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PRINCIPI FISICI DELL’ADROTERAPIA (1)

M. Ciocca

Unità di Fisica Medica, Fondazione CNAO, PV

Aspetti di fisica medica

L’adroterapia nel contesto della moderna radioterapia

Sistemi passivi e attivi di dose delivery

Ottimizzazione e robustezza dei piani di trattamento

Incertezze in adroterapia

Descrizione del Sistema di Dose Delivery CNAO (S. Giordanengo, INFN-TO)

Parte II: Dosimetria e QA dei fasci a scansione (S. Molinelli)

La moderna radioterapia: dalle semplici tecniche

conformazionali 2-D…

… a complesse strategie 3-D di conformazione della dose e verifica del set-up (IGRT)

IMRT, MLC dinamici, DVH, TPS con inverse planning, …

Helical Tomotherapy Unit

Robotic Cyberknife Unit

Vero Unit con sistemi IGRT integrati (real-time OTS, dual kV imager, CBCT)

ioni carbonio 115 MeV/u

ioni carbonio 400 MeV/u

Protoni 121 MeV/u

Coda frammentazione nucl.

L’adroterapia: metodica ai primi passi?

• proposto uso protoni per RT già nel 1946 (Wilson, Harvard)

• 1° pz trattato con protoni nel 1954 (sinora > 100000 pz)

• oltre 1300 pz. trattati con ioni elio etc., Berkeley (1977-1992)

• numerosi trials clinici con neutroni veloci negli anni 70-80 (effetti tardivi inaccettabili)

• dal 1994, oltre 6500 pazienti trattati con ioni carbonio (NIRS Chiba, GSI)

Modalità PASSIVA di beam delivery

1. Allargamento trasversale del fascio

2. Modulazione energia (SOBP)

1° Diffusore

3000 mm

2° Diffusore + stopper

CollimatoreΦ = 35 mm

Modulatore

Range Shifter

Camere Monitor a trasmissione

Collimatore finale personalizzato

Isocentro

300 mm

Catana, LNS-INFN (L. Raffaele)

Fasci a scansione

3-D active scanning (pencil beam scanning): massima versatilità

OTTIMIZZAZIONE E ROBUSTEZZA DEI PIANI DI TRATTAMENTO

IN ADROTERAPIA

• Strategia SFUD, single field uniform dose: ottimizzazione individuale dei fasci (dose omogenea nel PTV da ciascun fascio) • IMPT (intensity-modulated particle therapy, T. Lomax 1999, PSI): “...a number of individually inhomogeneous (in dose) fields are calculated in such a way that, when combined, these fields deliver a homogeneous and conformal dose to the PTV, while reducing dose to selected OARs.”

Principali fonti di incertezza in adroterapia

range delle particelle set-up paziente e movimento d’organo calcolo della dose da parte del TPS dose delivery RBE

PENCIL BEAM SCANNING: - >> sensibilità al movimento d’organo (respiro pz) - tecniche di mitigazione: rescanning, gating, DIBH, tracking on-line (PSI, HIT-DKFZ Heidelberg)

(Bert C. et al, GSI, PMB 2008)

Requisito: ∼ invarianza della distribuzione di dose a variazioni nell’anatomia del paziente!!!

Come ottenere un piano robusto (oltre che col buon senso…)?

Valutazione off-line

Dosimetria in vivo