processo che utilizza immagini di localizzazione (ottiche, ecografiche, radiografiche, ecc.. per facilitare la correzione in linea (on-line) del set-up del paziente.

STRATEGIA PERSONALIZZATA SUL PAZIENTE:

STRATEGIE CORRETTIVE

“We are at increased risk of

missing veryprecisely”

(J. Rosenman)

“An exellent dose distribution

doesn’t help if youcan’t hit the target

and miss the sensitive tissues”

AttualiAttuali unitaunita’’ radiantiradianti per per trattamentitrattamenti ART ART ededIGRTIGRT

Unità diTomoterapia Hi-ART

II

Acceleratore robotizzatoCyber-Knife

Acceleratori convenzionalicon opzioni di imaging

KV & MV cone-beam CT

Helical Helical TomotherapyTomotherapy (HT) combines a (HT) combines a novel technique to deliver IMRT/IMRS novel technique to deliver IMRT/IMRS with the ability to acquire MVCT imaging with the ability to acquire MVCT imaging for patient and target localization prior to for patient and target localization prior to treatmenttreatment

CyberCyber--Knife combines a novel Knife combines a novel technique to deliver SRS/SRT/IMRS technique to deliver SRS/SRT/IMRS with the ability to track tumor motion with the ability to track tumor motion during the treatment using onduring the treatment using on--line line fluoroscopyfluoroscopy

ConeCone--beam KV & MV imaging combine a beam KV & MV imaging combine a standardized technique to deliver standardized technique to deliver IMRT/IMRS with the ability to acquire IMRT/IMRS with the ability to acquire KVKV--MVCT imaging for patient and target MVCT imaging for patient and target localization prior and during the treatmentlocalization prior and during the treatment

Tomotherapy Hi-Art

Thomas Rockwell MACKIE 1995/1996

TomoterapiaTomoterapiaelicoidaleelicoidale

HiHi ARTART

StativoSlipSlip--RingRing

PianificazionePianificazione di di alcunialcuni trattamentitrattamenti

di HTdi HT

MVMV--CT prima e CT prima e dopodopo la la correzionecorrezione

del setdel set--upup

VantaggiVantaggi delladellamodulazionemodulazione rotazionalerotazionale

SistemaSistema HiHi--ART ART completocompleto

Il sistema di tomoterapia (HT) elicoidale Hi-Art

Caratteristiche Caratteristiche LinacLinac

Energia spettro: 6 MV (tratt.) Emed 1,5 MeV ; 3,5 MV (imag.) Emed =1MeV

Velocità: per terapia tomo assiale 1 - 10 giri /minutoDistanza Sorgente-asse rotazione: 850 mm Dimensioni Sorgente: 1.5 mm di tungsteno Conformazione del fascio: a ventaglioAssenza di flatness filterRendimento (dose rate) : circa 850 MU/min Intensita’ : 300 impulsi /sec Raffreddamento: acqua

Camere ionizzazione per rivelazione unita’ monitor: 3Geometria trattamento: elicoidale Volume di trattamento massimo IMRT: da 40 cm

diametro per 160 cm lunghezza Collimatori principali tungsteno: 40 cm (X) 0->5 cm

(Y) x 23 cm (Z)Scudo opposto al fascio: piombo di spessore 14 cmLeakage collimatori primari chiusi : 0,0001

Caratteristiche MLCCaratteristiche MLC

• Collimatore MLC : tipo binario in tungsteno

• Geometria Tongue-Groove• Movimenti MLC (+/-Y) : aria

compressa • Velocita’ apertura chiusura < 25

msec in 5 cm• Leakage < 0.2% fuori campo ,

<0.5% nel campo • Numero lamelle: 64 da 0.62 cm

di larghezza e 10 cm di spessore

• Angoli geometrici : 360° continui (paragonabile a 51 fasci )

• Allineamento componenti: sorgente, collimatore MLC GantryMVCT < = 1 mm

• Sincronizzazione componenti meccanici : MLC Gantry Lettino <= 1 mm

CT TomoCT 2cGy

spiralespirale3 3 MvMv;;EmedEmed: 1 : 1 MevMev20 giri/minuto (1rotazione/3 sec.)20 giri/minuto (1rotazione/3 sec.)PitchPitch 1 _1 _””finefine”” –– normalnormal 3 3 –– coarsecoarse 4 mm4 mmTempo di Tempo di acquisacquis..--ricostruzricostruz..--visualizvisualiz.2 s.2 sImagingImaging ImmagimiImmagimi MVCT con KVCTMVCT con KVCT764 rivelatori 764 rivelatori c.ic.i XenonXenon

MVCT

Trattamento Trattamento radianteradiante

• tecnica “elicoidale” rotazione continua

• nel planning: 51 segmenti di arco

•beamlet viene definito dal movimento della lamella dalla posizione chiusa alla posizione aperta e nuovamente alla posizione chiusa.

•Il contributo maggiore alla dose sarà dato dal beamlet che la cui lamella si apre all’inizio del segmento di arco e si chiude allafine

GeometriaGeometriaTrattamentoTrattamento

85cm

x

yz

(900MU/min)

JAWS Coll. Longitudinale40x5cm2 (fan beam) Field width: 1, 2.5, 5 cm

SISTEMA RIVELATORI – MV CT(738 camere ionizzazione)

85cm SAD

40cm FOV MLC BINARIO Coll.Trasversale64 lamelle

• Nessun pericolo di collisione Gantry-Paziente

• Nessun filtro a cuneo• Nessun angolo del Gantry• Nessun angolo del

Collimatore• Nessun angolo del tavolo• Nessun comando pensile• Nessun profilo o coordinate

del MLC • Nessun motorino del MLC• Nessun dimensione

campo/collimatori• Nessun campo luminoso• Nessun campo Elettroni• Nessun Cono per Electtoni

SEMPLICITA’

Fase di centratura radioterapicaFase di centratura radioterapica

COLLOCAMENTODEL SET-UP “AD PERSONAM”

CENTRATURA TRAMITE SISTEMALASER MOBILI

Fase di correzione setFase di correzione set--upup

RICHIAMO DELLECORREZIONI (X,Y,Z) +ROLLDAL SOFTWARE TOMO

POSIZIONAMENTO PAZIENTEALL’ISOCENTRODEL TRATTAMENTO

TREAT

In poche parole . .

RadioTerapiaRadioTerapia di di AdattamentoAdattamento –– ART # 1ART # 1

Schema Schema descrittivodescrittivo delladellaradioterapiaradioterapia ART ART cheche adattaadattagiornalmentegiornalmente la la distribuzionedistribuzione delledelledosidosi tenendotenendo contoconto del del nuovonuovo setset--up up e e delladella nuovanuova configurazioneconfigurazioneanatomicaanatomica del del pazientepaziente. .

AcquisizioniAcquisizioni CT:CT:delledelle fasifasi pre/post pre/post terapiaterapia, , delledelle

fasifasi conseguenticonseguenti di di riri--ottimizzazioneottimizzazione, , riri--pianificazionepianificazione, ,

riri--localizzazionelocalizzazione--centraturacentratura, , esecuzioneesecuzione e e controllocontrollo del del

trattamentotrattamento (e (e delladella dose dose erogataerogata).).

Courtesy by Katja Langen

RadioTerapiaRadioTerapia di di AdattamentoAdattamento –– ART # 2ART # 2

Le variazioni anatomiche si compensano sia con una registrazione

spaziale che con una correzione di doseRicontornamentoRicontornamento deidei volumivolumi di di trattamentotrattamentosusu ogniogni CTCT

DeformazioneDeformazione del capo del capo collocollo dovutadovuta allaallaradioterapiaradioterapia

AutoAuto--segmentazionesegmentazione e correzione e correzione per le deformazioniper le deformazioni

Courtesy by Katja Langen

Livello di conformazione delle terapie radianti

Courtesy by S. Raffaele Hospital

TestaTesta ColloCollo PolmonePolmone ProstataProstata SuperficialeSuperficiale

Livello di conformazione e di modulazione dell’intensità dosimetrica con differenti

tipologie di planning.

Spinal cord

parotidsmandible

IMRT

TOMO

L’intero processo IGRT ovvero “ scansione –registrazione – correzione posizionamento ” non si può definire rapido se comparato,ad esempio, all’uso di tubi KV steroscopici.Tale tecnica non è ancora perfezionata per un imaging “ real-time ”(sincronizzazione del respiro).

CONCLUSIONI : i punti deboli

Processo integrato nel treatImaging volumetrico di buona qualità per identificazione targetRegistrazione versatile:

CT-CTTARGET -DOSE

Fascio di trattamento usato per imagingALLINEAMENTORICOSTRUZIONE DI DOSE EFFETTIVAMENTE EROGATAAdaptive radiotherapy on-line e off-line

PUNTI FORTI

CONCLUSIONE

Thanks!Thank’s!