DOSIMETRIA CON SISTEMI EPID: DAL 1D AL 3D

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Enzo Fumagalli
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1 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 2011 Le ricerche condotte sul tema dosimetria in vivo hanno portato al

INFN-MED è una sezione del gruppo V dell Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN).

2 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.

3 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

4 In particolare il progetto rientra tra le ricerche per estendere l impiego degli EPID alla ricostruzione in-vivo della dose in paziente.

5 January 23, 2010 January 26, 2010 January 27, 2010

. 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.

6 . 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.

7 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.

org Associati INFN Angelo Piermattei Roma Luigi Azario Roma Savino Cilla

8 Progetto DISO per la ricostruzione della dose isocentrica in paziente Website: 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

commissioning per qualsiasi fascio di raggi x fornito dai linac Varian, Elekta e Siemens, equipaggiati con sistemi asi EPID l interfacciamento

9 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

10 Il metodo di ricostruzione della dose in paziente si basa sull uso di funzioni di correlazione a) Source b) Source c) Source I= TPR 20,10 fasci non filtrati I= W AF fasci filtrati w s 0 t D 0 x L SAD s 0 t L x +d s 0 t L. x -d 0 0 s t (I, w,l) F (I, w,l) = D 0 (I, w,l) 0 t MV 0' t f (d, L) s (I, w,l) s (I, w,l,d) D iso k k f (d, L) S TMR w iso s lin MV t 0 w/2 k 0 F (I, w,l)

11 Procedure di taratura dei fasci e dei segnali EPID 1) k 0 1 cgy / MU D SAD SAD 2) 0 D (I,w,L) D(I,w,L) k 0 L dref = 10 cm L=10 cm 3) 4) k s 1 ccu / MU s s (I,w,L) CU au s (I,w,L) k 0 t t s SED SAD L w=22cm s EPID

12 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: 0 0 s t (I,w,L) F (I,w,L) = D 0 (I,w,L) Superfici dei rapporti generalizzati per fasci non filtrati di lato L=4, 10, 20 cm (dal basso verso l alto)

13 I livelli di tolleranza scelti sono: 6% per i tumori del polmone 5% per le neoplasie degli altri distretti anatomici.

14 1. Variazione del set-up

15 2. Presenza di mezzi attenuatori: Sbarre di supporto lettino

16 4. Variazione spessori anatomici : Bolla d aria nel retto in fase di pianificazione del trattamento

17 5. Variazione spessori anatomici: Comparsa atelettasia

G 357 old new D ISO (Gy)= 0.383 UM= 30.6 1.01 Data R ISO 19-giu-07 1.

07 29-giu-07 1.13 30-giu-07 1.13 10-lug-07 1.09 12-lug-07 1.

6 R ISO Data 19-giu-07 20-giu-07 21-giu-07 26-giu-07 27-giu-07 0.

18 G 357 old new D ISO (Gy)= UM= Data R ISO 19-giu giu giu giu giu giu giu lug lug lug lug D ISO (Gy)= UM= 30.6 R ISO Data 19-giu giu giu giu giu giu giu lug lug lug lug R*= 0.99

6. Pazienti con graduale regressione della

7 controlli dosimetrici 1.18 1.12 1.06 1.00 0.94 0.

19 6. Pazienti con graduale regressione della malattia R Scansione CT all isocentro ottenuta all inizio del trattamento 1 CT Angle 229 Angle 60 Angle 293 Scansione CT all isocentro ottenuta dopo 7 controlli dosimetrici check number 2 CT

20 Risultati ottenuti durante il 2011

21 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 1. Cambiamenti della morfologia del tumore o del paziente 2. Errori nel set-up del paziente Cause che hanno determinato risultati dei test fuori tolleranza 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

22 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 (TPR 20,10, W AF, k 0, k s, k lin ). 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.

23 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.

24 La seconda fase del progetto (2012) Applicazione della procedura per tecniche intensità modulata (IMRT) cinetiche (Arc Therapy)

S α,t (pc) C α (Gy/pC) D iso Reconstruction 1,00 0,75 0,25 40 50 60 3,8 D ISO, t i S' C 40 70 2,8 1,8 40 50

25 S α,t (pc) C α (Gy/pC) D iso Reconstruction 1,00 0,75 0, ,8 D ISO, t i S' C ,8 1, Angolo α.. non tutti gli EPID sono oggi in grado di fornire le immagini relative ad ogni frame (0.3 secondi)

26 Campo Multileaf: IMRT Campo quadrato equivalente f c f i f i f c FI f i / N f i / N i i f f c c IMRT STAT FI>1 FI=1 FI<1 k F F 0 IMRT MV(L, FI)

D iso k k S f (d, L) TMR s lin MV t 0 w/2 k0 F (TPR, w,l) k MV(L,FI) w iso Al fine di

IMRT step-shoot e slide-windows, sono stati analizzati tre problemi: 1.

27 D iso k k S f (d, L) TMR s lin MV t 0 w/2 k0 F (TPR, w,l) k MV(L,FI) w iso 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 k MV (L,FI) per le funzioni generalizzate F 0 (TPR, w, L) ottenute per fasci aperti. 3.La determinazione del campo quadrato equivalente per campi IMRT.

28 D iso k k S f (d, L) TMR s lin MV t 0 w/2 k0 F (TPR, w,l) k MV(L,FI) w iso 1. La correzione del segnale S t 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 k MV (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.

R Gantry 36 step-shoot realizzato con 8 sequenze Gantry 36 Gantry 108 Valori dei rapporti R=D iso /D iso,tps per tre test dosimetrici effettuati su ognuno dei 5

29 R Gantry 36 step-shoot realizzato con 8 sequenze Gantry 36 Gantry 108 Valori dei rapporti R=D iso /D iso,tps per tre test dosimetrici effettuati su ognuno dei 5 campi IMRT R Confronto fra due profili di segnale di transito per la verifica della riproducibilità dell irraggiamento.

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

31 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.

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