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Associazione Italiana di Fisica MedicaCentro di Cultura Scientifica “A. Volta”
Scuola Superiore di Fisica in Medicina “P. Caldirola”(Direttore: M. Stasi)
LE NUOVE FRONTIERE DELLA TECNOLOGIA IN DIAGNOSTICA E TERAPIA:
DALLA FISICA ALLA MEDICINA
Roma, 27 Giugno 2013Responsabili Scientifici: M.D. Falco, A. Soriani
Coordinatore Scientifico: M Tavolozza
Il gating respiratorio : dalla 4DCT all’IGRT
Giglioli Francesca Romana
Fisica Sanitaria - Radioterapia
A.O. Città della Salute e della Scienza - Torino
Movimento dovuto al respiro
Ciclo di ISTERESI
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LE NUOVE FRONTIERE DELLA TECNOLOGIA IN DIAGNOSTICA E TERAPIA:
DALLA FISICA ALLA MEDICINA
Roma, 27 Giugno 2013Responsabili Scientifici: M.D. Falco, A. Soriani
Coordinatore Scientifico: M Tavolozza
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
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DALLA FISICA ALLA MEDICINA
Roma, 27 Giugno 2013Responsabili Scientifici: M.D. Falco, A. Soriani
Coordinatore Scientifico: M Tavolozza
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 > 10Per gli Ipofrazionamenti i risultati sono buoni per l’alto numero di UM
per segmento.
conclusioni
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Roma, 27 Giugno 2013Responsabili Scientifici: M.D. Falco, A. Soriani
Coordinatore Scientifico: M Tavolozza
Quali strategie per considerare il MOVIMENTO del
respiro
IGNORARLO
CONTENERLO : BREATH HOLD
BODY FIX
COMPRESSORE
TRACCIARLO : CYBERKNIFE
EXATRACK
4DCT - GATING
Considerare il movimento
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
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Coordinatore Scientifico: M Tavolozza
tumor tracking
4DCTDue approcci comuni per il monitoraggio del respiro
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Coordinatore Scientifico: M Tavolozza
- phase binning:
10 series of images corresponding to 10 phases of respiratory cycle
Four dimensional CT (4D-CT)
Imaging/Target definition
8-10 X
0
50
Il pitch è funzione della frequenza di respiro (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 : pitch
<< 1
L’ acquisizione
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Coordinatore Scientifico: M Tavolozza
Cicli respiratori acquisiti
BRT mediaAmplitudestandard
dev
σ > 0.2
18.8 17.2 0.20 45%
Statistica su 100 pazienti con 4DCT
Senza azioni correttive il 45% dei pazienti NON può fare la 4DTC
Problema : quanto il respiro è regolare ?
Respiration correlated (4-D) CT
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TORINO
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Problema:
Costanza del respiro
ACTIVE BREATHING CONTROL
CONTROLLARE I MOVIMENTI RESPIRATORI
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Coordinatore Scientifico: M Tavolozza
TRAINING RESPIRATORIO
Attivazione
sistema
Il paziente IMPARA a controllare il respiro
rendendolo il più regolare possibile
CTV = GTV
ITV10 phases= ITV derivedfrom contouring of all 10 phases of the 4DCT (CTV1, CTV2…CTV10)
4D-CT scan
Target Definition
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Coordinatore Scientifico: M Tavolozza
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TORINO
Contouring 4D ���� Velocity
Registrazione deformabile
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Coordinatore Scientifico: M Tavolozza
Trasformazione deformabile
Ad ogni voxel è associata una deformazione
Studio A Studio B
Transform
Vector Field
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Coordinatore Scientifico: M Tavolozza
TC riferimento
ITV unione
Registrazione Deformazionabile
Fase 1
Fase 2
(Fase n – average - …..)
Maximumexhale
Geometricalaverageposition
Maximuminhale
Planning Concepts For Breathing
Conventional
free
breathing
Internal
target
volume
Gating or
breath
holding
PTV
GTV
ITV
CTV
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Diminuzione dei margini � volumi
Mid ventilation
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Coordinatore Scientifico: M Tavolozza
Planning Concepts For Breathing
Maximumexhale
Geometricalaverageposition
Maximuminhale
Conventionalfree
breathing
Internaltarget
volume
Gating or
breath
holding
PTV
GTV
ITV
CTVTime-weightedaverageposition
Mid-position
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Coordinatore Scientifico: M Tavolozza
Treatment Process
4D planning CT4D planning CT Mid-ventilationMid-ventilation Treatment planTreatment plan
4D Volume View4D Volume View 4D image reg.4D image reg. Patient shiftPatient shift DeliveryDelivery
PlanningPlanning
TreatmentTreatment
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TORINO
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Coordinatore Scientifico: M Tavolozza
TPS : MONACO ver. 3.2
Calcolo Montecarlo
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI D ORINO
NSCLC 66 Gy
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UNIVERSITA’ DEGLI STUDI D ORINO
Il planning
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- CONE BEAM COMPUTED TOMOGRAPHY -
Synergy®, Elekta
Tubo a raggi X
Detettori a silicio a morfo
Acquisizione immagine
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1° fase: acquisizione planare
2° fase: ricostruzione volumetrica
3° fase: matching e
registrazione degli spostamenti
PROCEDURA D’ACQUISIZIONE E VALUTAZIONE DELLE IMMAGINI CBCT
CON BEAM CT
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4D VolumeView Imaging
Breathingcycle
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Coordinatore Scientifico: M Tavolozza
registrazione
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Patient Shift And Delivery
Margini vs movimento e strategia Riduzione dei margini vs strategia
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Margini vs densità
Mid ventilation + tumor registr.
Margini vs strategia
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Coordinatore Scientifico: M Tavolozza
CONSIDERAZIONI
1) Lo sforzo di seguire il respiro deve portare ad una
riduzione dei margini
2) occorre risolvere il problema della coerenza tra TC
(average – fase n) e mmagine di cone beam ( free
breathing – mid ventilation)
3) sicuramente il GATE della macchina che eroga il
trattamento (beam on in UNA fase respiratoria)
potrà consentire una ulteriore riduzione dei margini.
(problema del dose rate)
4D VolumeView Imaging
Breathingcycle