“La Radioterapia nel cancro della
mammella: indicazioni e tecnica”
NOVITÁ NEL PLANNING
Radioterapia
della mammella e dosi di radiazioni
Taranto
19 giugno 2010:
“NOVITÁ NEL PLANNING" al cuore
Radioterapia della mammella e
dosi di radiazioni al cuore
Relatori:
Luca Grimaldi
Le tecniche più utilizzate
1a – fasci tangenziali a campi filtrati (2Tang)
2a – 2-arc (di 20° circa in configurazione 2Tang)
3a – P-arc (partial arc): 1 static field medial + 1 arc
lateral
4a – IMRT a 7 fasci equispaziati
5° - Pendulous irradiation
La tecnica dei campi filtrati
La tecnica dei campi filtrati
BEV int
best fit collimator
BEV int
isodose 100%
La tecnica del field in field
Axial A+B+C+D Dose A+B+C+D
A
C
La tecnica del field in field
B
D
IMRT
Wedge è un esempio di modulazione di fluenza (di energia di particelle)
ma non di intensità di fluenza (di energia di particelle)
Forward IMRT manual based
Segmento A+B+C+D
Weight 100% 8% 8% 8%
Indicazioni per l’ottimizzazione
9 sMLC > 5 UM (per evitare le iniziali fluttuazioni del profilo
del fascio)
9 stesso angolo del gantry
9 stesso angolo di collimatore
9 peso dei sottocampi pari a 10-20% del peso dei segmenti
iniziali
9 evitare campi con S < 4 cm x 4 cm
9 Dmax<105% durante ottimizzazione
9 N° segmenti da 3 a 5 in base al volume della mammella
9 isocentro a metà spessore attraversato, per facilitare la fase del
weighting dei fasci
9 segmenti sempre a coppie
9 segmenti conformati in BEV sull’isodose del 100% del
segmento maggiore
9 DVH integrale e differenziale
La tecnica del field in field
DVH cumulativo - PTV
FIF
WEDGE
La tecnica del field in field
FIF
FIF
WEDGE
WEDGE
DVH differenziale
La tecnica del field in field
DVH (lung)
La tecnica del field in field
DVH (heart)
DVH (heart)
FIF
WEDGE
La tecnica del field in field
DVH (lad) left anterior descending artery
FIF
WEDGE
FIF vs Wedged
+ maggior uniformità dose
+ riduzione hot spot
+ riduzione dose oar
+ minori UM erogate
+ poco operatore dipendente
+ meno incertezze
dosimetriche
+ utilizzo solo una E(6 MV)
+ no pre-treatment (IMRT)
- tempo apprendimento
tecnica
- tempo irraggiamento (+23 min)
Come sono stati interpretati i dati
V97%-103%=V97%-V103% Uniformity Index
6
DVH DIFFERENZIALE
volume
5
4
WEDGE
FIF
3
62.6%
84.2%
2
1
0
84
86
88
90
92
94
96
98
100
102
104
106
108
110
dose %
PTV(97%-103%) FIF/PTV(97%-103%)WEDGE=1.35
112
114
116
I risultati (30 pz)
Guadagno in uniformità:
PTVFIF(97%-103%) / PTV WED(97%-103%)=1.53
Risparmio degli OAR:
Dmedia FIF (HEART) / Dmedia WED (HEART)= 0.90
D2% FIF (HEART) / D2% WED (HEART)= 0.86
Dmedia FIF (LAD) / Dmedia WED (LAD)= 0.93
D2% FIF (LAD) / D2% WED (LAD)= 0.82
Dmedia FIF (LUNG) / Dmedia WED (LUNG)= 0.89
D2% FIF (LUNG) / D2% WED (LUNG)= 0.92
Parametrizzazione geometrica
Y
α
X
Indipendenza dal volume del target
Y
αX
PTV(97-103%) fif / PTV(97-103%) wedge
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
0
200
400
600
800
PTV (cm3)
1000
1200
1400
1600
La fif conviene per toraci più spessi
αX
2
3.5
PTV(97-103%) FIF / PTV(97-103%) WEDGE
Y
R = 0.5467
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
9
10
11
12
Y(cm)
13
14
La dose media al cuore aumenta con α
Y
αX
FIF
14.2
2
Dmedia (heart) (%)
12.2
R = 0.6327
10.2
8.2
6.2
4.2
2.2
0.2
60.0
65.0
70.0
75.0
80.0
α(°)
85.0
90.0
95.0
La D2% al cuore aumenta con α
Y
αX
100.0
FIF
90.0
D2%(heart) (%)
80.0
R2 = 0.493
70.0
60.0
50.0
40.0
30.0
20.0
10.0
0.0
60.0
65.0
70.0
75.0
80.0
α(°)
85.0
90.0
95.0
La dose media al cuore aumenta con il
volume del PTV
Y
αX
12.0
R2 = 0.506
Dmean (heart)%
10.0
8.0
6.0
4.0
2.0
0.0
0
500
1000
3
PTV (cm )
1500
La D2% del cuore aumenta con il volume del
PTV
Y
αX
120.0
R2 = 0.5507
D2%(heart)%
100.0
80.0
60.0
40.0
20.0
0.0
0
500
1000
3
PTV (cm )
1500
Riassumendo:
Y
αX
9 Il guadagno in uniformità è indipendente dal volume del
target
9 Il guadagno in uniformità aumenta con lo spessore Y del
paziente
OAR
• La Dmedia e la D2% al cuore aumenta con α e le
dimensioni del PTV
la tossicità in cute:
wedged beams
field in field
100%
100%
90%
90%
80%
80%
70%
70%
60%
60%
50%
50%
40%
40%
30%
30%
5a
4a
20%
10%
3a
week
2a
0%
G0=
1a
G1=
G2=
5a
4a
20%
10%
3a
2a
0%
G0=
1a
G1=
G3=
acute skin toxicity
33 pz con WEDGED
acute skin toxicity
G2=
G3=
30 pz con FIF
week
BED = Biological Effective Dose
⎛
⎞
⎛
⎞
⎜
⎜
nd 2
d ⎟
d ⎟
= nd ⋅ ⎜1 +
= nd +
BED = D⎜1 +
⎟
⎟
α
α ⎟
α ⎟
⎜
⎜
β
β⎠
β⎠
⎝
⎝
α= radiosensibilità intrinseca; ln N cellule danneggiate in modo
irreparabile
β= ln N di cellule danneggiate in modo riparabile per unità di Gy2
(capacità di ripopolamento)
Equivalent Total Dose
⎛
⎞
⎛
⎞
⎛
⎞
⎛
⎞
⎜
⎜
⎜ 2(Gy) ⎟
⎜ 2(Gy) ⎟
d ⎟
d ⎟
D⎜ 1 +
⎟ = nd ⋅ ⎜1 + α ⎟ = BED = n' d'⋅⎜1 + α ⎟ = D'⋅⎜1 + α ⎟ = EQD ⋅ RE
α
⎜
⎜
⎜
⎜
β ⎟⎠
β ⎟⎠
β ⎟⎠
β ⎟⎠
⎝
⎝
⎝
⎝
⎛
⎞
⎜ d(Gy) ⎟
⎜1 + α ⎟
⎜
⎟ BED
β
⎠=
EQD = D ⋅ ⎝
RE
⎛
⎞
⎜ 2(Gy) ⎟
⎜1 + α ⎟
⎜
⎟
β
⎝
⎠
DVH normalizzato a 2 Gy
'
n ' ⋅ d i(2Gy)
60
d i (Gy)
1+
α
β
= n idi
⎛
⎞
⎜ 2(Gy) ⎟
⎜1 + α ⎟
⎜
⎟
β
⎝
⎠
V(cm3)
50
40
30
20
10
0
1.50
D(Gy)
1.60
1.70
1.80
1.90
2.00
2.10
2.20
2.30
DVH normalizzato a 2 Gy
'
n ' ⋅ d i(2Gy)
60
d i (Gy)
1+
α
β
= n idi
⎛
⎞
⎜ 2(Gy) ⎟
⎜1 + α ⎟
⎜
⎟
β
⎝
⎠
V(cm3)
50
40
30
20
10
0
1.50
D(Gy)
1.60
1.70
1.80
1.90
2.00
2.10
2.20
2.30
DVH normalizzato a 2 Gy
'
n ' ⋅ d i(2Gy)
10
d i (Gy)
1+
α
β
= n idi
⎛
⎞
⎜ 2(Gy) ⎟
⎜1 + α ⎟
⎜
⎟
β
⎝
⎠
DVH cum norm 2 Gy
DVH cum
3
Vol (cm )
8
6
4
2
0
0.00
1.00
2.00
Dose (Gy)
3.00
Modello seriale con parametri di G. Gagliardi
P(D) = 2
) ⎤⎥
−exp ⎡⎢ eγ (1− D
D
50 ⎦
⎣
Probabilità per dose uniforme
s Δv i ⎤
⎡
n ⎡
n
) ⎤⎥ ⎞ ⎤
− exp ⎡⎢ eγ (1− D
⎛
Δ
v
⎡
⎤
D50 ⎦
i
⎟ ⎥ ⎥
P = ⎢1 − ∏ 1 − P ( Di ) s ⎥ = ⎢1 − ∏ ⎢1 − ⎜⎜ 2 ⎣
⎟ ⎥ ⎥
⎢
⎢
1
1
⎣
⎦
⎠ ⎦ ⎥
⎣ ⎝
⎢⎣
⎦
[
]
1
s
D50 = 50% complicance
γ= maximum slope
1
s
Il DVH differenziale del PTV + Boost. Picchi grandi e piccoli
I primi risultati
Probabilità di morte per infarto
miocardico (WEDGE)
Pmedia(WEDGE) = 0.91%
Probabilità di morte per
infarto miocardico (FIF)
Pmedia(FIF) = 0.53%
wedge
fif
25
#pz
20
15
R=0.61
10
5
0
0%
2%
4%
6%
P(%) cardiac mortality
8%
10%
Constraint dosimetrici e probabilità di morte per infarto miocardico
7%
2
wedge
R = 0.7967
6%
5%
P(%)
P < 1%
4%
3%
2%
1%
0%
0
10
20
30
40
50
60
3
V30Gy(cm )
7%
FIF
2
R = 0.7563
6%
P(%)
V30Gy<
5%
20cm3
4%
3%
2%
1%
0%
0
10
20
30
40
3
V30Gy(cm )
50
60
Constraint dosimetrici e probabilità di morte per infarto miocardico
7%
R2 = 0.8605
wedge
6%
P < 1%
P(%)
5%
4%
3%
2%
1%
0%
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
V40Gy(cm3)
7%
FIF
R2 = 0.8816
6%
5%
P(%)
V40Gy<
10cm3
4%
3%
2%
1%
0%
0
5
10
15
20
25
3
V40Gy(cm )
30
35
40
45
Constraint dosimetrici e probabilità di morte per infarto miocardico
7%
wedge
6%
R2 = 0.9813
P < 1%
P(%)
5%
4%
3%
2%
1%
0%
0
5
10
15
20
25
30
3
V50Gy(cm )
7%
FIF
R2 = 0.9876
6%
5%
P(%)
V50Gy<
2cm3
4%
3%
2%
1%
0%
0
5
10
15
20
3
V50Gy(cm )
25
30
Constraint dosimetrici e probabilità di morte per infarto miocardico
7%
wedge
y = 2E-11x5.2261
2
P(%)
6%
R = 0.9741
5%
4%
P < 1%
3%
2%
1%
0%
0
10
20
30
40
50
60
70
80
D2cm3(Gy)
y = 1E-11x5.3891
7%
FIF
2
R = 0.9804
P(%)
6%
D2cm3< 42 Gy
5%
4%
3%
2%
1%
0%
0
10
20
30
40
D2cm3(Gy)
50
60
70
Constraint dosimetrici e probabilità di morte per infarto miocardico
7%
wedge
P(%)
6%
P < 1%
y = 6E-12x
5.4297
2
R = 0.984
5%
4%
3%
2%
Dose constraints
Volume constraints
1%
0%
0
10
20
30
40
50
60
70
80
D1cm3(Gy)
V30Gy < 20cm
D2cm3 < 42Gy
3
7%
FIF
y = 3E-12x
6%
5.5995
2
<10cm
D1cm3<V40Gy
44 Gy
3
P(%)
R = 0.9931
D1cm3 < 44Gy
5%
4%
3%
V50Gy < 2cm3
2%
1%
0%
0
10
20
30
40
D1cm3(Gy)
50
60
70
Stima del danno da radiazioni al cuore e la dmax
dmax(mm)
Y
X
Toraci e toraci
Y
Y
X
X/Y=1.44
X
X/Y=1.93
Probabilità vs dmax
7%
WEDGE
P(%)
6%
5%
4%
X/Y<1.6 (85% dei casi)
3%
α>70° (83% dei casi)
2%
1%
0%
-20
-10
0
dmax(mm)
10
20
30
Probabilità vs dmax
6%
FIF
P(%)
5%
4%
X/Y<1.6 (88% dei casi)
3%
α>70° (75% dei casi)
2%
1%
0%
-20
-10
0
dmax(mm)
10
20
30
Osservazioni
(Gagliardi G. et al, Radiation Dose-Volume Effects in
the heart, Int. J. Radiation Oncology Biol. Phys (2010),
Vol 76, 3, S pp77-85)
La porzione di cuore irradiato è sotto il bordo dei collimatori;
l’accuratezza dosimetrica varia a seconda del TPS utilizzato
La correzione per la disomogeneità per la bassa densità del
polmone non è valutata correttamente dagli algoritmi di calcolo
La dose calcolata e realmente assorbita dipendono dal set-up
I parametri derivati dai vari modelli sono basati su un numero
limitato di dati clinici e le frazioni che sono state utilizzate non
coprono un ampio range, ma noi cerchiamo di applicarli anche
se siamo nell’era dell’ipofrazionamento
Grazie per l’attenzione
“Gruppo Regionale AIRO
APPULO-LUCANO”
Taranto 19 giugno 2010:
NOVITÁ NEL PLANNING
Radioterapia della mammella e dosi di
radiazioni al cuore
Luca Grimaldi – UO Fisica Sanitaria - Brindisi