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Divisione di Radioterapia - Direzione Universitaria

Prof. Enza Barbieri 1Divisione di Radioterapia - Direzione Universitaria

Prof. Enza Barbieri 1

Moderne tecniche radioterapiche

INTENISITY MODULATED

RADIATION THERAPY (IMRT)

Luci e ombre




Sofisticato sistema per piani di trattamento dotato di due fondamentali caratteristiche:

Conforma la dose prescritta su un volume bersaglio (3D-CRT)

L’intensità di dose prescritta all’interno del volume bersaglio è VOLUTAMENTE DISOMOGENEA

Intensity Modulated dose profile

IMRT: Definizione

Si ottiene in questo modo una personalizzazione della distribuzione di dose ai volumi di interesse utilizzando collimatori multilamellari per

creare fasci di radiazioni a intensità non uniforme.




IMRT: Quando è indicata

Target di forma irregolare posti in prossimità di strutture criticheQuando, in particolare, le strutture critiche sono situate in concavità della superficie del targetI margini fra target e organi critici sono “molto stretti”E’ richiesta una dose escalation oltre i valori consentiti con tecniche 3D standardPer somministrare simultaneamente un sovradosaggio ( SIB : Simultaneous Integrated Boost o SMART : Simultaneous Modulated Accelerated Radiation Therapy)In caso di reirradiazione con ridotta tolleranza dei tessuti sani limitrofi




Due modalità tecniche di esecuzionedella pianificazione IMRT

INVERSE PLANNING

FORWARD PLANNING




FORWARD PLANNING

La modalità di irradiazione (n° e direzione dei fasci e dei segmenti, filtri ecc…) viene definita MANUALMENTE dal fisico attraverso tentativi successivi fino a quando la distribuzione di dose non risulta ottimale.L’assegnazione dei pesi corrispondenti ad ogni segmento avviene a posteriori




FORWARD PLANNING

CLASS SOLUTIONS: criteri standardizzati di ottimizzazione del piano di trattamento (soluzione generica).Ciascuna “class solution” può essere utilizzata per pazienti con la stessa patologia e lo stesso stadio di malattia




Gli obiettivi clinici sono tradotti matematicamente in forma di “constraints” e di “priorità” o “costo” o “score”.Il computer cerca di OTTIMIZZARE

AUTOMATICAMENTE il piano proponendo la modalitàdi irradiazione che più si avvicina alla soluzione richiesta

INVERSE PLANNING




CON GANTRY FISSOLa direzione del fascio è costante durante la modulazione di fluenzaCON GANTRY IN ROTAZIONEIl gantry si muove durante la irradiazione mentre avviene la modulazione dell’intensità del fascioPENCIL BEAMLa modulazione viene ottenuta pesando diversamente l’intensità di piccoli fascetti elementari

IMRT: Modalità di erogazione

�Acceleratori lineari dotati di collimatori multilamellari

�Apparecchiature dedicate




CON GANTRY FISSO


Modalità statica che realizza la modulazione erogando una sequenza di campi multipli statici, ognuno con fluenza uniforme, con il fascio spento nelle fasi di passaggio tra due differenti configurazioni del MLC (segmenti di modulazione).

STEP AND SHOOT




3. MLC field Set-Up

2. MLC field Set-Up

1. MLC field Set-Up

Step & Shoot IMRT1/3

Dose

1/3

Dose

1/3

Dose

Total Resulting Dose

2/3 Dose




CON GANTRY IN ROTAZIONE


Modalità dinamica in cui il fascio non viene mai spento durante il movimento delle lamelle. Variando la distanza tra ogni coppia di lamelle e la velocità di scorrimento delle stesse si varia l’intensità di dose fornita in ogni punto del campo di trattamento.

SLIDING WINDOW




TECNICHE CON GANTRY IN ROTAZIONE


Tomoterapia serialePrima tecnica IMRT ad arco sviluppata e impiegata clinicamente. Utilizza un collimatore multilamellarebinario, installabile su un acceleratore convenzionale. Il gantry ruotando una o più volte intorno al paziente irradia una sottile sezione dello stesso, mentre il lettino di trattamento rimane fisso durante l’irradiazione. Il lettino viene poi traslato longitudinalmente per trattare la successiva sezione contigua del paziente fino a coprire l’intero volume di interesse.





Tomoterapia elicoidaleprevede che il lettino venga traslato in modo continuo durante il procedere dell’irradiazione di un fascio sottile (fan beam). La irradiazione avviene pertanto mediante una geometria elicoidale. La tecnica èrealizzata con apparecchio dedicato ( Tomotherapy: acceleratore compatto da 6MV la cui testata ruota all’interno di un gantry simile a quello di una tomografia computerizzata. Un collimatore primario definisce l’ampiezza del fan beam nella direzione cranio-caudale, mentre la modulazione viene effettuata da un MLC binario ).






IMAT (Intensity Modulated Arc Therapy)Realizzabile con un acceleratore lineare dotato di MLC dinamico. La forma del campo radiante definita dal MLC varia con continuità durante la rotazione del gantry al fine ottimizzare la distribuzione di dose. La modulazione di intensitàè ottenuta con archi pesati in modo diverso ognuno dei quali presenta un proprio set di configurazioni delle lamelle.





PENCIL BEAM


include quelle tecniche IMRT in cui la modulazione non èeffettuata mediante sistemi meccanici, ma direttamente mediante la sovrapposizione di piccoli fasci o pencil beam. Una tecnica a pencil beam attualmente disponibile per l’utilizzo clinico è il sistema Cyberknife costituito da un acceleratore compatto e leggero con una radiazione di fotoni di energia di 6MV, montato su un braccio robotico a 6 gradi di libertà. Il lettino è in grado di muoversi sia nelle tre direzioni di traslazione che nelle tre di rotazione.




Il Simultaneous Integrated Boost è una modalità di IMRT che consente di rilasciare dosi diverse a volumi diversi con un unico piano di cura e durante la stessa seduta di trattamento. La somministrazione del boost integrato viene di norma realizzata attraverso un incremento della dose frazione sul volume macroscopico di malattia ( GTV Gross TumorVolume), mentre i volumi irradiati in precauzione ricevono una dose giornaliera convenzionale. Il numero complessivo delle frazioni è ridotto in relazione all’aumento della dose/frazione. Si tratta quindi di unfrazionamento accelerato, definito anche SMART.


SIB o SMART




Il vantaggio radiobiologico della SMART risiede nella maggior efficacia dell’alta dose frazione e nella riduzione del tempo globale di terapia, che contrasta il ripopolamento cellulare tipico dei tumori a rapida crescita.Benché il SIB venga spesso identificato con l’accelerazione del trattamento e la dose/fraction escalation, può anche essere applicato con uno schema di irradiazione del GTV a frazionamento convenzionale, il che comporta una riduzione della dose giornaliera sui volumi precauzionali


SIB o SMART




Più alta dose per frazione Accelerazioneimpongono di stimare , oltre alla distribuzione della dose fisica, l’equivalente “dose biologica” sulla base del modello Lineare-Quadratico e dei valori dei suoi parametri (rapporto α/β, tempo di raddoppiamento del tumore,ecc.). conseguenze indesideratenel caso si utilizzi lo schema accelerato possibile effetto dannoso legato alle alte dosi per tessuti sani inclusi nel volume boost e, nel caso si utilizzi il frazionamento convenzionale per il GTV, possibile scarsa efficacia tumoricida delle basse dosi per frazione somministrate a titolo precauzionale.


SIB o SMART




IMRT: luci e ombre

� alta conformazione della dose� risparmio organi critici;� possibilità di dose escalation;� possibilità di SIB;� possibilità di ipofrazionamento;� possibilità di re-irradiazione

� Tumor missing� maggiore quota di tessuti sani

esposta a basse dosi

LUCI

OMBRE




La presenza di forti gradienti di dose e l’impiego di fasci incidenti non uniformi, specie se generati con modalitàdinamiche, rendono infatti il trattamento particolarmente suscettibile alle variazioni di posizione intra-fractionsoprattutto nel trattamento di lesioni poste in organi soggetti a movimento per la escursione respiratoria o a spostamenti indotti da organi adiacenti

� TUMOR MISSING

IGRT




L’effetto radiobiologico dell’incremento di volume tessutale esposto alle basse dosi e a gradienti di dose è ancora poco noto, ma non si può escludere che, soprattutto nei soggetti giovani e nei lungosopravviventi, possa condurre ad un incremento di incidenza di neopalsie radioindotte.

� ESPOSIZIONE A BASSE DOSI

Non maturi i dati a lungo termine




IMRT: patologie più studiate

� Riduzione tossicità parotidea � dose escalation con potenziale incremento del

controllo locale� esposizione contemporanea di volumi multipli a dosi

differenziali in funzione del rischio

� Volumi di forma complessa� Affidabile immobilizzazione� Relativa ipomobilità delle strutture anatomiche� Incertezze geometriche meno problematiche

rispetto ad altri distretti

caratteristiche

obiettivi

Neoplasie cervico-cefaliche





� Riduzione tossicità rettale e vescicale � dose escalation per forme a rischio intermedio e alto� Possibilità di irradiazione dei linfonodi pelvici confrazionamento convenzionale e ipofrazionamento sulla ghiandola

� Volume concavo� Movimento della ghiandola indotta dagli

organi limitrofi � Incertezze geometriche � Necessità di adozione di dispositivi di IGRT

caratteristiche

obiettivi

Neoplasie prostatiche





� Riduzione tossicità cardiaca e polmonare in particolari situazioni anatomiche

� Potenziale miglioramento della cosmesi per più omogeneadistribuzuione di dose in mammelle voluminose

� Possibilità di irradiazione contemporanea, quando indicata,delle stazioni linfonodali ( in particolare: mammarie interne )

� Estrema variabilità del volume della ghiandola� Particolari situazioni anatomiche tipo pectus excavatum� Necessità di adozione di sistemi di controllo del respiro

caratteristiche

obiettivi

Neoplasie mammarie





� Possibilità di erogare le alte dosi ingenere richieste da patologie tipo sarcomi e cordomi superando il limite di dose imposto dal midollo

� Volumi di forma concava per eccellenza� Stretta contiguità con il midollo

caratteristiche

obiettivi

Neoplasie paraspinali




Rapporti ISTISAN 08/12





Mandatoria dosimetria personalizzata al singolo paziente




PROGETTO IMRT - POLICLINICO S.ORSOLA-MALPIGHI

Caratteristiche fisiche:

•Tecnica step and shoot

•Inverse planning

Caratteristiche cliniche:

•Neoplasie del rino e orofaringe non operate

•Concomitant boost




INVERSE PLANNINGDUE NECESSITÀ

CONSTRAINTS

Constraints OAR-Midollo spinale 45Gy

-Mandibola 70Gy

-Parotidi 20 cc vol < 20 Gy

Constraints PTV-Non più 20% PTV > 110% dose prescr.

-Non più 1% PTV < 93% dose prescr.

PRIORITA’

1) Limiti dose OAR critici

2) Rispetto prescr. dose

3) Rispetto gh. salivari

4) Rispetto altri OAR




BOOST SIMULTANEO

OROFARINGE

PTV66 (CTV66+5mm): 66Gy, 2.2Gy x 30 frazioniPTV60 (CTV60+5mm): 60Gy, 2Gy x 30 frazioniPTV54 (CTV54+5mm): 54Gy, 1.8Gy x 30 frazioni

RINOFARINGE

PTV70 (CTV70+5mm): 70Gy, 2.12Gy x 33 frazioni

PTV59.4 (CTV59.4+5mm): 59.4Gy, 1.8Gy x 33 frazioni

PTV50.4 (CTV50.4+5mm): 50.4Gy, 1.8Gy x 28 frazioni




-Sistemi di immobilizzazione: maschera a 5 punti-TC-PET : dai seni frontali fino alla biforcazione tracheale

DEFINIZIONI VOLUMI RINOFARINGE

GTV: aree macroscopiche di malattia (T ed N)

CTV70: GTV+5mmRinofaringeClivo, base cranica

CTV59.4 Fossa pterigoideaSpazio parafaringeo, parte inf. Seno sfenoidaleterzo post. Cavità nasale+Seni mascellariLN retrofar, II, III, V alto, IB se N+

Retrofaringei

CTV50.4: LN a basso rischio (IV e V basso)

Requisiti per il piano di trattamento





GTVCT GTVPETPTV66

PTV60




Organi a rischio CRITICI : -Tronco encefalico (1mm espansione)-Midollo spinale (5mm espansione)-Nervo ottico, Chiasma ottico (1mm esp) - Mandibola, art. Temp-mand-Lobi temporali

Organi a rischio: -Orecchio medio+int, Lingua, Occhi-Cristallino, Cervello- Gh. Parotidi, Pituitaria, Laringe glottica

Pianificazione del trattamento

PTV70 (CTV70+5mm): 70Gy, 2.12Gy x 33 frazioniPTV59.4 (CTV59.4+5mm): 59.4Gy, 1.8Gy x 33 frazioniPTV50.4 (CTV50.4+5mm): 50.4Gy, 1.8Gy x 28 frazioni





CRITICI-Tronco Encefalico, n. ottici, chiasma 54Gy -Midollo spinale 45Gy -Mandibola, art temp-mand 70Gy-Lobi temporali 60Gy -Tess. Non spec ≤110% dose prescritta PTV70 Organi a rischio-Orecchio int/medio 50Gy-Lingua 55Gy-Laringe glottico 45Gy-Occhi 35Gy

Dose Media ≤ 26Gy (Vol 1 ghian) o-Gh. Parotidi 20cc Vol tot < 20Gy o

50% Vol 1 gh <30Gy

Dosi max agli organi a rischio




Apparecchio: ONCOR

Energia: 6 MV

N° campi: 7

N° segmenti: 70

Area minima/seg: 4 cm2

MU minime/seg: 3

0° 55°

110°

165°195°

250°

305°

PIANIFICAZIONE INVERSA

IMRT Definizione dei fasci




IMRT

IMRT Tempi di attività fisico-dosimetrica (1)

DAL MOMENTO IN CUI IL MEDICO RADIOTERAPISTA CONSEGN A LA SEGMENTAZIONE:

l’operatore di fisica sanitaria

�determina nuove regioni intorno ai PTV e agli OAR i n base alle “strategie dosimetriche” dettate dalla pianificazion e inversa;

� effettua il piano di trattamento con tps pinnacle 3 secondo la modalità “inverse planning”;

�illustra al medico radioterapista i risultati dosim etrici ottenuti con la pianificazione ed effettua eventuali modifiche i n base alle osservazioni cliniche del radioterapista;

�il medico radioterapista approva il piano di tratta mento IMRT nel rispetto dei vincoli agli organi a rischio e delle dosi prescritta.

IMRT Tempi di attività fisico-dosimetrica (1)

l’operatore di fisica sanitaria

� attiva in pinnacle l’opzione “copy to phantom” che per mette di traslare il trattamento del paziente in un fantoccio solido pia no precostituito e gia’ registrato in pinnacle.

�pone tutti i campi di trattamento con campo a 0°.

�calcola in pinnacle, per ogni singolo campo, la dis tribuzione della dose in un piano perpendicolare all’asse del fascio di rotazio ne posto a profondita’ di 5 cm.

�determina sperimentalmente la distribuzione di dose in fantoccio solido con rivelatori 2d (2d array) adottando la geometria di r iferimento.

�confronta la matrice di dose calcolata in pinnacle e la matrice di dose misurata (per lo stesso campo e nelle stesse condizioni geom etriche di riferimento) mediante software verisoft (ptw)

�se il suddetto confronto supera il test di accettab ilita’ secondo i criteri di verifica adottati, avvisa il medico radioterapista della pos sibilita’ di esecuzione del trattamento imrt e invia all’acceleratore oncor in r& v i dati tecnici del trattamento

Solid phantom

2D Array

Planar dose mapIM beam

PER OGNI PAZIENTE !!! (E PER OGNI CAMPO)

VERIFICA SPERIMENTALE PIANO DI TRATTAMENTO

IMRT Verifica dosimetrica personalizzataIMRT Verifica dosimetrica personalizzata

Confronto dati calcolati / misurati

Funzione γ( 3% - 3 mm)

IMRT Verifica dosimetrica personalizzataIMRT Verifica dosimetrica personalizzata

Funzione γ : γ : γ : γ : Accordo fra dose calcolata e misurata

IMRT Tempi macchina

PER IL TRATTAMENTO:

7 CAMPI, 70 SEGMENTI

OCCUPANO 2 SPAZI LINAC ONCOR

PER LA VERIFICA DOSIMETRICA:

ALMENO 2 ORE/paziente

PER I CQ SU LINAC ONCOR:

ALMENO 2 ORE/settimana




•Criteri di eleggibilitàPz operati per neoplasie dell’ oro-ipofaringe con indicazione ad untrattamento radiante

esterno adiuvante

IMRT POST-OPERATORIA Oro-ipofaringe

•Criteri di esclusione-Metastasi a distanza -RTE precedente per T

testa-collo

PROGETTO IMRT - POLICLINICO S.ORSOLA-MALPIGHI




Sostituisce precedente RT conformazionale

Apparecchio: PRIMUS1, PRIMUS2, ONCOR

Energia: 6 MV

N° campi: 4/6

N° segmenti: fino a 9/10

PIANIFICAZIONE DIRETTA

TECNICA DEGLI EMICAMPI




-Sistemi di immobilizzazione: maschera a 5 punti-TC-PET o TC: dai seni frontali fino alla biforcazione tracheale

DEFINIZIONE DEI VOLUMI

GTV: aree macroscopiche di malattia (T ed N) preinterventoCTV 59.4: T + LNF positivi ( CONCOMITANT BOOST)CTV 50: LNF a rischio di metastasi ( tutti i lnf dal I-VI livello bilateralmente)PTV : 5 mm di espansione isotropica attorno al CTV (modificare manualmente in prossimità dell’ osso e dell’ aria)

Pianificazione del trattamento

PTV 59.4 (CTV59.4+5mm): 59.4 Gy, 2.2Gy x 27 frazioniPTV 50 (CTV50+5mm): 50 Gy, 1.8Gy x 27 frazioni





Apparecchio: ONCOR

Energia: 6 MV

N° campi: 5

N° segmenti: 30

Area minima/seg: 9 cm2

MU minime/seg: 5

72°

144°195°

PIANIFICAZIONE INVERSA

IMRT postoperatoria Definizione dei fasci

216°

288°

0°

72°

144°

IMRT postoperatoria IMRT postoperatoria

Verifica Dosimetrica PersonalizzataVerifica Dosimetrica PersonalizzataEFFETTUATA PER I PRIMI 10 PAZIENTI

� TUTTE LE VERIFICHE SONO ENTRO I LIMITI DI ACCETTABILITA ’

� SI RICHIEDE UNA MINOR COMPLESSITA’ DELLA MODULAZIONE D’INTENSITA ’

NON NECESSARIA VERIFICA DOSIMETRICA PERSONALIZZATA

MA

SPECIFICI CQ SU LINAC ONCOR

MLCLINEARITA’ ALLE

BASSE DOSI




IMRT semplificata




Catena di procedure effettuate da una serie di operatori diversi

Aumento del numero e dellavarietà delle apparecchiature coinvolte nel processo radioterapico

Aumento della complessità� delle apparecchiature � delle procedure

Aumento del numero di informazioni che devono essere trasmesse tra le apparecchiature e tra le persone

Esigenze specifiche della radioterapia moderna

Criticitàdelle potenzialiconseguenze di

omissioni e inesattezze

Incremento numero di dati di trattamento negli ultimi 5 anni.o Tecnica box 28-30o Conformazionale 90-95o IMRT > 450

Il collegamento inrete di tutto il processo

non è un lusso ma èuna necessità

IMRT: Risorse necessarie




�Contornamento target, sue frazioni in funzione delle diverse dosi prescritte e organi critici ( eventuale necessità di accesso a imagingaggiuntivi rispetto alla TC quali TC-Pet e RMN)

�Elaborazione di un trattamento con “inverse treatment planning” e verifiche dosimetriche personalizzate

�Esecuzione quotidiana del trattamento (dipendente dalla complessità del trattamento e conseguentemete dalla entità di movimento dei collimatori lamellari).

Tempi mediani di utilizzo di risorse umane e strumentali aumentati da 4 a 10 volte rispetto ai trattamenti conformazionali 3D standard

Personale medico

Personale fisicasanitaria

Occupazione postomacchina

e personale tecnico

IMRT: Risorse necessarie

“Accelerati”

Aggiornamento

&

Formazione

Continui




Grazie per l’attenzione

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