Simulazione Virtuale

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1 La radioterapia 4D 3D-CRT and time = 4D-CRT Candiolo (TO), 25 Settembre 2006 Simulazione Virtuale Gabriele Guidi Medical Physics Dpt. Azienda Ospedaliero - Universitaria di Modena Tel Tel [email protected] [email protected]

2 Workflow Virtual Simulation Acquisition CT Study Reference Points Verification * Typical Distance = 600mm Between CT Room Laser and CT Detector Immobilization Device Origin Coordinate (Zero Couch) *Couch IN (600mm) External Lasers CT Detector

3 Workflow Virtual Simulation Acquisition CT Study Reference Points Verification Scout Acquisition Study Limits (Anatomy) Scan Origin (Scan Reference Point) Acquisition CT Study (Protocols) Marker

4 Workflow Virtual Simulation Acquisition CT Study Reference Points Verification Modena Structure (GTV) Send Reference Point Coordinate to Laser Couch OUT (600mm) Reference Point (Isocentre) on axial images Laser Movement Mark (Tattoo) Palliative or Radical Cases Send Reference Point Coordinate to Laser Couch OUT (600mm) Reference Point (Isocentre) on axial images Laser Movement Mark (Tattoo) Palliative With or Radical Reference Fixed? Cases Point Laser (Isocentre) on Virtual Fluoroscopy Send Laser Couch Reference Point Movement OUT Coordinate (600mm) to Laser (600mm) (Tattoo) Couch Mark OUT Reference Point (Isocentre) Mark (Tattoo)

5 Workflow Virtual Simulation Acquisition CT Study Reference Points Verification Modena Structure (GTV) Reference Point (Isocentre) on axial images Structure (GTV) Reference Point (Isocentre) on axial images With Fixed Laser Reference Point (Isocentre) on axial images Orthgonal Beams DRR=0 & 90 Send Reference Point Coordinate to Laser Blocks Laser Movement Beams Treatment Send Reference Point Coordinate to Laser Fit MLC for each beams Laser Movement Orthgonal Beams DRR=0 & 90 Calculate Difference (Isocentre and Scan Reference Point)? Couch OUT (600mm) Move Table (Height and Longitudinal) Couch OUT (600mm) Mark (Tattoo) Couch OUT (600mm) Mark (Tattoo) Couch OUT (600mm) Mark (Tattoo)

6 Workflow Virtual Simulation Acquisition CT Study Reference Points Verification (x, y, z) Tattoo Scan Reference Point (0,0,0)

7 CT Gantry External Lasers slice Slice Target CT Gantry Reference Courtesy of Philips ADAC TA (Tecnologie Avanzate)

8 Where is the sagittal shift? and what can I do, if I have only fixed laser? Use EPID to realign the patient!!! CT Gantry Slice Target (x, y, z) Reference (0, 0, 0) Courtesy of Philips ADAC TA (Tecnologie Avanzate)

9 Workflow Virtual Simulation Acquisition CT Study Reference Points Verification Calculate Dose Plan Send DRR DRR and & Plan to LINAC Considering Tattoo (Linac Couch) Cone Move Beam or Tomo to Move Isocenter acquisition coordinate to Isocentre coordinate (Couch Lateral (kv Movement) or MV) Compare Realignment DRR vs. & Portal Images Using 3D Anatomy and if ifi m I have using only Cone Fixed Beam Laser or into Tomotherapy? CT Room

10 Simulazione Virtuale Azienda Ospedaliero-Universitaria di BOLOGNA Facilities CT (Somatom Emotion Duo Siemens) Laser Mobili (Gammex) Software (Coherence Dosimetrist Siemens) EPID (Beamview TI, Flat Panel asi - Siemens Procedura Ricerca Isocentro, Origins e Reference Points Contouring Definizione dei fasci Ricostruzione DRRs, MPRS, MIPS Confronto DRR vs. Portal Image Courtesy of Dott. A.Ferri Bologna

11 Simulazione Virtuale Azienda Unità Sanitario Locale di Rimini Facilities CT (SOMATOM Emotion Duo SIEMENS) Sistemi di Immobilizzazione (Sinmed, Posifix, Breastboard) Laser mobili (DIACOR Centralite ) CMS FocalSim EPID (Beamview TI,Flat Panel asi- SIEMENS ) Courtesy of Dott.F.Perini, Dott. M.Benedetti Rimini

12 Simulazione Virtuale Azienda Unità Sanitario Locale di Rimini ONLINE 1. Posizionamento ed immobilizzazione del paziente 2. Definizione Origin e Puntamento dei laser mobili (x=0, y=0, z=0) 3. Apposizione dei reperi radiopachi in cute 4. Acquisizione dello studio TC 5. Definizione Scan Reference Point 6. Definizione isocentro esplorando in 2D e 3D l anatomia del paziente 7. Export dati di spostamento al controllo dei laser mobili 8. Tatuaggio definitivo dell isocentro di trattamento OFFLINE I. Contouring delle strutture d interesse (Target, OARs,...) II. Generazione di 2 DRR ortogonali (Gantry a 0 e 90 ) per la verifica portale III. Calcolo piano di trattamento mediante XIO (CMS Tema) IV. Invio al sistema di R&V LANTIS (Siemens) V. Protocollo di verifica e correzione tramite confornto DRR vs Portal Image ONLINE Step. 4. ONLINE Step. 5. ONLINE Step. 6. ONLINE Step. 7. OFFLINE Step. I. ONLINE Step. 8 ONLINE Step. 3. ONLINE Step. 7. ONLINE Step. 1, 2. OFFLINE Step. II, III,IV. Courtesy of Dott.F.Perini, Dott. M.Benedetti Rimini

13 Simulazione Virtuale Azienda Unità Sanitario Locale di Reggio Emilia Acquisizione immagini TAC Sistema dei laser LAP in posizione di ZERO: cliccare zero position sulla console LAP Eseguire una scout per verificare che il paziente sia allineato con l asse del lettino (sia diritto) - In caso contrario riposizionare il paziente; Spostare il lettino in modo che i laser LAP si trovino, indicativamente, nella posizione centrale della regione da acquisire; Azzerare il lettino TAC utilizzando il tasto del laser centrale della TAC: il display indicherà come posizione paziente; Segnare sulla cute del paziente,con un pennarello, gli assi dei laser nella loro posizione di zero ( L operazione serve a verificare, successivamente, che il paziente sia rimasto nella stessa posizione di acquisizione delle immagini) Spostare il lettino TAC verso il gantry sino a quando la coordinata di posizione non indica Azzerare il lettino TAC utilizzando il tasto del laser centrale della TAC: il display indicherà come posizione paziente; Eseguire l esame secondo indicazioni del medico; Inviare le immagini alla console Eclipse Spostare il lettino TAC per fare uscire la paziente che ora dovrà mantenere la posizione per le fasi successive. 2 Identificazione dell isocentro alla Console Eclipse o Virtuale ( Simulazione Virtuale) I. Importare le immagini del paziente II. Disegnare body ed individuare la regione del target (anche in solo qualche slice TAC in modo da individuarne l estensione lungo z e l espansione massima in x e y ) III. Impostare il piano P#setupSV i. Impostare un piano con tecnica a campi diretti con solo un campo a gantry 0 nel punto di isocentro (Xi,Yi,Zi), normalmente si usa un campo 10x10 (nelle mammelle si aumenta la dimensione Y) ii. Assicurarsi che l isocentro sia posto in un punto compatibile con la tecnica di irradiazione scelta (generalmente coincide se è possibile con il centro del volume PTV) e con la fattibilità di individuazione dello stesso sul paziente (Tatuaggi). IV. Esportare il piano alla console dei LAP con Export to virtual simulation secondo quanto previsto nelle istruzioni operative relative alle varie regioni anatomic he e/o patologie Identificazione dell isocentro in TAC a) Sulla console dei LAP aprire il file che compare sulla finestra. b) Portata la coordinata Z= riposizionare il paziente verificando che i laser di allineamento coincidano con i segni precedentemente effettuati sulla cute; c) Posizionare il lettino secondo la coordinata Z first image slice indicata nella riga Comment del file LAP d) Con l uso del telecomando LAP portare i laser nelle posizioni indicate nelle istruzioni operative relative alle varie regioni anatomiche e/o patologie [P#setupSV-mammella; P#setupSV-pelvi..] e) In generale si esporta alla console LAP solo le coordinate dell ISO, eccezione è fatta nel caso delle mammelle in cui si invia oltre all ISO anche le coordinate dell aperture corner. Courtesy of Dott.ssa M.Paiusco, Dott.ssa E.Cagni Reggio Emilia

14 Troubles (x, y, z) Scan Reference Point (0,0,0) Connettività DICOM RT? Import / Export Strutture DICOM Dimensione dei pixel? Spessore delle slice CT? Algoritmi di ricostruzione DRRs/DCRs Geometrie delle macchine modellizzate? Coordinate CT e Coordinate LINAC? Allineamento dei LASER? Qualità delle immagini in CT? Connettività con strumenti dedicati (Block Cutter?) AAPM Report #39, TG66, TG53

15 4D Virtual Simulation Process/Step 3D Scanning 4D Scanning Note for 4D Positioning Currently performed No change Radio-Opaque seed As needed No change Scan-light breathing 100 slices 1 Volumetric Study 1500+slices Multiple Volumetric Study Dose 1 cgy 3-5 Time greater Dose Reconstruction Conventional Convectional and Dedicated Special algorithms Image Fusion Possible but Complex Possible But Complex Contouring VOI Performed in single study Performed in multiple study computer assistant method needed Aperture Design Standard 3D Extract Shape and Trajectory Create composite ITV Beams BEV Multiple/Composite BEV Minimize motion effects Generate DRRs Conventional DDR in Specific Phase Pseudo Fluoroscopic DRR Movie Loop Image Guided Standard Guide by bony anatomy or clips Guidance by gated or multiple image acquisition Volumetric approach George T.Y. Chen, Eikr R.M.Rietzel

16 ma 4D è possibile con la Simulazione Virtuale? E con la PET? a) Fusione tra le due serie di immagini PET che rappresentano le 2 diverse fasi respiratorie (Max differenza di movimento) Courtesy of Siemens Medical Solutions b) Possibilmente con l aiuto del medico nucleare contorno le immagini gating della PET individuando il PTVNM (BTV????) c) Utilizzo le strutture DICOM RT contornate come oggetti della studio che invierò poi al TPS per il piano di trattamento o definizione dei PTVn e degli OAR d) Inizio il processo di simulazione individuando un Scan Reference Point e) Posso scegliere di usare: i. {CT PET fase respiratoria 1 } ii. Contornare il PTVNM iii. Caricare e fondere la {CT e PET fase respiratoria 2 } per correggere o modificare il target già contornato in modo da includere i movimenti degli atti respiratori iv. Individuare un Reference Point v. Tatuare il Paziente dopo aver inviato le coordinate ai laser mobili vi. Oppure definire il viceversa partendo dalle immagini di fase respiratoria 2

17 Gating Respiratorio: Modalità Prospettiva Breathing Monitoring Inhalation Exhalation Start Sequence trigger X-ray on Sequence scan, first bed position Sequence scan, second bed position Sequence scan, third bed position 1. Definizione dei tempi sincronizzazione 2. Acquisizione sincronizzata in modalità prospettiva (sequenziale) dei dati CT (blue arrows)

18 Gating Respiratorio: Modalità Retrospettiva Breathing Monitoring Inhalation Start Spiral signal Exhalation X-ray on 1. Acquisizione CT in Spiral MSCT (low-pitch (>=0.1), rot. 0.5/1.0s) sincronizzata con la curva di respirazione (acquisition of oversampled data) 2. Definizione di diversi pacchetti di respirazione (blue and green blocks), Gate duration=t rot./2 3. Ricostruzione retrospettiva del volume di scansione (3D) basata su una fase respiratoriae sul ampiezza del respiro (4D) 4. Visualizzazione dell anatomia nello spazio (3D) e nel tempo (4D)

19 Dal passato

20 ad oggi CT Image Sorting Program Courtesy of Philips ADAC TA (Tecnologie Avanzate)

21 Courtesy of Philips ADAC TA (Tecnologie Avanzate) al futuro. MR Virtual Simulation

22 al futuro. Adaptive Radiotherapy Courtesy of Philips ADAC TA (Tecnologie Avanzate)

23 Conclusioni La Simulazione Virtuale: i. È una metodica ii. È Accessibile a tutti e non esclusiva di alcuni iii. Necessita di pochi strumenti (CT, Laser, Marker, EPID, meglio se con un software di gestione dedicato) iv. E Veloce v. E Accurata vi. E Ripetibile vii. Garantisce qualità al trattamento, perché consente di identificare riferimenti certi, utilizzando informazioni cliniche 2D e 3D viii. È attuabile a qualsiasi distretto anatomico e a qualsiasi metodica (IMRT, IGRT e Stereotassi incluse) ix. È il presente e il futuro, anche se con metodiche 3D evolute, associate ad IGRT e Adaptive x. È applicabile anche a metodiche 4D (con Assistant Computer Method) xi. E Multimodale xii. Richiede attenzioni particolari nel QA e nell utilizzo degli strumenti ad essa dedicata, specie in fase di commissioning xiii. Consente l aumento della produttività, mantenendo lo stesso personale (I tempi di simulazione convenzionale con Medico e TSRM presenti, sono sicuramente ridotti in simulazione virtuale, una volta che la metodica è consolidata) In assoluto, consente ad ogni paziente di avere un Piano di trattamento con approccio 3D e una dosimetria completa per il piano stesso, in quanto tutte le metodiche, devono comunque prevedere uno studio CT e quindi un piano di trattamento 3D mediante Treatment Planning System e la verifica portale del trattamento... Se volete potere trovare qualche difetto alla metodica.

24 GRAZIE!!! A volte i sogni si avverano e gli sforzi si trasformano in risultati. Physics Groups: C.Danielli G.Guidi A.E.Francia G.Gottardi B.Franzoni L.Boni L.Morini D.Levoni Oncology Groups: F.Bertoni M.Parmiggiani P.Giacobazzi P.Antognoni S.Pratissoli G.Tolento e tutti i TSRM Grazie ai colleghi di Modena che collaborano tutti I giorni Gabriele Guidi Medical Physics Dpt. Azienda Ospedaliero - Universitaria di Modena Tel Tel [email protected] [email protected] Use the fantasy to escape from the troubles