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Michele Stasi, Barbara BaiottoS.C. Fisica Sanitaria
A.O. Ordine Mauriziano & IRCC Candiolo -Torino
Workshop SIRR Trieste, 24-25 giugno 2008
L’ELABORAZIONE DEL TREATMENT PLANNING NELLA RADIOTERAPIA CONFORMAZIONALE,
NELL’IMRT E NELL’IGRT
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•Evoluzione tecnologica: dalla 2D all’IGRT
•Margini, metodi di correzione IGRT
•Evoluzione nel pianificazione del trattamento radioterapico
prostata & H&N
Agenda
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Evoluzione nelle tecniche di radioterapia (3D-CRT, IMRT, IMAT)
1. Tecniche conformazionali (Beam’s Eye View) con emissione statica (3D-CRT), con copertura di bersagli concavi
2. Tecniche come in 1, con l’aggiunta della modulazione all’interno del campo, secondo lo spessore del target (SMLC–IMRT, DMLC-IMRT), con copertura di bersagli convessi
3. Tecniche come in 2, con l’aggiunta dell’emissione continua ad arco (IMAT)
4. Tecniche come in 3, ma con MLC binario e fascio a ventaglio con emissione a pendolazione di quasi 360º e avanzamento a passi del lettino (Tomoterapia Seriale)
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MLCLeaves0.5 cm
Leaves
1 cm
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MLC Dinamico
With this technique, the beam pauses while the MLC moves from one shape
to the next. A typical DMLC field requires 30-60 sec. of beam ON time.
(Click the mouse to simulate a DMLC treatment.)
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IMRT: Metodi per modulare l’intensità
�Tecnica “Step and Shoot” (Segmental MLC –SMLC)
� Modulazione dinamica (sliding window, Dynamic MLC - DMLC)
� Terapia ad arco con modulazione d’intensità (IMAT)
� Tomoterapia (MLC binario e fan beam)
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IMRT
• INVERSE PLANNING (IP): ottimizzazione
delle fluenze (constraints di dose sui DVH,
numero di iterazioni, tolleranza, scatter
distance)
• conversione fluenze teoriche fluenze reali
(step&shoot, sliding window, IMAT)
• Leaf Sequencer : trasmissione fluenze a MLC
linac
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•Evoluzione tecnologica: dalla 2D alla IGRT
(continua…)
•Margini, metodi di correzione IGRT
•Evoluzione nel pianificazione del trattamento radioterapico
prostata & H&N
Agenda
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• A) Somma linearePTV = CTV + IM + SM
• B) PTV più piccoloes: Somma quadratica se tutte le deviazioni standard sono note
ICRU 62: PTV
Situazione più comune
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Incertezze geometriche in radioterapia: il problema del PTV
1. errori sistematici 2. errori random
1. errori sistematici: dipendono dalla preparazionedel trattamento
2. errori random: dipendono dalla esecuzionedel trattamento
Approccio statistico
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Variazioni “intrafractional”(durante una singola frazione)
Variazioni del CTV
Movimenti del paziente(immobilizzazione)
Nella posizione relativa del paz. rispetto ai fasci di trattamento
Cambio nella posizione di tratt. (prona-supina)
Processi fisiologici(circolazione,
respirazione, peristalsi)
Nella posizione relativa a un ptofisso nel paz.
Processi fisiologici(circolazione)
Processi fisiologici (circolazione,
respirazione, peristalsi)
In dimensione
SistematicheRandomCategoria
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Variazioni “interfractional”(durante il corso del trattamento)
Variazioni del CTV
Errori tecnici (es. laser…)
Setup giornaliero(immobilizzazione)
Nella posizione relativa del paz. rispetto ai fasci di trattamento
Perdita di pesoProcessi fisiologici(riempimento delle
cavità)
Nella posizione relativa a un ptofisso nel paz.
Riduzione o aumento del tumore
Processi fisiologici (riempimento di vescica
e retto, meteorismo intestinale)
In dimensione
SistematicheRandomCategoria
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Deviazione campi pianificati vs. erogati
•Setup
•Movimento paziente e organ motion
•Sistemi di immobilizzazione
•Tecnica di trattamento (3D-CRT, IMRT...)
•Preparazione dell’equipe
Metodi on linee off linedi verifica e correzione per ridurre gli errori
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Metodi di verifica e correzione: OFFLINE e ONLINE
Obiettivo:
• ridurre margini
• aumentare l’efficacia nell’erogare la dose
• possibilità di dose escalation
AdaptiveRadiotherapy
• misure e correzioni eseguite prima del trattamento
•corregge interfraction motion, setup quotidiano e organ rigid motion
On line
vs.
• misure eseguite dopo il trattamento (importante stabilire numero!)
• l’applicazione di un protocollo di correzione riduce il margine CTV-PTV riducendo l’errore sistematico e personalizzando il margine
Off line
IGRT
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Studio prospettico per set-up prostata presso IRCC
• 540 immagini portali analizzate (36 /pz)
• DPI: nella 1ª settimana tutti i campi, successivamente a 0° e 90°/270° bisettimanale per 8 settimane
• Acquisizione dell’immagine in doppia esposizione prima della seduta
Munoz F et al., Atti XII Congresso AIRO, Cagliari 2002
3.23.83.5Setup Margin
2.32.72.6random
2.22.72.3sistematico
CC (z)AP (y)LL (x)(mm)
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IGRT (Image Guided Radiotherapy)
•Impianto di marker radioopachi + imaging US, kV on-line
•Movimento body surface + CCD camera
•kV e MV Cone Beam CT
Possibilità di correggere per assicurare che il trattamento venga erogato come da piano di cura
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IGRT (Image Guided Radiotherapy)
Sistemi ad Ultrasuoni
Imaging e contornazione CT è diversa da quella ad US
Sistemi ottici
Fa riferimento ad una superficie esterna rispetto al volume bersaglio
Stereo kV Imaging
Richiede fiducials per individuare il volume bersaglio
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IGRT con kV Cone Beam CT (CB-CT)
•non necessita di fiducials per individuare il target
•consente un imaging volumetrico 3D
•registrazione CB-CT
•dose di superficie circa 5 cGy
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IGRT con MVCT (MegaVoltage CT)
•Il fascio di trattamento è utilizzato per
l’imaging (migliore allineamento)
•Dose al paziente: circa 5 – 15 cGy
•Qualità d’immagine
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TOMOTERAPIA ELICOIDALE (TE)
La Tomoterapia Elicoidale
(TE) integra in un sistema
compatto tutte le esperienze
tecnologiche dell’evoluzione in
corso: tecnica elicoidale di emissione del fascio, IMRT con MLC di tipo binario, IGRT con MV-TC e calcolo della dose con “Inverse Planning”.
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•Evoluzione tecnologica: dalla 3D-CRT alla tomoterapia
•Margini, metodi di correzione IGRT
•Evoluzione nel pianificazione del trattamento radioterapico
prostata & H&N
Agenda
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Tecniche d’irradiazioneProstata
• (Convenzionali AP-PA)
• 3D-CRT:
3c, box, 5c, 6c
• Step&shoot
• IMRT
B
PR
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3D images with 95 % isodose surface (white line)
APAP--PA PA techniquetechnique
Dose totale 54 Gy50-54 Gy: controllo 20%
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3D images with 90 % isodose surface
““ boxbox”” techniquetechnique
Dose totale 66 Gycontrollo 60%
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3D images with 95% isodose surface
multimulti--fieldfield techniquetechnique
Vescica
Retto95 %
Prostata
Dose totale 75.6 Gy
> 72 Gy: controllo > 75%
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3D-CRTProstata
• TC, slices 0.3- 0.5 cm equispaziate, supino
• Protocollo di preparazione retto/vescica
• 18 MV e MLC, tecnica MSKCC modificata (6c: 45°-90°-135°-225°-270°-315°, sbilanciati laterali)
• Dose totale 75.6 ⇒79.2 Gy⇒81 Gy(nostra casistica D ≥ 79.2 Gycontrollo > 95%)
• 1500 pazienti trattati con tecnica 3D-CRT presso IRCC Candiolo e Ospedale Mauriziano (TO) dal 1998 al 2007 per carcinoma della prostata
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CTV Originale
Prostata: problemi (OM + IOM)‘ rectum filling effects’
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Materiali e Metodi • 10 pazienti
• 11-14 TC in corso di RT (media 1.7 TC/settimana, 11.8
TC/pts) dopo TC-centratura e planning (CT0) (Totale 126 TC)
• Un singolo osservatore (medico RT) ha disegnato per ogni
TC il retto e la parete rettale, CTV e OAR (in CT0)
•Matching: Per ciascun paziente le scansioni TC eseguite
durante RT sono state coregistrate usando come riferimento la
CT0
•Punti fiduciali anatomici (riferimenti ossei - 9-12 punti/pts )
(errore medio < 1.3 mm)
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Rectum filling
- Rectum Motion: studio prospettico per movimento retto presso IRCC e impatto sui DVH
Stasi M., Munoz F, Fiorino C. et al. Emptying the rectum before treatment delivery limits the variations of rectal dose-volume parameters during 3D-CRT of prostate cancer. Radiother Oncol, 80 (3), 363-370, 2006
Mean V_CT1…n = 52.8 ± 11.6 cm3
Mean V_CT0 = 47.6 ± 10.3 cm3
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
No Pts
Rec
tum
Vol
ume
(cc)
V_CT0V_CT1…n
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Risultati: Rectum DVH trendpaziente n.4
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
100.0
110.0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
D%
V%
CT1 ref
CT2
CT3
CT4
CT5
CT6
CT7
CT8
CT9
CT10
CT11
CT12
CT13
DVH rectum
reference
mean
SD
The mean DVH is less than reference DVH (CT0)
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Tomoterapia e gestione del movimento organi: prostata
Fiorino C. et al, Evidence of limited motion of the prostate by carefullyemptying the rectum as assessed
by daily MVCT image guidance with helical Tomotherapy, Int J Radiat Oncol Biol Phys 2008, 71 (2):611-617
•Posizione della prostata individuata con matching automatico su reperi ossei + visualizzazione diretta della prostata su immagini MVCT prima di ogni seduta
•Deviazione calcolata rispetto a posizione della prostata sul piano di trattamento CT0
Correzione MVCT fattibile
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IMRT : Prostata
• Paziente supino, immobilizzazione gambe
• Class solution:5 campi (35°-110°-180°-250°-325°), sliding window
• Constraints sui DVH nell’ottimizzazione:
1. PTV: Dmin 95%-Dmax 107%, Dose prescritta a 95% VPTV
2. Retto: V70 < 25% vol, V50 < 50% vol
3. Vescica:V75 < 30% vol
4. Teste femorali:Dmed< 52 Gy, V75 < 70% vol
Schreibmann E. et al., Med. Phys., 31 (10) 2004
TPS + IP: Eclipse
Linac : Varian Clinac 600 C/D –X 6MV MLC-120leaf (5mm)
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20 pazienti carcinoma prostatico ad alto rischio trattati con tecnica SMART presso IRCC Candiolo
PTV1 pelvi
PTV2 loggia prostatica
PTV1: 1.8 Gy x 28-30 fraz
PTV2: 2.2 Gy x 28-30 fraz
Dose equivalente 66.7-71.5 Gy
su PTV2 loggia con α/β = 3
“Simultaneous Modulated Accelerated RT” (SMART)
Riduzione dose intestino, retto rispetto a 3D-CRT
Boost 3D-CRT � DTOT
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Retto 3D-CRT
Retto IMRT
Intestino IMRT
Intestino 3D-CRT
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IMRT : Patient Quality Assurance• Verifica di dose pretrattamento
per ogni pts– Assoluta: microcamera in
solid water (3-4%) – Relativa: isodosi misurate su
film vs. calcolate da TPS (γγγγ function ���� 3mm, 3-4%)
• Verifica del setup (isocentro)– Frequenza: 2 volte settimana
(prostata) e giornaliera (H&N)
– Campi ortogonali 0/90 (DRR vs. EPID → 3mm): dose conteggiata nel piano di trattamento!
– Correzione setupon line (↓errore sistematico)
Treatment Plan Test PlanIntensityprofiles
MLC motionplan
MU Geometry MU Geometry
Dose Comparison
Comp. DRR/EPI
DRR
QA needs: single patient QA QA needs: single patient QA
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Verifica IMRT : MU-Check + 2D-Array
1. 445 rivelatori a stato solido (diodi tipo N) resistenti alla radiazione
2. Spaziatura all’interno del campo 10x10 e sulle diagonali 6 mm. Esternamente al campo 10x10 = 10 mm
3. Limiti sul fascio : 7.7 mGy di dose per impulso, massimo rateo di ripetizione degli impulsi (1000 impulsi/secondo).
1.M. Stasi, S.Giordanengo, R. Cirio, et al. D-IMRT verification with a 2D pixel ionization chamber : dosimetric and clinical results in head and neck cancer. Phys Med Biol 50 (2005)
MU check : I’mSure� da fluenza TPS a calcolo MU da dati commissioning macchina
VERIFICA SU TUTTI I PAZIENTI IMRT!
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γ Function 3%, 3 mm
No shift: 96.6 % pti passati
Shift CC 3 mm: 84.9% pti passati
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•Evoluzione tecnologica: dalla 3D-CRT alla tomoterapia
•Margini, metodi di correzione IGRT
•Evoluzione nel pianificazione del trattamento radioterapico
prostata & H&N
Agenda
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Tecnica convenzionale “2D” evolutacampi contrapposti
Off cord
barrage
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Tecnica convenzionale “2D” evoluta
campi contrapposti
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Organi A Rischiodosi di tolleranza
Dmax ≤≤≤≤ 55 GyTRONCO
Dmedia ≤≤≤≤ 27 GyPAROTIDI
Dmax ≤≤≤≤ 50 GyOCCHIO
Dmax ≤≤≤≤ 55 GyNERVO OTTICO
Dmax ≤≤≤≤ 50 GyMIDOLLO
V60≤≤≤≤ 33%; V53≤≤≤≤ 66%; V50≤≤≤≤100%
ENCEFALO
Dmax ≤≤≤≤ 35 GyCOCLEA
Dmax ≤≤≤≤ 55 GyCHIASMA
Dmedia ≤≤≤≤ 60Gy; Dmax≤≤≤≤ 70 GyARTICOLAZIONE TEMPORO-MANDIBOLARE
3D-CRT e IMRT!
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90
135
3D-CRTtecnica a 5 campi
+ barrage isocentro unico
180
225
270
barrage
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tecnica a 5 campi-barrage (54 Gy T+N) + boost 3d-CRT su T (fino 70.2 Gy)
No elettroni su spinali no esclusione midollo
90
135
180
225
270
Rinofaringe
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IMRT 7 campi
rinofaringe
parotide
![Page 45: L’ELABORAZIONE DEL TREATMENT PLANNING NELLA RADIOTERAPIA ...sirr.casaccia.enea.it/Congressi SIRR/Present-SIRR -Trieste 08/Stasi... · NELLA RADIOTERAPIA CONFORMAZIONALE, NELL’IMRT](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012907/5c01175e09d3f252338c1428/html5/thumbnails/45.jpg)
IMRT 7 campi
rinofaringe
![Page 46: L’ELABORAZIONE DEL TREATMENT PLANNING NELLA RADIOTERAPIA ...sirr.casaccia.enea.it/Congressi SIRR/Present-SIRR -Trieste 08/Stasi... · NELLA RADIOTERAPIA CONFORMAZIONALE, NELL’IMRT](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012907/5c01175e09d3f252338c1428/html5/thumbnails/46.jpg)
Rinofaringe 3D CRT vs. IMRT: PRV midollo
PRV Midollo Dmax
49 Gy 3DCRT
vs.
44 Gy IMRT
![Page 47: L’ELABORAZIONE DEL TREATMENT PLANNING NELLA RADIOTERAPIA ...sirr.casaccia.enea.it/Congressi SIRR/Present-SIRR -Trieste 08/Stasi... · NELLA RADIOTERAPIA CONFORMAZIONALE, NELL’IMRT](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012907/5c01175e09d3f252338c1428/html5/thumbnails/47.jpg)
Rinofaringe 3D CRT vs. IMRT: parotide
parotide Dmed
65 Gy 3DCRT
vs.
47 Gy IMRT
![Page 48: L’ELABORAZIONE DEL TREATMENT PLANNING NELLA RADIOTERAPIA ...sirr.casaccia.enea.it/Congressi SIRR/Present-SIRR -Trieste 08/Stasi... · NELLA RADIOTERAPIA CONFORMAZIONALE, NELL’IMRT](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012907/5c01175e09d3f252338c1428/html5/thumbnails/48.jpg)
IMRT tecnica “Simultaneous Modulated Accelerated RT”(SMART)
100% 60%
a b c
3D-CRT + boost IMRT vs. IMRT+IMRT boost sequenziale vs. IMRT SMART
�Stessa copertura PTV1 (T+N) e PTV2 (GTV) per tutte le tecniche
�Maggiore conformazione IMRT-SMART con riduzione dose OAR e aumentoomogeneità nel CTV elettivo
�Dose media ai tessuti-non target inferiore con tecnica IMRT-SMART rispetto a tecniche con boost sequenziale
�Attenzione a OAR prossimi a CTV boost (↑dose /frazione)! Dogan N, 2003
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•Es:Orofaringe
•5-7 campi, sliding window
•68.2 Gy(2.2 Gy/fraz x 31) su T
•55.8 Gy (1.8 Gy/fraz x 31) su T+N
IMRT tecnica“Simultaneous Modulated Accelerated RT” (SMART)
23 pazientitumori H&N trattati con tecnica SMART presso IRCC Candiolo
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DVH
•Parotide controlaterale: Dmed30 Gy
•Midollo Dmax47 Gy
•PRV Midollo Dmax50 Gy
•DmedPTV T 68.2 Gy
•DmedPTV T+N 55 Gy
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TE - Radioterapia “ Adaptive”
La radioterapia “Adaptive” è l’insieme delle seguentifunzionalità:
� IGRT con riposizionamento giornaliero del paziente
� Modifica dei contorni al cambiare delle struttureanatomiche
� Valutazione della Dose basata su un’immaginegiornaliera MVCT
� L’adattamento della dose di un piano non piùcorretto
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Radioterapia “Adaptive”
Week 1 Week 3
Le variazioni anatomiche possono essere compensate sia con una registrazione spaziale che con una correzione di dose
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GRAZIE DELL’ATTENZIONE !