dosimetria con sistemi epid: dal 1d al 3d · superiore di sanità è al lavoro per la stesura di...
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DOSIMETRIA CON SISTEMI EPID:
DAL 1D AL 3D
Prof. Angelo Piermattei
Istituto di Fisica e UOC Fisica Sanitaria
Università Cattolica S. Cuore - Roma
AIFM 2007
Dosimetria in vivo mediante EPID: attività nazionali ed internazionali.
AIFM 2009
Risultati preliminari di una procedura generalizzata per tutti i linac.
AIFM 2011
Le ricerche condotte sul tema dosimetria in vivo hanno portato al
riconoscimento di un progetto finanziato per tre anni da parte
dell’INFN-MED.
INFN-MED è una sezione del gruppo V dell’Istituto
Nazionale di Fisica Nucleare (INFN).
Il suo obiettivo è il finanziamento di progetti strategici
nel settore della ricerca applicata in fisica medica.
Il progetto DISO
si inserisce nell’ambito delle ricerche finalizzate
all’Assicurazione di Qualita’ in Radioterapia
1. Taratura dei fasci
2. Implementazione del TPS
3. Esecuzione del trattamento
La dosimetria in vivo
è la verifica finale a
conferma di una
corretta applicazione
di un protocollo di
Assicurazione di
Qualità
In particolare il progetto rientra tra le ricerche per estendere
l’impiego degli EPID alla ricostruzione in-vivo della dose in paziente.
…. in Francia
Nel 2007 il Ministero francese della Salute aveva diramato una circolare che
indicava gli interventi per la sicurezza in radioterapia, con particolare riferimento
alla dosimetria in-vivo.
Successivamente in riferimento ad incidenti (sovradosaggi) si sollecitavano tutte le
categorie professionali a mettere in opera rapidamente una serie di tecniche
supplementari per la sicurezza, come :
L’applicazione della dosimetria in-vivo .
L’organizzazione di un piano di controlli di qualità.
La presenza dei medici in tutte le fasi di controllo del piano di cura.
La formazione dei fisici alla luce delle tecniche radioterapiche.
Dal 2012 in Francia la dosimetria in-vivo si renderà obbligatoria
per i pazienti sottoposti a radioterapia.
……e in Italia ?
In Italia un gruppo di lavoro coordinato dall’Istituto Superiore di Sanità è al lavoro per la stesura di nuove
linee guida in radioterapia.
Per quanto riguarda la dosimetria in-vivo è auspicabile un avvicinamento alle direttive francesi e a quelle di alcuni paesi scandinavi che vedono questa tecnica
ormai obbligatoria per ogni paziente.
Progetto DISO per la
ricostruzione della dose
isocentrica in paziente
Website: www.infndiso.altervista.org
Associati INFN Angelo Piermattei Roma
Luigi Azario Roma
Savino Cilla Campobasso
Andrea Fidanzio Roma
Maria Teresa Russo Viterbo
Sergio Zucca Cagliari
Contrattisti Francesca Greco Roma
La prima fase del progetto DISO (2011)
La realizzazione di un software dedicato che prevede:
• la ricostruzione della dose isocentrica (1D), mappe e profili di
segnali EPID (quasi 2D) per tecniche radioterapiche 3D-CRT
utilizzanti fasci con e senza filtro
• la riduzione dei tempi di commissioning per qualsiasi fascio di
raggi x fornito dai linac Varian, Elekta e Siemens, equipaggiati
con sistemi aSi EPID
• l’interfacciamento del software al sistema R&V del centro,
permettendo la ricostruzione dosimetrica dopo il trattamento
radioterapico, in un tempo medio di 20 s per fascio
Il metodo di ricostruzione della dose in paziente si basa sull’uso
di funzioni di correlazione
-d
. x
c)
Source
b)
+d
s0’t
x
Source
SAD
Source
a)
s0t
x
D0
w L
L L
isows lin MVt w/20
0
iso
k k f (d,L)S TMR
k F (I, w,L)D
I= TPR20,10 fasci non filtrati
I= WAF fasci filtrati
00 t
0
s (I, w,L)F (I, w,L) =
D (I, w,L)
s0’t
0
tMV 0'
t
s (I, w,L)f (d,L)
s (I, w,L,d)
0
0D (I,w,L) D(I,w,L) k
0
SAD
1 cGy / MUk
D1)
2)
s
1 cCU / MUk
s
0
t t ss (I,w,L) s (I,w,L) k
CU
au
3)
4)
L=10 cm
L
SAD
dref = 10 cm
SED
L
s EPID
SAD
w=22cm
Procedure di taratura dei fasci e dei segnali EPID
Misure effettuate su 57 fasci (19 senza filtro, 38 con filtro) di 8 linacs presso
5 centri, hanno permesso di ottenere i valori generalizzati per il rapporto:
Superfici dei rapporti generalizzati per fasci non filtrati di lato L=4, 10, 20 cm
(dal basso verso l’alto)
0
0 t
0
s (I,w,L)F (I,w,L) =
D (I,w,L)
I livelli di tolleranza scelti sono: 6% per i tumori del polmone
5% per le neoplasie degli altri
distretti anatomici.
G 357°
old new
DISO (Gy)= 0.383
UM= 30.6
1.01
Data RISO
19-giu-07 1.02
20-giu-07 1.01
21-giu-07 1.00
26-giu-07 1.00
27-giu-07 1.07
29-giu-07 1.13
30-giu-07 1.13
10-lug-07 1.09
12-lug-07 1.10
18-lug-07 1.10
24-lug-07 1.08
1.07
DISO (Gy)= 0.404
UM= 30.6
Data RISO
19-giu-07
20-giu-07
21-giu-07
26-giu-07
27-giu-07 0.95
29-giu-07 1.01
30-giu-07 1.01
10-lug-07 0.97
12-lug-07 0.98
18-lug-07 0.98
24-lug-07 0.96
0.98
R*= 0.99
0.82
0.88
0.94
1.00
1.06
1.12
1.18
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
check number
R
Angle 229°
Angle 60°
Angle 293°
2 CT
1 CT
6. Pazienti con graduale regressione della malattia
Scansione CT all’isocentro ottenuta all’inizio del
trattamento
Scansione CT all’isocentro ottenuta dopo 7
controlli dosimetrici
1. Cambiamenti della morfologia del tumore o del paziente
2. Errori nel set-up del paziente
3. Presenza di sacche di gas a livello pelvico
4. Presenza di attenuatori sui fasci
5. Non corretta implementazione di un filtro a cuneo
6. Non corretta calibrazione dei numeri CT
7. Non corretta taratura dell’ output factor
Cause che hanno
determinato risultati
dei test fuori tolleranza
A.Piermattei, A. Fidanzio, L. Azario, L. Grimaldi, G.D’Onofrio, S. Cilla, G. Stimato, D. Gaudino, S. Ramella, R. D’Angelillo,
F. Cellini, L. Trodella, A. Russo, L. Iadanza, S. Zucca, V. Fusco, N. Di Napoli, M. A. Gambacorta, M. Balducci, N. Cellini, F.
Deodato, G. Macchia, A. Morganti
Conclusioni della prima fase del progetto a fine 2011
La procedura dovrà risultare facilmente applicabile nei centri
radioterapici, richiedendo poche e rapide misure d’implementazione
della procedura (TPR20,10, WAF, k0, ks, klin).
Il controllo dosimetrico dovrà presentarsi in quasi-tempo reale su
un PC portatile.
Il TRM potrà essere autonomo in fase di esecuzione del test.
Il metodo potrà offrire un rapido confronto tra Radioterapista,
Fisico e TRM per l’attuazione di procedure di correzione da adottare
in caso di presenza di errori dosimetrici o variazioni morfologiche
del bersaglio .
Conclusioni della prima fase del progetto a fine 2011
E’ prevista l’installazione del software dedicato e la realizzazione di
test per le tecniche 3D-CRT presso seguenti centri:
1.UCSC Policlinico Universitario A. Gemelli - Roma
2.Fondazione di Ricerca e Cura ‘Giovanni Paolo II’ - Campobasso
3.Ospedale Belcolle - Viterbo
4.IRCCS - Centro di Riferimento Oncologico Basilicata - Rionero (PZ)
5.Ospedale Businco - Cagliari
6.Università Campus Biomedico - Roma
7.USI – Clinica Marco Polo - Roma
E’ in fase di studio una procedura di accreditamento del
software DISO a livello CE
E’ stata avviata una fase di ‘agreement’ commerciale con la ‘Best
Medical Italy’.
Applicazione della procedura per tecniche
intensità modulata (IMRT)
cinetiche (Arc Therapy)
La seconda fase del progetto (2012)
Diso Reconstruction
i
CSD tISO ,'
40°
70°
1,00
0,75
0,25
Cα
(G
y/p
C)
Sα
,t (
pC
)
3,8
2,8
1,8
Angolo α
40 50 60
40 50 60
…..…non tutti gli EPID sono oggi in grado di fornire le immagini relative ad ogni frame
(0.3 secondi)
i i
i i
c c
IMRT STAT
f / N f / N
FIf f
Campo Multileaf: IMRT
fc
fi
×
Campo quadrato equivalente
fc
fi
×
-10 -5 0 5 10 -10 -5 0 5 10
FI<1 FI=1
-10 -5 0 5 10
FI>1
0
IMRT
MV 0
Fk (L,FI)
F
Al fine di utilizzare la stessa equazione generalizzata
sviluppata per campi aperti, anche per la IMRT step-shoot e
slide-windows, sono stati analizzati tre problemi:
1.Studio della risposta dell’EPID in presenza di radiazioni trasmesse attraverso
il sistema MLC.
2.La determinazione dei fattori di correzione kMV(L,FI) per le funzioni
generalizzate F0 (TPR, w, L) ottenute per fasci aperti.
3.La determinazione del campo quadrato equivalente per campi IMRT.
isows lin MVt w/20
0 MV
iso
k k f (d,L)S TMR
k F (TPR, w,L) k (L,FI)D
1. La correzione del segnale St dell’EPID, dovuta alla
radiazione trasmessa attraverso l’MLC può superare il 10%
per la tecnica slide-window a causa dell’erogazione continua
del fascio. La correzione dipende infatti dalle UM erogate
con MLC chiuso.
2. Il parametro kMV (L,FI) è compreso tra -1% e 3%.
3. Il campo equivalente L per i fasci IMRT può essere definito
tenendo conto dell’area e del perimetro del campo integrale.
isows lin MVt w/20
0 MV
iso
k k f (d,L)S TMR
k F (TPR, w,L) k (L,FI)D
0.90
0.95
1.00
1.05
1.10
R
Gantry 36° step-shoot realizzato con 8 sequenze
Valori dei rapporti R=Diso/Diso,TPS per tre test
dosimetrici effettuati su ognuno dei 5 campi IMRT
Confronto fra due profili di segnale di transito per la verifica della
riproducibilità dell’irraggiamento. 36° 180° 315° 108° 252°
Gantry
36°
Gantry
108°
R
La terza fase del progetto DISO (2013) prevede per le tecniche statiche
(3DCRT o IMRT), la ricostruzione dosimetrica su piani (2D) passanti per
l’isocentro, da realizzarsi con le funzione di correlazione ottenute sull’asse e fuori
asse della fluenza integrata sull’EPID
Se tale procedura avrà successo sarà possibile estendere la ricostruzione
dosimetrica anche su piani non passanti per l’isocentro (3D).
Per quanto riguarda le tecniche
dinamiche Vmat, RapidArc il
problema è oggi legato alla
possibilità di ottenere immagini
EPID per ogni frame in tempi
accettabili (0.3 secondi).
Attualmente non tutti gli EPID
sono in grado di offrire tale
risultato.