際際滷

際際滷Share a Scribd company logo

Tomoterapia. Zagadnienia podstawowe

Tomasz Piotrowski
Tomasz Piotrowski

Wstp do Tomoterapii. Przybli甜enie podstawowych zagadnie zwizanych z realizacj leczenia metod tomoterapii spiralnej.

1 of 39
Downloaded 21 times
Tomoterapia Spiralna Tomasz Piotrowski Zakad Fizyki Medycznej Wielkopolskiego Centrum Onkologii oraz Zakad Elektroradiologii Uniwersytetu Medycznego w Poznaniu
? 1990 1996 Siemens Elekta Anders Brahme 1988 Radiother Oncol 12, pp129 pierwsze doniesienia o mo甜liwoci zwikszenia konformalnoci terapii poprzez zastosowanie modulacji intensywnoci dawki Varian
90 - Pierwsza zrealizowana koncepcja IMRT; MIMiC - NOMOS Corporation; - PEACOCK - system odwrotnego planowania wykorzystujcy kolimator wielowistkowy MIMiC; Multileaf Intensity - Pierwszy pacjent leczony w 1994 roku; Modulating - Sekwencyjna tomoterapia; Collimator - 141 instalacji do roku 2003 (dane AAMP)
IMRT (7 wizek, Corvus system) 3D (dwie wizki lateralne) Sekwencyjna tomoterapia (PEACOCK) 3DCRT (5 wizek) Bruce Curran, NOMOS
Bruce Curran, NOMOS
Dlaczego sekwencyjna tomoterapia nie zdominowaa innych rozwiza technologicznych stosowanych w radioterapii ??? Komplikacje zwizane z: - realizacj leczenia (manualny przes坦w stou terapeutycznego); - czasochonnoci; - weryfikacj dozymetryczn; - weryfikacj geometryczn (EPID); - brakiem koncepcji na zaawansowan weryfikacj anatomiczn (pojawiajce si w ofertach innych producent坦w systemy IGRT oparte na metodzie keV/MeV CBCT lub zdj 2D keV); Chocia甜 Koncepcja realizacji RT zaproponowana przez NOMOS bya suszna. IMAT Elekta (Yu, 2002), RapidArc Varian (2008)
Thomas Rockwell Mackie, Tomotherapy
Tomoterapia Spiralna zao甜enia - Nowe podejcie do realizacji IMRT - Integracja systemu - Proste MLC (MIMiC) - Poprawa rozdzielczoci MLC - Zwikszenie liczby wizek - Jedna energia promieniowania X 6MV - Wzrost osonnoci ogranicznik坦w pola - Tomograficzna weryfikacja leczenia
Tomoterapia Spiralna specyfikacja og坦lna - 6 MV Siemens linac - Up to 8 Gy/min @ axis - 85 cm diameter gantry bore - 64 leaves with 6.25 mm resolution @ axis - 5 cm x 40 cm maximum field @ axis - Slice field width from 5 mm to 50 mm @ axis - Minimum beamlet size 5 mm x 6.25 mm @ axis - Xenon CT detectors with per pulse acquisition - 0.25 mm precision CT couch - Leaves 10 cm thick, 95% tungsten alloy - Primary collimator 22 cm thick 95% tungsten alloy Na podstawie: TR Mackie, Tomotherapy 2003
Mo甜liwoci optymalizacyjne Na przykadzie obszaru napromieniania o wielkoci 10 cm x 10 cm x 10 cm IMRT realizowane przy u甜yciu statycznych wizek promieniowania: - Kilka (N) wizek terapeutycznych (od 5 do 9) ka甜da 10 cm x 10 cm - Ka甜da z wizek skada si z beamlet坦w o wielkoci 1 cm x 1 cm Liczba potencjalnych beamlet坦w do wykorzystania: N x 100 (max 900) Tomoterapia sekwencyjna (PEACOCK): - 10 obrot坦w, wok坦 obszaru napromieniania - Ka甜dy z obrot坦w podzielony na 51 r坦wnoodlegych uk坦w (ok 7 st) - Ka甜dy z uk坦w zawiera 10 beamlet坦w Liczba potencjalnych beamlet坦w do wykorzystania: 51 x 10 x 10 = 5100
Mo甜liwoci optymalizacyjne Na przykadzie obszaru napromieniania o wielkoci 10 cm x 10 cm x 10 cm Tomoterapia spiralna: - jak w tomoterapii sekwencyjnej z uwzgldnieniem parametru pitch - Kliniczne wartoci pitch od 0.2 (pi obrot坦w) do 0.5 (dwa obroty) - Biorc pod uwag wizk o szerokoci 1 cm Liczba potencjalnych beamlet坦w do wykorzystania: 5 x 5100 = 25 500 Definicja wsp坦czynnika pitch: The pitch factor is defined as couch movement per rotation in units of the FBT FBT - Fan beam thickness (1 cm, 2.5 cm i 5 cm)
Wizka wachlarzykowa - Szeroko od 5 mm do 50 mm - Brak filtra sto甜kowego: * dedykowany system IMRT, * wiksze nat甜enie w osi centralnej wizki * brak komponenty neutronowej, brak (minimalny) head-scatter * prawie jak CT bowtie filter
Wizka wachlarzykowa 1 cm 40 cm - Twardsze spektrum wzgl Clinac 2100 Kodak XV film (Mackie et al) - Brak utwardzania wiazki poza osi centraln - Profil odmienny ni甜 koncepcja 0-1
MLC - System binarny (0-1) - Otwieranie/zamykanie sterowane systemem opartym na spr甜onym powietrzu - Czas otwarcia 20 ms (rozbie甜noci uwzgldnione w procesie optymalizacji) - 64 listki ka甜dy o nominalnej szerokoci 6.25 mm w izocentrum - Grubo listka 10 cm (95% wolframu) transmisja 0.5% w polu i 0.2% poza polem - Dugo kolimatora 40 cm - 3 szerokoci pola (1, 2.5 5 cm) uzyskiwane dzieki ogranicznikom pola (nie MLC)
MLC Transmisja przez listki w por坦wnaniu z osigami klasycznych akcelerator坦w Dlaczego 6.25 mm? (grubo listka w izocentrum): Shepard et al Med Phys 1999, 26:1212-21 udowodni, 甜e zastosowanie 6 mm zamiast 10 mm szerokoci listk坦w znaczco poprawia jednorodno rozkadu dawek w obszarze napromienianym. Ponadto przedstawi 甜e nie ma zysku klinicznego w przypadku dalszej redukcji szerokoci listk坦w do 2 mm. (Nie m坦wimy tu o rozwizaniach stereotaktycznych) Gowica + ukad kolimujcy pozwalaj na zobrazowanie obszaru o rednicy 40 cm. rednica obszaru terapeutycznego mo甜e wynosi nawet 70 cm.
St坦 - Konstrukcyjnie odpowiednik stou tomograficznego (r坦甜nica paska le甜anka) - Mo甜liwo mocowania komercyjnie dostpnych unieruchomie (Sinmed, MedTec) - Trzy kierunki ruchu (brak rotacji) - Rotacja w paszczy添nie poprzecznej pacjenta redukowana automatycznie poprzez zmian kta startowego napromieniania - Przes坦w stou umo甜liwia realizacj jednorazowego napromieniania polem dugim do 160 cm (pena opcja) (40 x 160 cm). - Precyzja stou w osi CC 0.25 mm
Obrazowanie MV - Konwencjonalny detektor CT (xenon ion chamber) - Energia w trakcie tworzenia skan坦w 3.5 MV - Dawki pochaniane w trakcie obrazowania 0.5 3 cGy - Detektory odgrodzone wolframowymi bonami w celu likwidacji szumu cross-talk (miedzy detektorowego) - Dwojaka funkcja detektor坦w: obrazowanie MVCT przed podaniem dawki terapeutycznej oraz w trakcie napromieniania archiwizowanie informacji o pochonitej dawce w celu jej prezentacji na skanach MVCT Ruchala et al Med Phys 2002;29:2590-605 udowodni: - mo甜liwo detekcji struktur o rednicach 3 cm i r坦甜nicych si kontrastem o 3% (minie-tuszcz) - dla struktur znaczco r坦甜nicych si kontrastem (powietrze-koci) istnieje mo甜liwo detekcji struktur o rednicy 1.2 mm
Obrazowanie MV - MVCT stosowane g坦wnie w trakcie MVCT kVCT kursu RT w celu weryfikacji midzyfrakcyjnych zmian anatomicznych. W wybranych przypadkach mo甜liwo wykorzystania w procesie przygotowania planu leczenia (leczenie paliatywne modu StartRT, artefakty na kVCT i ich brak na MVCT) kVCT MVCT kVCT MVCT
Oprogramowanie: System Planowania - Planowanie odwrotne (dedykowane IMRT) - algorytm Collapsed Cone C/S - 32 procesorowa jednostka obliczeniowa (olbrzymia liczba beamlet坦w) - TERMA (total energy release per unit mass) kalkulacja wstpna (minuty) (szybka, przyblirzona, nie zawierajca penych informacji o rozkadzie dawki) - W trakcie pierwszej kalkulacji dawek tworzony sinogram zawierajcy informacje o interakcji ka甜dego potencjalnego beamletu z orodkiem napromieninym (10 30 min). Kolejne kalkulacje dawek modyfikuj istniejcy sinogram ( < 2 min) - Full beamlet calc kalkulacja pena (godziny, zapuszczana na noc) - Brak problemu odmiennych dawek (przykad helios-eclipse)
Oprogramowanie: Fuzja obraz坦w - Weryfikacja uo甜enia przed rozpoczciem sesji terapeutycznej - Fuzja kVCT-MVCT lub MVCT-MVCT - Automatyczna korekta pozycji w osiach C-C, A-P, M-L oraz korekta rotacji pacjenta wok坦 osi dugiej (C-C) zmieniana jest pozycja startowa 添r坦da. Brak korekcji rotacji wok坦 osi A-P i M-L
Oprogramowanie: Rekonstrukcja dawki - Unikalna metoda oparta na dozymetrii transmisyjnej. - Zbieranie przez detektor informacji dot. nat甜enia promieniowania emitowanego w trakcie sesji RT - Rekonsrukcja dawki na uprzednio utworzonych skanach MVCT lub na skanach u甜ytych w trakcie planowania kVCT - Por坦wnanie dawek pierwotnych (zaplanowanych) z aktualnymi (dostarczonymi w trakcie sesji RT) ze szczeg坦lnym uwzgldnieniem PRV/OAR i obszaru napromieniania. Por坦wnanie izodoz i histogramowe. - Mo甜liwo reoptymalizacji planu leczenia z uwzgldnieniem zaistniaych rozbie甜noci pomidzy dawami.
Proces
Weryfikacja dawki po zastosowanych przesuniciach
Rekonstrukcja dawki
Uwzgldnienie informacji o deformacji krzywoliniowej
Reoprymalizacja przesunicie o 3 woksele (0.54 cm) przed leczeniem r坦甜nica dawek przed i po przesuniciu dawka podana dawka bez uzupeniajca uwzgldnienia przesunicia
Reoprymalizacja
Przypadki kliniczne o 馨坦噛乙owo-rdzeniowa
Przypadki kliniczne TMI Klasyczny TBI HT TMI
Przypadki kliniczne scalp
Przypadki kliniczne gowa i szyja
Przypadki kliniczne rdze krgowy, re-treatment
Przypadki kliniczne 馨坦噛乙
Przypadki kliniczne rak piersi Helical tomotherapy Direct tomotherapy (nowa opcja)
Przypadki kliniczne rak stercza
Przypadki kliniczne rak odbytu
Przypadki kliniczne anal adenocarcinoma Helical tomotherapy Step and shot IMRT
Przypadki kliniczne - 敬岳姻看恢温
Przypadki kliniczne rak puca

More Related Content

Tomoterapia. Zagadnienia podstawowe

  • 1. Tomoterapia Spiralna Tomasz Piotrowski Zakad Fizyki Medycznej Wielkopolskiego Centrum Onkologii oraz Zakad Elektroradiologii Uniwersytetu Medycznego w Poznaniu
  • 2. ? 1990 1996 Siemens Elekta Anders Brahme 1988 Radiother Oncol 12, pp129 pierwsze doniesienia o mo甜liwoci zwikszenia konformalnoci terapii poprzez zastosowanie modulacji intensywnoci dawki Varian
  • 3. 90 - Pierwsza zrealizowana koncepcja IMRT; MIMiC - NOMOS Corporation; - PEACOCK - system odwrotnego planowania wykorzystujcy kolimator wielowistkowy MIMiC; Multileaf Intensity - Pierwszy pacjent leczony w 1994 roku; Modulating - Sekwencyjna tomoterapia; Collimator - 141 instalacji do roku 2003 (dane AAMP)
  • 4. IMRT (7 wizek, Corvus system) 3D (dwie wizki lateralne) Sekwencyjna tomoterapia (PEACOCK) 3DCRT (5 wizek) Bruce Curran, NOMOS
  • 6. Dlaczego sekwencyjna tomoterapia nie zdominowaa innych rozwiza technologicznych stosowanych w radioterapii ??? Komplikacje zwizane z: - realizacj leczenia (manualny przes坦w stou terapeutycznego); - czasochonnoci; - weryfikacj dozymetryczn; - weryfikacj geometryczn (EPID); - brakiem koncepcji na zaawansowan weryfikacj anatomiczn (pojawiajce si w ofertach innych producent坦w systemy IGRT oparte na metodzie keV/MeV CBCT lub zdj 2D keV); Chocia甜 Koncepcja realizacji RT zaproponowana przez NOMOS bya suszna. IMAT Elekta (Yu, 2002), RapidArc Varian (2008)
  • 8. Tomoterapia Spiralna zao甜enia - Nowe podejcie do realizacji IMRT - Integracja systemu - Proste MLC (MIMiC) - Poprawa rozdzielczoci MLC - Zwikszenie liczby wizek - Jedna energia promieniowania X 6MV - Wzrost osonnoci ogranicznik坦w pola - Tomograficzna weryfikacja leczenia
  • 9. Tomoterapia Spiralna specyfikacja og坦lna - 6 MV Siemens linac - Up to 8 Gy/min @ axis - 85 cm diameter gantry bore - 64 leaves with 6.25 mm resolution @ axis - 5 cm x 40 cm maximum field @ axis - Slice field width from 5 mm to 50 mm @ axis - Minimum beamlet size 5 mm x 6.25 mm @ axis - Xenon CT detectors with per pulse acquisition - 0.25 mm precision CT couch - Leaves 10 cm thick, 95% tungsten alloy - Primary collimator 22 cm thick 95% tungsten alloy Na podstawie: TR Mackie, Tomotherapy 2003
  • 10. Mo甜liwoci optymalizacyjne Na przykadzie obszaru napromieniania o wielkoci 10 cm x 10 cm x 10 cm IMRT realizowane przy u甜yciu statycznych wizek promieniowania: - Kilka (N) wizek terapeutycznych (od 5 do 9) ka甜da 10 cm x 10 cm - Ka甜da z wizek skada si z beamlet坦w o wielkoci 1 cm x 1 cm Liczba potencjalnych beamlet坦w do wykorzystania: N x 100 (max 900) Tomoterapia sekwencyjna (PEACOCK): - 10 obrot坦w, wok坦 obszaru napromieniania - Ka甜dy z obrot坦w podzielony na 51 r坦wnoodlegych uk坦w (ok 7 st) - Ka甜dy z uk坦w zawiera 10 beamlet坦w Liczba potencjalnych beamlet坦w do wykorzystania: 51 x 10 x 10 = 5100
  • 11. Mo甜liwoci optymalizacyjne Na przykadzie obszaru napromieniania o wielkoci 10 cm x 10 cm x 10 cm Tomoterapia spiralna: - jak w tomoterapii sekwencyjnej z uwzgldnieniem parametru pitch - Kliniczne wartoci pitch od 0.2 (pi obrot坦w) do 0.5 (dwa obroty) - Biorc pod uwag wizk o szerokoci 1 cm Liczba potencjalnych beamlet坦w do wykorzystania: 5 x 5100 = 25 500 Definicja wsp坦czynnika pitch: The pitch factor is defined as couch movement per rotation in units of the FBT FBT - Fan beam thickness (1 cm, 2.5 cm i 5 cm)
  • 12. Wizka wachlarzykowa - Szeroko od 5 mm do 50 mm - Brak filtra sto甜kowego: * dedykowany system IMRT, * wiksze nat甜enie w osi centralnej wizki * brak komponenty neutronowej, brak (minimalny) head-scatter * prawie jak CT bowtie filter
  • 13. Wizka wachlarzykowa 1 cm 40 cm - Twardsze spektrum wzgl Clinac 2100 Kodak XV film (Mackie et al) - Brak utwardzania wiazki poza osi centraln - Profil odmienny ni甜 koncepcja 0-1
  • 14. MLC - System binarny (0-1) - Otwieranie/zamykanie sterowane systemem opartym na spr甜onym powietrzu - Czas otwarcia 20 ms (rozbie甜noci uwzgldnione w procesie optymalizacji) - 64 listki ka甜dy o nominalnej szerokoci 6.25 mm w izocentrum - Grubo listka 10 cm (95% wolframu) transmisja 0.5% w polu i 0.2% poza polem - Dugo kolimatora 40 cm - 3 szerokoci pola (1, 2.5 5 cm) uzyskiwane dzieki ogranicznikom pola (nie MLC)
  • 15. MLC Transmisja przez listki w por坦wnaniu z osigami klasycznych akcelerator坦w Dlaczego 6.25 mm? (grubo listka w izocentrum): Shepard et al Med Phys 1999, 26:1212-21 udowodni, 甜e zastosowanie 6 mm zamiast 10 mm szerokoci listk坦w znaczco poprawia jednorodno rozkadu dawek w obszarze napromienianym. Ponadto przedstawi 甜e nie ma zysku klinicznego w przypadku dalszej redukcji szerokoci listk坦w do 2 mm. (Nie m坦wimy tu o rozwizaniach stereotaktycznych) Gowica + ukad kolimujcy pozwalaj na zobrazowanie obszaru o rednicy 40 cm. rednica obszaru terapeutycznego mo甜e wynosi nawet 70 cm.
  • 16. St坦 - Konstrukcyjnie odpowiednik stou tomograficznego (r坦甜nica paska le甜anka) - Mo甜liwo mocowania komercyjnie dostpnych unieruchomie (Sinmed, MedTec) - Trzy kierunki ruchu (brak rotacji) - Rotacja w paszczy添nie poprzecznej pacjenta redukowana automatycznie poprzez zmian kta startowego napromieniania - Przes坦w stou umo甜liwia realizacj jednorazowego napromieniania polem dugim do 160 cm (pena opcja) (40 x 160 cm). - Precyzja stou w osi CC 0.25 mm
  • 17. Obrazowanie MV - Konwencjonalny detektor CT (xenon ion chamber) - Energia w trakcie tworzenia skan坦w 3.5 MV - Dawki pochaniane w trakcie obrazowania 0.5 3 cGy - Detektory odgrodzone wolframowymi bonami w celu likwidacji szumu cross-talk (miedzy detektorowego) - Dwojaka funkcja detektor坦w: obrazowanie MVCT przed podaniem dawki terapeutycznej oraz w trakcie napromieniania archiwizowanie informacji o pochonitej dawce w celu jej prezentacji na skanach MVCT Ruchala et al Med Phys 2002;29:2590-605 udowodni: - mo甜liwo detekcji struktur o rednicach 3 cm i r坦甜nicych si kontrastem o 3% (minie-tuszcz) - dla struktur znaczco r坦甜nicych si kontrastem (powietrze-koci) istnieje mo甜liwo detekcji struktur o rednicy 1.2 mm
  • 18. Obrazowanie MV - MVCT stosowane g坦wnie w trakcie MVCT kVCT kursu RT w celu weryfikacji midzyfrakcyjnych zmian anatomicznych. W wybranych przypadkach mo甜liwo wykorzystania w procesie przygotowania planu leczenia (leczenie paliatywne modu StartRT, artefakty na kVCT i ich brak na MVCT) kVCT MVCT kVCT MVCT
  • 19. Oprogramowanie: System Planowania - Planowanie odwrotne (dedykowane IMRT) - algorytm Collapsed Cone C/S - 32 procesorowa jednostka obliczeniowa (olbrzymia liczba beamlet坦w) - TERMA (total energy release per unit mass) kalkulacja wstpna (minuty) (szybka, przyblirzona, nie zawierajca penych informacji o rozkadzie dawki) - W trakcie pierwszej kalkulacji dawek tworzony sinogram zawierajcy informacje o interakcji ka甜dego potencjalnego beamletu z orodkiem napromieninym (10 30 min). Kolejne kalkulacje dawek modyfikuj istniejcy sinogram ( < 2 min) - Full beamlet calc kalkulacja pena (godziny, zapuszczana na noc) - Brak problemu odmiennych dawek (przykad helios-eclipse)
  • 20. Oprogramowanie: Fuzja obraz坦w - Weryfikacja uo甜enia przed rozpoczciem sesji terapeutycznej - Fuzja kVCT-MVCT lub MVCT-MVCT - Automatyczna korekta pozycji w osiach C-C, A-P, M-L oraz korekta rotacji pacjenta wok坦 osi dugiej (C-C) zmieniana jest pozycja startowa 添r坦da. Brak korekcji rotacji wok坦 osi A-P i M-L
  • 21. Oprogramowanie: Rekonstrukcja dawki - Unikalna metoda oparta na dozymetrii transmisyjnej. - Zbieranie przez detektor informacji dot. nat甜enia promieniowania emitowanego w trakcie sesji RT - Rekonsrukcja dawki na uprzednio utworzonych skanach MVCT lub na skanach u甜ytych w trakcie planowania kVCT - Por坦wnanie dawek pierwotnych (zaplanowanych) z aktualnymi (dostarczonymi w trakcie sesji RT) ze szczeg坦lnym uwzgldnieniem PRV/OAR i obszaru napromieniania. Por坦wnanie izodoz i histogramowe. - Mo甜liwo reoptymalizacji planu leczenia z uwzgldnieniem zaistniaych rozbie甜noci pomidzy dawami.
  • 23. Weryfikacja dawki po zastosowanych przesuniciach
  • 25. Uwzgldnienie informacji o deformacji krzywoliniowej
  • 26. Reoprymalizacja przesunicie o 3 woksele (0.54 cm) przed leczeniem r坦甜nica dawek przed i po przesuniciu dawka podana dawka bez uzupeniajca uwzgldnienia przesunicia
  • 28. Przypadki kliniczne o 馨坦噛乙owo-rdzeniowa
  • 29. Przypadki kliniczne TMI Klasyczny TBI HT TMI
  • 31. Przypadki kliniczne gowa i szyja
  • 32. Przypadki kliniczne rdze krgowy, re-treatment
  • 33. Przypadki kliniczne 馨坦噛乙
  • 34. Przypadki kliniczne rak piersi Helical tomotherapy Direct tomotherapy (nowa opcja)
  • 35. Przypadki kliniczne rak stercza
  • 36. Przypadki kliniczne rak odbytu
  • 37. Przypadki kliniczne anal adenocarcinoma Helical tomotherapy Step and shot IMRT
  • 38. Przypadki kliniczne - 敬岳姻看恢温