JİNEKOLOJİK TÜMÖR RADYOTERAPİSİ İÇİN 2 VE 3medikalfizik.org/uploads/files/Hakan_eren.pdf · • CT-tabanlı planlama, anatomi ve katheter tanımında bazı otomasyonlara

JİNEKOLOJİK TÜMÖR RADYOTERAPİSİ İÇİN 2 VE 3

BOYUTLU BRAKİTERAPİ PLANLAMA UYGULAMALARI

Fiz. Yük. Müh. Hakan EREN

Brakiterapi (Küriterapi)

• Brakiterapi (BT) kelimesi eski Yunan kelimelerinden gelmektedir.

kısa, yakın

tedavi anlamına gelir.

• Brakiterapi, radyoaktif kaynakların ışınlanacak olan dokunun

yakınına veya içine yerleştirilmesiyle yapılan radyoterapinin bir

şeklidir.

• Bu tedavide, çevre dokularda hızlı bir doz düşüşüyle yüksek doz

lokal olarak tümöre verilebilir.

• ICRU’nun 38 No’lu Raporu’na göre, geniş klinik deneyime dayalı üç temel sistem serviks kanseri tedavisi için geliştirilmiştir:

– Stockholm Sistemi – Paris Sistemi – Manchester Sistemi

• 1938 yılında tanıtılan Manchester Sistemi, orijinal Paris Sistemi’nden

türetilmiş ve en yaygın kullanılan sistemdi. (Tod ve Meredith 1938)

Geleneksel 2D Görüntü-Tabanlı Planlama

• Manchester Sistemi aslında, uterus ve vajinanın şekil ve büyüklüğünden bağımsız serviksin yakınındaki A noktasına ~54 cGyh-1’lik sabit bir LDR dozu vermek için tasarlanmıştır (Şekil 1).

FIGURE 1 Definition of points “A” and “B” in the classical Manchester system. Point A is defined as being 2 cm lateral to the central canal of the uterus and 2 cm up from the mucous membrane of the lateral fornix, in the axis of the uterus. Point B is defined as being in the transverse axis through point A, 5 cm from the midline. In clinical practice where dose calculations are made from 2D or 3D images, point A is usually taken 2 cm up from the flange of the intrauterine source and 2 cm lateral from the central canal. (From International Commission on Radiation Units and Measurements (ICRU). Dose and Volume Specification for Reporting and Recording Intracavitary Therapy in Gynecology. Report 38 of ICRU, ICRU Publications, Bethesda, MD, 1985. With permission).

• Lastikten yapılan orijinal aplikatör bir intrakaviterin tandem ve radyum tüpleri tutan iki intravajinal ovoid'ten oluşuyordu.

• Modern uygulamaları rigid ve ayarlanabilir olup ayrıca 3D görüntüleme sistemleriyle tam uyumlu olabilir (Şekil 2).

FIGURE 2 Modern rigid, adjustable Manchester-style applicator fabricated from composite fiber tubing. The composite material mostly eliminates the distortions seen with traditional stainless-steel tubing in CT and MR images acquired to plan cervix brachytherapy treatments. (Courtesy of Nucletron, Veenendaal, The Netherlands.)

• Her bir hasta için hesaplanılan dozimetri tipik olarak, aplikatörlerin radyografilerinin kullanımıyla ve iki adet tamamlayıcı görüntüden elde edilen saran pelvik anatomisiyle gerçekleştirildi. (Gerbaulet ve ark. 2002)

• Radyoaktif olmayan dummy kaynaklar, kaynağın gerçek yerleşimini simule etmek için kullanılmıştır (Şekil 3).

FIGURE 3 Orthogonal radiographs for a typical treatment of cancer of the cervix with a Manchester-style applicator, illustrating active source positions (darker-filled circles) and bladder and rectum dose calculation points (lighter-filled circles). (a) AP projection; (b) lateral projection. (From Gerbaulet, A., Potter, R., Mazeron, J.-J., Meertens, H., and Van Limbergen, E. (eds.), 2002. The GEC-ESTRO Handbook of Brachytherapy. ESTRO, Brussels. With permission.)

3D Görüntü-Tabanlı Planlama

• Brakiterapi tedavi planlaması için CT görüntülerinin kullanımı hem serviks eklemleri (Lee ve ark. 1980) ve hem de interstisyel implantlar ( Elkon ve

ark. 1981) için ilk kez 1980 yılında rapor edildi.

• 1985’te ICRU’nun 38 No’lu Raporu, yerleştirilen dozimetrik referans noktalarının bir alternatifi olarak sadece çok kısa olarak CT’den bahsetti, 1997’de ICRU’nun 58 No’lu Raporu mevcut olduğunda, edilen ek bilgiler olarak DVH verilerini tespit etmişti.

• Günümüzde, ticari brakiterapi tedavi planlama sistemleri CT-tabanlı aplikatör/kaynak lokalizasyonu, 3D anatomik yapı tanımı ve DVH analizini desteklemektedir.

• 3D görüntüleme (CT ve MRI) kullanılarak tanımlanan limitler ve belirsizlikler anlaşılmalı ve hesaba katılmalıdır.

• Ancak hedef tanımı için 3D görüntülemeden gelen ilave bilgi; – OAR tanımlama

– Katheter ve aplikatörün yeniden yapılanması

– Doz planlama

genel tedavi kalitesini elde etmek için yardımcı olan önemli ölçüde daha fazla önem taşıyan güvenlik önlemleridir.

Pozisyonlanan Aplikatörler ile Görüntüleme

• 3D görüntüleri planlamanın toplaması, görüntüleme yöntemiyle uyumlu aplikatörlerin kullanımını gerektirir.

• Zırhlı veya zırhsız metalik aplikatörler CT görüntüleri üzerinde

güçlü artifaktlar oluşturur, aplikatörün tekrar yapılanması ve hedef tanımı için onları kullanılır hale getirir.

• CT ve MR uyumlu aplikatörler günümüzde ticari olarak mevcuttur.

Maliyeti azaltmak ve aplikatörlerin kullanılabilirliğini arttırmak için talep artışına katkıda bulunulmalıdır.

Çok Yöntemli Görüntülerin Füzyonu ve Kaydı

• 3D planlamanın en önemli avantajlarından biri hedef tanımı geliştirmek için farklı kaynaklardan gelen bilgileri biraraya getirme olasılığıdır.

• Bu 2D veya film-tabanlı planlamayla doğal olarak zordur.

• Yeni nesil planlama sistemleri genellikle CT veya MR’lı primer bir 3D görüntü veri setine bağlı tanımıyla 3D planlamaya izin verir.

Prob kaynaklı prostat bozulmasını modellemek gereklidir (Şekil 4).

FIGURE 4 (See color insert.) (a) Original acquisition image with the suspicious regions delineated. (b) Axial probe-out volume with the rotated, translated, and warped spectral delineations. (c) MRSI scores of 4 and 5 are delineated on the planning CT. (From Reed, G. et al., J Contemp Brachytherapy 1, 26–31, 2011. With permission.)

Yapı Tanımı: CTVs ve OARs

• EBRT ile benzer bir şekilde, ilgili anatomik yapılar konturlanır ve CTVs ve OARs’ları belirlemek için kullanılır. Burada CTVs ve OARs’lar sık sık brakiterapide aynı kabul edilir.

• 3D görüntüleme, tümör hedefleme ve OAR kaçınmasını arttırır ve daha doğru bir dozun raporlanması ve doz-yanıt eğrilerine izin verir.

1. Hasta (Op. Serviks Ca.) Hedef Hacim: CTV

Riskli Organlar: Rektum ve Mesane

Aplikatör Tanımı

• Marifetli yaklaşımlar yıllar üzerinden gelişmiş olmasına rağmen iki veya 2D’den daha fazla görüntülerden aplikatör koordinatlarının tekrar yerleşimi pratik olarak daha hassas ve zaman alıcıdır.

• 3D görüntülemeye giriş büyük ölçüde, anatomiyle göreli olan bir aplikatörün bazı bölgelerdeki ilgili koordinatlarını elde edilmesi işlerini kolaylaştırmıştır.

• CT-tabanlı planlama, anatomi ve katheter tanımında bazı otomasyonlara izin verir.

– Prostat HDR’sinde otomatik katheter yerleşimi kolaylıkla başarılabilir.

Longitidunal katheter ucu pozisyonlarının lokalizasyonlarındaki belirsizlik doz belirsizlikleriyle sonuçlanan farklı kesit kalınlıklarından kaynaklanır.

Aplikatörün Konturlanması

GYN Tandem + Ring

1. Hasta (Op. Serviks Ca.) Aplikatörün Tanımlanması

Aplikatör Offset Değerleri

Aplikatör Tipi Offset Değeri

Multichannel 7 mm

Ring 7 mm

Tandem 6 mm

Ovoid 6 mm

Bronş 3 mm

Kaynak Yükleme

• 3D görüntüleme; – Anatomiye bağlı katheter yerleşiminin görselleştirilmesi

– Hastanın her yerindeki doz hesaplaması

– Brakiterapi doğasının yerleşimleri ve genliklerinin değerlendirilmesi

– Dozimetrik endekslerin hesaplanmasını sağlar.

• Bunlar fizikçiye her hastanın anatomisine doz dağılımını kişiselleştirmesinin olanağını sağlar.

Kaynak Pozisyonlarının Aktivasyonu

1. Hasta (Op. Serviks Ca.) Kaynak Aktivasyonu

• Nokta

Katketer Noktaları

Hasta Noktaları

Basal Noktalar

Hedef Noktaları

CTV

HRCTV

Aplikatör Noktaları

Normalizasyon Metodları

1. Hasta (Op. Serviks Ca.) Normalizasyon

Dose Prescription

• Doz bir noktaya standart ise (Örneğin A Noktası) anatomi kontur kabiliyeti doz dağılımının daha fazla kesinliğini gerektirir. (Kim ve Ark. 2004)

1. Hasta (Op. Serviks Ca.) Dose Prescription

Dose Prescription

• 3D planlama sistemlerinin yeni nesli DVHs’leri oluşturabilir.

• Herhangi bir konturlu organın doz dağılımı onun DVH ile tanımlanabilir.

– Pratik olması için, bir DVH’ten birkaç hacimsel doz indisleri elde edebilirsiniz.

DVH Amaç Özellikleri

• Vn, reçete dozunun % n’sini alan ilgili bölgenin (ROI) hacmidir.

• Genel olarak V, ROI hacminin yüzdesi olarak bildirilir. – V100’ünü alan ROI hacminin yüzdesini gösterir.

• Dm, ROI hacminin %m’sini kapsayan minimum dozdur. – Dm, reçete edilen dozun yüzdesi olarak ya da sadece Gy olarak ifade

edilebilir. D90 (Gy) dolayısıyla ROI hacminin %90’ını kapsayan minimum dozu gösterir.

• Prostat kanseri için Stock ve ark. (1998) bezin (D90) %90’ına verilen doz, daha sonra teşhis edilen PSA nüks riski üzerine kritik bir etkiye sahiptir.

• D90 böylece prostat implantları için önemli bir reçete değeri haline gelmiştir.

• 2007’de tanımlanan RTOG (Radiation Therapy Oncology Group) 0321 protokolü (Hsu ve ark. 2010) HDR prostat brakiterapisi için bir kalite güvence süreci geliştirme ile görevlendirildi.

RTOG 0321 önerileri aşağıdaki gibidir:

1. Primer hedef hacmin (Vprostat 100>90%) en azından %90’ına reçete dozunun verilmesi,

2. Rektum ve mesanenin reçete dozunun %75’ini alan hacminin 1cc’den küçük olacak şekilde sınırlandırmak, (Vrektum75 ve Vmesane75 <1cc), ve

3. Reçete dozunun %125’ini alan üretra hacmini 1cc’den küçük olacak şekilde sınırlandırmaktır (Vüretra125 <1cc).

DVH Değerlendirme

• Hangi parametrenin ayarlanması gerektiğini hızlı şekilde belirler.

• Tüm bölgelerin doz dağılımlarını değerlendirir.

• Klinik olarak kabul edilmiş referans değerlerle mukayese eder.

1. Hasta (Op. Serviks Ca.) DVH Analizi (GEC-ESTRO)

Plan Değerlendirme

• 3D görüntüleme ve planlamanın girişinin en önemli faydalarından birisi anatomisiyle doz dağılımının uzaysal uygunluğunu doğrulama yeteneğidir.

• Her görüntü üzerindeki izodoz, konformite ve doz dağılımların kaçağını görebilir.

• Eğer varsa sıcak noktaların varlığı ve lokalizasyonu basit bir görselleştirme ile değerlendirilebilir.

• Kantitatif olarak, doz dağılımı genellikle DVH’den türetilen dozimetrik endekslerin sınırlı bir miktarı kullanılarak değerlendirilir.

• Modern planlama sistemleri, her doz değişiminden sonra otomatik olarak DVH’leri update etme ve beklenen değerlerle karşılaştırma yapabilme yeteneğine sahiptir.

Plan Optimizasyonu

• Tedavi hacmindeki uygun sayı ve onların en iyi pozisyonlaması planlama sürecinin sonuçlarıdır.

• HDR brakiterapide doz, kaynak dwell sürelerinin değiştirilmesiyle kontrol edilir – İmplante edilmiş katheter boyunca yerleştirilen noktalarda harcanan

sürelerdir.

• Plan optimizasyonu, bir sistem kullanıldıktan sonra doz dağılımını manuel bir değişikliği olarak ifade edilir.

Plan Optimizasyon Metodları

• Manual dwell weights/times

• Graphical optimization

• Points optimization

1. Hasta (Op. Serviks Ca.) Plan Optimizasyonu

Graphical Optimization

Tandem + Çift Ovoid

Tandem + Çift Ovoid (DVH)

2-Boyutlu Planlama

Farklı Brakiterapi Uygulamaları - MR Tabanlı Multi Channel Planlaması

Farklı Brakiterapi Uygulamaları - MR Tabanlı Multi Channel Planlaması (DVH)

Invers Planlama

• Invers planlamada istenilen doz dağılımı veya klinik amaçlarla başlanır ve sonrasında başarılacak tedavi parametreleri belirlenir.

• Invers Planlama, konvansiyonel tedavi planlama yaklaşımının tersidir. – Forward planlamada tedavi parametreleri ilk olarak seçilir ve sonrasında

sonuçlanan doz dağılımı hesaplanır ve değerlendirilir.

• CTVs ve OARs’ların CT ve MRI konturları sadece görsel değerlendirme ve DVH hesaplaması için anatomi belirlemek değil aynı zamanda doz dağılımı optimize sürecine rehberlik etmek için kullanılır.

• IPSA, invers planlama optimizasyon sisteminin bir örneğidir.

• Yaygın olarak kullanılabilmektedir. (Lessard ve Pouliot 2001)

• IPSA optimizasyon aracı brakiterapinin herhangi bir tipi için otomatik olarak ve birkaç saniye içinde planları üretmek için tasarlanmıştır.

• Bu tedavi planları özellikle her hasta için optimize edilir. Çünkü, tüm rutinde hastanın özel anatomisiyle kontrol edilir.

• IPSA; görüntülenen katheterlerde, konturlanan anatomi ve doz objektif parametrelerine göre aktif dwell pozisyonları ve onların optimal dwell sürelerini tespit eder.

IPSA: Inverse Planning by Simulated Annealing

Tedavi Örneği Tedavi Planı

Problemi Tanımla

IP

• Her tür hedefi optimize eder • Global (Lokal min’den kaçınır ve global min’a yaklaşır) • Hızlı (Unique Design)

Problemi

Çöz

SA

Dose Evaluation

dij = Sk L G(rij,qij) F(rij,qij) g(rij) G(ro,qo)

Bir noktadaki doz hızı(Gy/sec)

Di = ∑j dij tj

Verilen bir noktadaki doz (Gy)

IPSA: Algorithm Overview

Wi=

if Di<Dmin

if Di>Dmax

if Dmin≤Di≤Dmax

wmin |Di-Dmin|

wmax |Di-Dmax| 0

Verilen bir noktadaki ceza

Pe

nal

ty

Min < Dose < Max or Wi=

Doz noktası

Dwell pozisyon j

Brakiterapide IPSA

• Klinik dozimetrik gereksinimlerle hasta bilgilerini entegre eder,

• Daha hızlı ve daha tekrarlanabilir planlama işlemidir,

• Daha iyi hedef kapsaması ve organ koruması sağlamaktadır.

Özellikle kompleks topografi ve aplikasyon tekniklerinde

IPSA Prostat

IPSA Prostat (DVH)

TEŞEKKÜRLER…