KONVENCIONALNA RT – CFRT - IMRT

KONTROLA PRECIZNOSTI ZRAČENJA PRIMENOM SAVREMENE RADIOTERAPIJSKE TEHNOLOGJE PREDRAG BAJIĆ

CILJ RT: na definisani ciljni volumen aplikovati terapijsku dozu uz maksimalnu poštedu okolnog zdravog tkiva (maksimalni terapijski efekat uz minimum terapijskih komplikacija) Realizacija ovog cilja zahteva sprovođenje većeg broja složenih procedura pre i u toku sprovođenja samog radioterapijskog tretmana, što zahteva tesnu saradnju članova medicinskog tima koji se sastoji od radijacionog onkologa, medicinskog fizičara i rentgen tehničara.

Preciznost zračenja u najvećoj meri zavisi od mogućnosti prilagođavanja (konformiranja) geometrije RT polja prema obliku ciljnog volumena i isključivanje zdravog tkiva iz volumena zračenja. Kontrola i dokumentovanje preciznosti zračenja uz sprovođenje QA mere = preduslov za uspešno sprovođenj RT.

RT PROCEDURE --> GEOMETRIJSKE GREŠKE 2. 1. 3. 5. 4. A. PRIPREMNE 1.POZICIONIRANJE - IMOBILIZACIJA 2.IMAGING: CT geometrija Laseri MarkerI Tumor 3.PLANIRANJE RT (3D) Referentna geometrija RT plan - (DRR) B. IZVRŠNE 4. LINAC RT TRETMAN Geometrija RT tretmana Laseri Markeri Tumor 5. VERIFIKACIJA Portal imaging EPID GEOMETRIJSKE GREŠKE: Razlika izmedju (referentne) geometrije RT plana i (realne) RTT geometrije

Geometrijske greške u lancu RT procedura G1 + G2 + G3 + G4..+Gn Geometrijske greške nastale u toku pripremnih i izvršnih RT procedura povezane sa tehničkim faktorom (ZANEMARLJIVE!!!!?????) Podešenost lasera u CT prostoriji. Kvalitet (oštrina) laserskih snopova u CT prostoriji Dimenziije / položaj / podešenost markacija referentnih tačaka (dramlija) CT imaging parametri Podešenost lasera u RT prostoriji Kvalitet (oštrina) laserskih snopova u RT prostoriji Stabilnost geometrije RT snopa Stabilnost geometrije RT stola Geometrijske greške nastale u toku pripremnih RTT procedura povezane sa pacijentom Pozicija pacijenta u trenutku akvizicije CT slike (odnos izme]u dramlija koštane strukture utiču na referentnu geometriju DRR Pozicija tumora i OAR u trenutku CT akvizicije CT slike Konturisanje referentnih RT volumena (GTV<CTV<PTV margina; kvalitet slike + kliničko znanje/iskustvo) Geometrijske greške nastale u toku izvršnih RTT procedura povezane sa pacijentom (interfraction / intrafraction) Preciznost re/pozicioniranja pacijenta tokom frakcionisanog tretmana (SET UP error / Interfrakcijske promene oblika organa (bešika, rektum, želudac) Intrafrakcijski fiziološki pokreti u toku svake frakcije (pluća toraks, gornji abdomen)

ICRU-50 RT VOLUMENI: GTV, CTV, PTV, OAR GTV, CTV ORGAN AT RISK (OR) CLINICAL TARGET VOLUME (CTV) GROSS TUMOR VOLUME (GTV) PLANNING TARGET VOLUME (PTV) TREATED VOLUME (TV) IRRADIATED VOLUME (IV)

ICRU-50 (1993.) Oko CTV je potrebno dodati marginu u cilju definisanja ciljnog volumena (PTV) ne postoje jasno defionisane preporuke kako to uraditi CTV- PTV margina svojom širinom treba da omogući obuhvatanje celog CTV referentnom izodoznom površinom (90-95% izodoza) tj. da pokrije sve geometrijske greške koje mogu nastati u toku pripremnih i izvršnih procedura RT tretmana Potrebno je predvideti (imati saznanja) o mogućim interfrakcijskim i intrafrakcijskim pokretima ciljnog volumena unutar pacijenta fiziološki pokreti ORGAN AT RISK (OR) CLINICAL TARGET VOLUME (CTV) GROSS TUMOR VOLUME (GTV) PLANNING TARGET VOLUME (PTV) TREATED VOLUME (TV) IRRADIATED VOLUME (IV)

SISTEMSKE & RANDOM GREŠKE JEDAN PT. /20 FRAKCIJA.RT (s) = SREDNJA devijacija u odnosu na (referentnu) geometriju RT plana (r) σ = "frakcija - specifična" devijacija u odnosu na srednju devijaciju (t ) = Ponavljajuća sistemska + dodatna, promenjiva frakcija - specifična random greška = UKUPNA (TOTAL) G.E. FRAKCIONISANA. RT => br. FRAKCIJA SVAKODNEVNE GREŠKE Pravilo za sumu više varijabli sa arbitrarnom distribucijom => TOTAL ERROR (kao i σ) ima normalnu distribuciju Merena za POJEDINAČNOG PACIJENTA sistemska i random greška se mogu u potpunosti proceniti tek nakon sprovedenih svih frakcija RT tretmana!!! Korist? Prediktivnost? Korekcija?

PREDIKCIJA GEOMETRIJSKIH GREŠAKA => FRAKCIONISANA RT => SPECIFIČNA GRUPA PACIJENATA (imobilizacija, TU lokalizacija, konstitucija) a) Merenje srednje sistemske set - up greške za specifičnu grupu od 10 pacijenata b) Distribucija frekvencije sistemske set-up greške ( =specifična sist. greška za analiziranu grupu) Srednja vrednost ove distribucije predstavljena vertikalnom linijom pomerena je za neku vrednost od 0 - te vrednosti SD Poznata vrednost greške za specifičnu grupu pacijenata => Odrediti prihvatljiv nivo geometrijske greške za specifičnu grupu pacijenta => institucionalni protokol za korekciju geometrijskih grešaka Vrednost GE primeniti u planiranju RT: CTV < PTV margine

RT STANDARD (!): Kontrola i dokumentovanje "geometrijske greške se obavezno izvodi kod primene SVIH tehnika zračenja, a posebno onih koje omogućavaju zračenje sa visokim nivoom preciznosti). Sprovoditi prevenciju geometrijske greške na nivou izvođenja svake RT procedeure u cilju smanjivanja i kontrole ukupne geoometrijske greške

PPREVENCIJA GEOMETRIJSKIH GREŠAKA NASTALIH ZBOG "TEHNIČKOHG FAKTORA" Primena i redovno održavanje moderne RT tehnologije Sprovođenje QA procedura

PREVENCIJA GEOMETRIJSKE GREŠKE NASTALE TOKOM KONTURISANJA RT VOLUMENA Localize / Contour Planiranje RT na osnovu CT / MR / PET fuzije slike

PREVENCIJA GEOMETRIJSKIH GREŠAKA NASTALIH TOKOM KONTURISANJA RT VOLUMENA Treningom i konsultacijom radiodijagnostičara/ familijarnost sa CT anatomijom Standardizacija procedure konturisanja primena protokola

Tokom planiranja standardnih konformalnih tehnika zračenja, na osnovu prikaza anatomskih struktura pomoću CT, MR i PET imidžinga, simuliraju se i definišu geometrijski odnosi između ciljnog volumena (PTV/CTV) i geometrije zračenja (geometrije RT snopa/polja), koja RT planom u celosti obuhvata PTV.

"ostatak RT tretmana" Svaka tačka u PTV će se ozračiti terapijskom dozom (CTV + zdravo tkivo u PTV) Sprovoditi periodičnu kontrolu geometrijske greške i dokumentovati da je PTV ozračen propisanom dozom. (c) 2008 Hull & East Yorkshire Hospitals NHS Trust

I MERENJE I KOREKCIJA "SET UP GREŠAKA (greška repozizicioniranja tokom)

Konvencionalna RT: Simulator grafija vs. "portal grafija" Sve do kraja 80.- ih prošlog veka verifikacija RT preciznosti standardno je izvođena pomoću megavoltažne grafije, gde je u odnosu na simulator grafiju poređen odnos geometrije RT polja i koštanih struktura.

KOREKCIJA GEOMETRIJSKE GREŠKE POMOĆU EPID (MEGAVOLTAŽNI IMIDŽING SISTEM) Savremeni linearni akeleratori opremljeni su megavoltažnim imidžing sistemom (EPID - Electronic Portal Imaging Device) za verifikaciju preciznosti zračenja. Način primene:kad se pacijent, koji u terapijskom položaju leži na postolju radioterapijskog aparata, ozrači odgovarajućim zračnim poljem sa nekoliko monitorskih jedinica, zračni snop prolazeći kroz telo pacijenta na detektoru EPID sistema generiše digitalnu "portal" grafiju.

EPID MEGAVOLTAŽNI IMIDŽING SISTEM Preciznost zračenja se procenjuje poređenjem "terapijske geometrije zračenja koja je dokumentovana na MV portal slici i "referentne" geometrije zračenja, koja je tokom planiranja dokumentovana na DRR. U slučaju neslaganja ove dve geometrije, "terapijska" geometrija se usklađuje sa "referentnom" geometrijom plana zračenja, pomicanjem pacijent stola za proračunatu vrednost, po x, y ili z osi.

"ON LINE" vs. "Of LINE" KOREKCIJA Geometrijska greška može da se analizira/koriguje na dva načina: 1. 3 x EPID "mini statistička" analize reproducibilnosti / usmerenja geometrijske greške tzv. "of line" korekcija pre 4. frakcije Aplikovanje RT 2. Svakodnevna PORTAL slika trenutna analiza DRR vs. PORTAL slika tzv. "on line" korekcija geometrijske greške pre aplikovanja dnevne frakcije Aplikovanje RT

OFF - LINE KOREKCIJA: Definisati prihvatljiv nivo geometrijske greške nivo intervencije za specifičnu grupu pacijenata (literaturni podaci, institucionalni protokol). Prvih nekoliko frakcija (3) SAMO merimo devijaciju u odnosu na referentnu geometriju BEZ KOREKCIJE Izračunamo srednju vrednost izmerenih devijacija (grešaka) (G1+G2+G3 /3 = ) Srednja vrednost prevazilazi prihvatljiv nivo geometrijske greške => Korekcija set-up greške pre izvodjenja naredne frakcije prema prihvaćenim kriterijumima (protokolu) =>PONOVITI PROCEDURU U NAREDNE 3 FRAKCIJE Prihvatljiv nivo geometrijske greške => KOREKCIJA NIJE POTREBNA EPI 1 x NEDELJNO PREDNOST: Samo sistemska komponenta je redukovana. Nema gubitka vremena NEDOSTATAK: Random komponenta nije redukovana

EPID: Merenje udaljenosti anatomskih struktura u odnosu na geometriju RT polja

Softversko preklapanje kontura koštanih struktura na DRR vs. EPID

Poređenje DRR vs. EPID geometrije template metod

Softversko preklapanje geometrije RT polja i mečovanih kontura koštanih struktura na DRR i EPID.

KOREKCIJA GEOMETRIJSKE GREŠKE POMOĆU kv IMIDŽING SISTEMA Savremeni radioterapijski aparati su opremljeni sa različito dizajniranim kv imidžing sistemima za procenu preciznosti zračenja, koji se sastoje od jednog ili više izvora kv zračenja (rengenske cevi) i detektora. Grafija dobijena eksponiranjem kilovoltažnim x - zracima ima bolju rezoluciju i kontrast, u poređenju sa grafijom dobijenom eksponiranjem megavoltažnim x-zracima na EPID sistemu.* *U interakciji jonizujućeg zračenja nižih energija i materije najzastupljenija je fotoelektrična apsorpcija. Analiza geometrije zračenja na kv grafijama omogućava precizniju lokalizaciju ciljnog volumena nega na MV EPID grafijama i efikasnije korigovanje geometrijske greške

"ON BOARD" kv IMAGING SISTEM On board kv imidžing sistem je sastavni deo savremenog LINAC sistema. Sastoji se od rendgenske cevi (KVS) i detektora (KVD) koji su instalirani na gentriju LINAC-a (a). Način primene: Centralna osa kv zračnog snopa rendgenske cevi prolazi kroz izocentar LINAC-a pod uglom od 90 u odnosu na centralnu osu MV zračnog snopa i na detektoru generiše kv sliku terapijske pozicije pacijenta.

PREVENCIJA SET UP GREŠAKA Koristiti savremenu i pouzdanu RT tehnologiju + sprovoditi QA procedure. Koristiti kvalitetnu opremu za imobilizaciju pacijenata (Re) Pozicioniranje pacijenta tokom frakcionisanog tretmana izvoditi na bazi znanja, iskustva, sa strpljenjem i u saradnji sa pacijentom. Imati potpuna saznanja o specifičnostima izvođenja RT procedura u RT odeljenju (i biti obazriv ako se koriste podaci zasnovani na iskustvimna drugih RT institucija. Analizirati institucionalne faktore za nastanak SET UP grešaka i definisati vlastite protokole za korekciju.

Konvencionalna i standardna konformalna RT: Svaka tačka u PTV je ozračena terapijskom dozom (CTV + zdravo tkivo u PTV) Kako povećati preciznost zračenja? smanjiti PTV volumen zračenja na CTV uz isključivanje zdravog tkiva. kontrola položaja CTV unutar PTV maksimalnom kontrolom svih nivoa geometrijske greške

II MERENJE I KOREKCIJA GEOMETRIJSKE GREŠKE NASTALE ZBOG FIZIOLOŠKIH POKRETA ORGANA - IGRT

IGRT metode Megavoltažnim imidžingom kontrolisana preciznost zračenja Kilovoltažnim imidžingom kontrolisana preciznost zračenja IC optički sistem za kontrolu preciznosti zračenja Kontrola lokalizacije ciljnog volumena pomoću metalnih markera implantiranih u tumor Stereotaksična lokalizacija Ultrazvukom kontrolisana preciznost zračenja CT imidžingom kontrolisana preciznost zračenja: - CT na šinama - CT imidžing u tomoterapiji - Cone Beam CT

ICRU - 62 (1999.): CTV < PTV MARGINA = IM (internal margine) - pokriva amplitudu pokreta ciljnog volumena unutar pacijenta + SM (set-up margine) pokriva set-up geometrijskugrešku. Nema jasnih preporuka kako odrediti CTV < PTV marginu Ne preporučuje se linearno dodavanje komponenti GG (IM i SM) Sugeriše se primena sume korena kvadrata SM i IM => efekat SM i IM je podjednak? Nije lako kvantifikovati različite vrste varijacija koje utiču na širinu CTV<PTV i njihovu interakciju => potreba individualizovanja (kompromisa) CTV<PTV margine u skladu sa procenjenim rizikom postizanja lokalne kontrole i neprihvatljivog nivoa terapijskih komplikacija

METALNIH MARKERA IMPLANTIRANIH U TUMOR + kv/mv IMIDŽING SISTEM Ponekad je teško da se samo na osnovu prikaza geometrije zračnog snopa i koštanih anatomskih struktura na grafiji precizno odredi lokalizacija ciljnog volumena, bilo da je grafija dobijena primenom kv ili MV zračenja. Ovaj problem je naročito prisutan kod tumora koji tokom zračenja menjaju položaj (prostata/bešika/rektum; pluća) pa se u njih ponekad implantiraju metalni markeri malih dimenzija, čiji se međusobni raspored i položaj u odnosu na okolne koštane strukture vidi na CT imižingu za planiranje zračenja tj. DRR.

Način primene: Ako se pre dnevne frakcije zračenja, pacijentu imobilisanom u terapijskom položaju, urade ortogonalne kv ili MV portal grafije, moguće je softversko poređenje položaja markera na MV/kV portal grafiji i DRR, na osnovu čega se, u slučaju potrebe, pomicanjem pacijent postolja izvodi korekcija uočene geometrijske greške.

5. IGRT POMOĆU ULTRAZVUKA U pojedinim situacijama vizualizacija mekotkivnih struktura ultrazvukom (npr. prostate) može da obezbedi bolju kontrolu lokalizacije ciljnog volumena nego što je to moguće pomoću primene kv ili MV imidžinga i implantiranih metalnih markera. Način primene: kod pacijenta koji u terapijskom položaju leži na postolju radioterapijskog aparata pomoću transabdominalne sonde se prikazuju prostata (ciljni volumen) i bešika (OAR) + softverski fuzionisane konture CTV i OAR, koje su prethodno definisane na sistemu za planiranje zračenja.

7b. Cone Beam CT Osim za dobijanje kv grafije on board kv imidžing sistem može da se koristi i za generisanje Cone Beam CT prikaza anatomskih struktura. Način primene: Tokom rotacije gentrija LINAC-a sa on board kv imaging sistemom (Cone beam imidžing sistemom), oko pacijenta u terapijskom položaju za puni krug, rendgenska cev emituje kv zrčenje, koje pomoću detektora generiše volumetrijsku CT sliku CT preseci (dokumentovanje terapijske pozicije).

Rekonstruisani CT preseci u tri ravni, softverski se porede sa referentnim CT presecima koji su korišćeni za planiranje zračenja, a moguća je i njihovo softversko preklapanje. U slučaja neslaganja lokalizacije ciljnog volumena na "terapijskim" i "planiranim" CT presecima, pomeranjem ploče postolja LINAC-a, vrši se korekcija položaja pacijenta tj. geometrijske greške. Provera preciznosti sprovođenja radioterapije poređenjem geometrije struktura prikazanih na referentnim CT presecima vs. CBCT presecima, rekonstruisanim u tri ravni (Sl. 1+2) Provera preciznosti sprovođenja radioterapije softverskom fuzijom odgovarajućeg referentnog i CBCT preseka (Sl.3).

Dobijena serija CT preseka se poredi sa odgovarajućom serijom CT preseka koja je korišćena za planiranje zračenja. Ploča postolja LINAC-a je kalibrisana tako da je tokom sprovođenja zračenja omogućeno precizno repozicioniranje pacijenta, kojim se planom definisana tačka u ciljnom volumenu dovodi u poziciju izocentra. Prikaz referentne konture na CT presecima RT plana: kosti, rektum, prostata/ctv Automatsko prebacivanje na RT-CT preseke + softverska registracija slike na osnovu preklopljenih koštanih struktura pomicanje konture CTV i uskladjivanje referentne strukture sa realnom geometrijom pacijenta Pomak pacijenta za proračunate vrednosti po x, y, z osi. Planning CT imaging RT CT imaging