Il gating respiratorio: dalla4DCT all’IGRT · Fisica Sanitaria -Radioterapia A.O.Città della Salute e della Scienza -Torino Movimento dovuto al respiro Ciclo di ISTERESI. 2 Associazione

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Associazione Italiana di Fisica MedicaCentro di Cultura Scientifica “A. Volta”

Scuola Superiore di Fisica in Medicina “P. Caldirola”(Direttore: M. Stasi)

LE NUOVE FRONTIERE DELLA TECNOLOGIA IN DIAGNOSTICA E TERAPIA:

DALLA FISICA ALLA MEDICINA

Roma, 27 Giugno 2013Responsabili Scientifici: M.D. Falco, A. Soriani

Coordinatore Scientifico: M Tavolozza

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

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Movimento dovuto al respiro

Left-right (mm)

Cranial-caudal (mm)

Anterior-posterior (mm)

0.5

1.0

1.5

2.0

0.5

1.0

1.5

2.0

0.5 1.0 1.5 2.0

Amplitude

Inhale

Exhale

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

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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

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 > 10Per gli Ipofrazionamenti i risultati sono buoni per l’alto numero di UM

per segmento.

conclusioni

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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

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tumor tracking

4DCTDue approcci comuni per il monitoraggio del respiro

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- phase binning:

10 series of images corresponding to 10 phases of respiratory cycle

Four dimensional CT (4D-CT)

Imaging/Target definition

8-10 X

0

50

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

L’ acquisizione

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Cicli respiratori acquisiti

BRT mediaAmplitudestandard

dev

σ > 0.2

18.8 17.2 0.20 45%

Statistica su 100 pazienti con 4DCT

Senza azioni correttive il 45% dei pazienti NON può fare la 4DTC

Problema : quanto il respiro è regolare ?

Respiration correlated (4-D) CT

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TORINO

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Problema:

Costanza del respiro

ACTIVE BREATHING CONTROL

CONTROLLARE I MOVIMENTI RESPIRATORI

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TRAINING RESPIRATORIO

Attivazione

sistema

Il paziente IMPARA a controllare il respiro

rendendolo il più regolare possibile

CTV = GTV

ITV10 phases= ITV derivedfrom contouring of all 10 phases of the 4DCT (CTV1, CTV2…CTV10)

4D-CT scan

Target Definition

10








Contouring 4D �� Velocity

Registrazione deformabile

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Trasformazione deformabile

Ad ogni voxel è associata una deformazione

Studio A Studio B

Transform

Vector Field

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TC riferimento

ITV unione

Registrazione Deformazionabile

Fase 1

Fase 2

(Fase n – average - …..)

Maximumexhale

Geometricalaverageposition

Maximuminhale

Planning Concepts For Breathing

Conventional

free

breathing

Internal

target

volume

Gating or

breath

holding

PTV

GTV

ITV

CTV

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Diminuzione dei margini � volumi

Mid ventilation

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Planning Concepts For Breathing

Maximumexhale

Geometricalaverageposition

Maximuminhale

Conventionalfree

breathing

Internaltarget

volume

Gating or

breath

holding

PTV

GTV

ITV

CTVTime-weightedaverageposition

Mid-position

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Treatment Process

4D planning CT4D planning CT Mid-ventilationMid-ventilation Treatment planTreatment plan

4D Volume View4D Volume View 4D image reg.4D image reg. Patient shiftPatient shift DeliveryDelivery

PlanningPlanning

TreatmentTreatment


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TPS : MONACO ver. 3.2

Calcolo Montecarlo

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI D ORINO

NSCLC 66 Gy

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UNIVERSITA’ DEGLI STUDI D ORINO

Il planning

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- CONE BEAM COMPUTED TOMOGRAPHY -

Synergy®, Elekta

Tubo a raggi X

Detettori a silicio a morfo

Acquisizione immagine

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1° fase: acquisizione planare

2° fase: ricostruzione volumetrica

3° fase: matching e

registrazione degli spostamenti

PROCEDURA D’ACQUISIZIONE E VALUTAZIONE DELLE IMMAGINI CBCT

CON BEAM CT

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4D VolumeView Imaging

Breathingcycle

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registrazione

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Patient Shift And Delivery

Margini vs movimento e strategia Riduzione dei margini vs strategia

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Margini vs densità

Mid ventilation + tumor registr.

Margini vs strategia

3

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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

Breathingcycle

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