Il gating respiratorio : dalla 4DCT all IGRT

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1 Il gating respiratorio : dalla 4DCT all IGRT Giglioli Francesca Romana Fisica Sanitaria - Radioterapia A.O. Città della Salute e della Scienza - Torino Movimento dovuto al respiro Ciclo di ISTERESI 1

2 Cranial-caudal (mm) 2.0 Movimento dovuto al respiro Amplitude Exhale Inhale Anterior-posterior (mm) Left-right (mm) Direzione di maggior spostamento : CRANIO-CAUDALE (95% dei tumori < 1.34 cm Distribuzione anisotropica dei movimenti Il movimento è principalmente correlato allo spostamento del diaframma 2

3 Simulato movimento respiratorio con diverse potenze della funzione sin(x) Analizzato variazione dose vs MU/segmento Analizzati entità e impatto radiobiologico della variazione di dose vs MU/seg conclusioni Problema quando le UM per segmento sono comparabili con il ciclo respiratorio Poche UM per segmento possono avere effetto di interplay legato al controller dell MLC L effetto meno consistente con molti campi UM/segm > 10 Per gli Ipofrazionamenti i risultati sono buoni per l alto numero di UM per segmento. 3

4 Quali strategie per considerare il MOVIMENTO del respiro IGNORARLO CONTENERLO : BREATH HOLD BODY FIX COMPRESSORE TRACCIARLO : CYBERKNIFE EXATRACK 4DCT - GATING Considerare il movimento ITV : considerare il movimento basato sulla TC 4D Tiene contro del movimento nel disegno del volume bersaglio Ottimizza il piano sulla base degli spostamenti respiratori GATING : Dinamico : eroga la dose quando il tumore è compreso nel campo di radiazione Breath hold: forza il respiro del paziente in una posizione e irradia TUMOR TRACKING : l irradiazione segue il tumore durante il respiro 4

5 tumor tracking 4DCT Due approcci comuni per il monitoraggio del respiro 5

6 Imaging/Target definition Four dimensional CT (4D-CT) - phase binning: 10 series of images corresponding to 10 phases of respiratory cycle X L acquisizione Il pitch è funzione della frequenza di respiro (breath rate) e del tempo di rotazione : il lettino non può spostarsi più della lunghezza di un rivelatore prima di aver compiuto un ciclo respiratorio : pitch << 1 6

7 Statistica su 100 pazienti con 4DCT Cicli respiratori acquisiti BRT media Amplitude standard dev σ > % Senza azioni correttive il 45% dei pazienti NON può fare la 4DTC Respiration correlated (4-D) CT Problema : quanto il respiro è regolare? UNIVERSITA DEGLI STUDI DI TORINO 7

8 Problema: Costanza del respiro ACTIVE BREATHING CONTROL CONTROLLARE I MOVIMENTI RESPIRATORI 8

9 TRAINING RESPIRATORIO Attivazione sistema Il paziente IMPARA a controllare il respiro rendendolo il più regolare possibile Target Definition 4D-CT scan CTV = GTV ITV 10 phases= ITV derived from contouring of all 10 phases of the 4DCT (CTV 1, CTV 2 CTV 10 ) 9

10 Contouring 4D Velocity Registrazione deformabile UNIVERSITA DEGLI STUDI DI TORINO 10

11 Trasformazione deformabile Ad ogni voxel è associata una deformazione Transform Studio A Vector Field Studio B 11

12 Fase 1 Registrazione Deformazionabile ITV unione Fase 2 TC riferimento (Fase n average -..) Planning Concepts For Breathing Conventional free breathing Internal target volume Gating or breath holding Maximum exhale Geometrical average position Maximum inhale CTV GTV PTV ITV 12

13 Diminuzione dei margini volumi Mid ventilation 13

14 Planning Concepts For Breathing Conventional free breathing Internal target volume Gating or breath holding Mid-position Maximum Timeweighted exhale Geometrical average average position position Maximum inhale CTV GTV PTV ITV 14

15 Treatment Process Planning 4D planning CT Mid-ventilation Treatment plan 4D Volume View 4D image reg. Patient shift Delivery Treatment UNIVERSITA DEGLI STUDI DI TORINO 15

16 TPS : MONACO ver. 3.2 Calcolo Montecarlo NSCLC 66 Gy UNIVERSITA DEGLI STUDI D ORINO 16

17 Il planning UNIVERSITA DEGLI STUDI D ORINO 17

18 - CONE BEAM COMPUTED TOMOGRAPHY - Detettori a silicio a morfo Synergy, Elekta Tubo a raggi X Acquisizione immagine 18

19 PROCEDURA D ACQUISIZIONE E VALUTAZIONE DELLE IMMAGINI CBCT 2 fase: ricostruzione volumetrica 1 fase: acquisizione planare 3 fase: matching e registrazione degli spostamenti CON BEAM CT 19

20 4D VolumeView Imaging Breathing cycle 20

21 registrazione 21

22 Patient Shift And Delivery Margini vs movimento e strategia Riduzione dei margini vs strategia 22

23 Margini vs densità Margini vs strategia Mid ventilation + tumor registr. 3 23

24 CONSIDERAZIONI 1) Lo sforzo di seguire il respiro deve portare ad una riduzione dei margini 2) occorre risolvere il problema della coerenza tra TC (average fase n) e mmagine di cone beam ( free breathing mid ventilation) 3) sicuramente il GATE della macchina che eroga il trattamento (beam on in UNA fase respiratoria) potrà consentire una ulteriore riduzione dei margini. (problema del dose rate) 4D VolumeView Imaging Breathing cycle 24