DOSIMETRIA CON SISTEMI EPID:

DAL 1D AL 3D

Prof. Angelo Piermattei

Istituto di Fisica e UOC Fisica Sanitaria

Università Cattolica S. Cuore - Roma

AIFM 2007

Dosimetria in vivo mediante EPID: attività nazionali ed internazionali.

AIFM 2009

Risultati preliminari di una procedura generalizzata per tutti i linac.

AIFM 2011

Le ricerche condotte sul tema dosimetria in vivo hanno portato al

riconoscimento di un progetto finanziato per tre anni da parte

dell’INFN-MED.

INFN-MED è una sezione del gruppo V dell’Istituto

Nazionale di Fisica Nucleare (INFN).

Il suo obiettivo è il finanziamento di progetti strategici

nel settore della ricerca applicata in fisica medica.

Il progetto DISO

si inserisce nell’ambito delle ricerche finalizzate

all’Assicurazione di Qualita’ in Radioterapia

1. Taratura dei fasci

2. Implementazione del TPS

3. Esecuzione del trattamento

La dosimetria in vivo

è la verifica finale a

conferma di una

corretta applicazione

di un protocollo di

Assicurazione di

Qualità

In particolare il progetto rientra tra le ricerche per estendere

l’impiego degli EPID alla ricostruzione in-vivo della dose in paziente.

January 23, 2010

January 26, 2010

January 27, 2010

…. in Francia

Nel 2007 il Ministero francese della Salute aveva diramato una circolare che

indicava gli interventi per la sicurezza in radioterapia, con particolare riferimento

alla dosimetria in-vivo.

Successivamente in riferimento ad incidenti (sovradosaggi) si sollecitavano tutte le

categorie professionali a mettere in opera rapidamente una serie di tecniche

supplementari per la sicurezza, come :

L’applicazione della dosimetria in-vivo .

L’organizzazione di un piano di controlli di qualità.

La presenza dei medici in tutte le fasi di controllo del piano di cura.

La formazione dei fisici alla luce delle tecniche radioterapiche.

Dal 2012 in Francia la dosimetria in-vivo si renderà obbligatoria

per i pazienti sottoposti a radioterapia.

……e in Italia ?

In Italia un gruppo di lavoro coordinato dall’Istituto Superiore di Sanità è al lavoro per la stesura di nuove

linee guida in radioterapia.

Per quanto riguarda la dosimetria in-vivo è auspicabile un avvicinamento alle direttive francesi e a quelle di alcuni paesi scandinavi che vedono questa tecnica

ormai obbligatoria per ogni paziente.

Progetto DISO per la

ricostruzione della dose

isocentrica in paziente

Website: www.infndiso.altervista.org

Associati INFN Angelo Piermattei Roma

Luigi Azario Roma

Savino Cilla Campobasso

Andrea Fidanzio Roma

Maria Teresa Russo Viterbo

Sergio Zucca Cagliari

Contrattisti Francesca Greco Roma

La prima fase del progetto DISO (2011)

La realizzazione di un software dedicato che prevede:

• la ricostruzione della dose isocentrica (1D), mappe e profili di

segnali EPID (quasi 2D) per tecniche radioterapiche 3D-CRT

utilizzanti fasci con e senza filtro

• la riduzione dei tempi di commissioning per qualsiasi fascio di

raggi x fornito dai linac Varian, Elekta e Siemens, equipaggiati

con sistemi aSi EPID

• l’interfacciamento del software al sistema R&V del centro,

permettendo la ricostruzione dosimetrica dopo il trattamento

radioterapico, in un tempo medio di 20 s per fascio

Il metodo di ricostruzione della dose in paziente si basa sull’uso

di funzioni di correlazione

-d

. x

c)

Source

b)

+d

s0’t

x

Source

SAD

Source

a)

s0t

x

D0

w L

L L

isows lin MVt w/20

0

iso

k k f (d,L)S TMR

k F (I, w,L)D

I= TPR20,10 fasci non filtrati

I= WAF fasci filtrati

00 t

0

s (I, w,L)F (I, w,L) =

D (I, w,L)

s0’t

0

tMV 0'

t

s (I, w,L)f (d,L)

s (I, w,L,d)

0

0D (I,w,L) D(I,w,L) k

0

SAD

1 cGy / MUk

D1)

2)

s

1 cCU / MUk

s

0

t t ss (I,w,L) s (I,w,L) k

CU

au

3)

4)

L=10 cm

L

SAD

dref = 10 cm

SED

L

s EPID

SAD

w=22cm

Procedure di taratura dei fasci e dei segnali EPID

Misure effettuate su 57 fasci (19 senza filtro, 38 con filtro) di 8 linacs presso

5 centri, hanno permesso di ottenere i valori generalizzati per il rapporto:

Superfici dei rapporti generalizzati per fasci non filtrati di lato L=4, 10, 20 cm

(dal basso verso l’alto)

0

0 t

0

s (I,w,L)F (I,w,L) =

D (I,w,L)

I livelli di tolleranza scelti sono: 6% per i tumori del polmone

5% per le neoplasie degli altri

distretti anatomici.

1. Variazione del set-up

2. Presenza di mezzi attenuatori: Sbarre di supporto lettino

4. Variazione spessori anatomici : Bolla d’aria nel retto in fase di pianificazione del trattamento

5. Variazione spessori anatomici: Comparsa atelettasia

G 357°

old new

DISO (Gy)= 0.383

UM= 30.6

1.01

Data RISO

19-giu-07 1.02

20-giu-07 1.01

21-giu-07 1.00

26-giu-07 1.00

27-giu-07 1.07

29-giu-07 1.13

30-giu-07 1.13

10-lug-07 1.09

12-lug-07 1.10

18-lug-07 1.10

24-lug-07 1.08

1.07

DISO (Gy)= 0.404

UM= 30.6

Data RISO

19-giu-07

20-giu-07

21-giu-07

26-giu-07

27-giu-07 0.95

29-giu-07 1.01

30-giu-07 1.01

10-lug-07 0.97

12-lug-07 0.98

18-lug-07 0.98

24-lug-07 0.96

0.98

R*= 0.99

0.82

0.88

0.94

1.00

1.06

1.12

1.18

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

check number

R

Angle 229°

Angle 60°

Angle 293°

2 CT

1 CT

6. Pazienti con graduale regressione della malattia

Scansione CT all’isocentro ottenuta all’inizio del

trattamento

Scansione CT all’isocentro ottenuta dopo 7

controlli dosimetrici

Risultati ottenuti durante il 2011

1. Cambiamenti della morfologia del tumore o del paziente

2. Errori nel set-up del paziente

3. Presenza di sacche di gas a livello pelvico

4. Presenza di attenuatori sui fasci

5. Non corretta implementazione di un filtro a cuneo

6. Non corretta calibrazione dei numeri CT

7. Non corretta taratura dell’ output factor

Cause che hanno

determinato risultati

dei test fuori tolleranza

A.Piermattei, A. Fidanzio, L. Azario, L. Grimaldi, G.D’Onofrio, S. Cilla, G. Stimato, D. Gaudino, S. Ramella, R. D’Angelillo,

F. Cellini, L. Trodella, A. Russo, L. Iadanza, S. Zucca, V. Fusco, N. Di Napoli, M. A. Gambacorta, M. Balducci, N. Cellini, F.

Deodato, G. Macchia, A. Morganti

Conclusioni della prima fase del progetto a fine 2011

La procedura dovrà risultare facilmente applicabile nei centri

radioterapici, richiedendo poche e rapide misure d’implementazione

della procedura (TPR20,10, WAF, k0, ks, klin).

Il controllo dosimetrico dovrà presentarsi in quasi-tempo reale su

un PC portatile.

Il TRM potrà essere autonomo in fase di esecuzione del test.

Il metodo potrà offrire un rapido confronto tra Radioterapista,

Fisico e TRM per l’attuazione di procedure di correzione da adottare

in caso di presenza di errori dosimetrici o variazioni morfologiche

del bersaglio .

Conclusioni della prima fase del progetto a fine 2011

E’ prevista l’installazione del software dedicato e la realizzazione di

test per le tecniche 3D-CRT presso seguenti centri:

1.UCSC Policlinico Universitario A. Gemelli - Roma

2.Fondazione di Ricerca e Cura ‘Giovanni Paolo II’ - Campobasso

3.Ospedale Belcolle - Viterbo

4.IRCCS - Centro di Riferimento Oncologico Basilicata - Rionero (PZ)

5.Ospedale Businco - Cagliari

6.Università Campus Biomedico - Roma

7.USI – Clinica Marco Polo - Roma

E’ in fase di studio una procedura di accreditamento del

software DISO a livello CE

E’ stata avviata una fase di ‘agreement’ commerciale con la ‘Best

Medical Italy’.

Applicazione della procedura per tecniche

intensità modulata (IMRT)

cinetiche (Arc Therapy)

La seconda fase del progetto (2012)

Diso Reconstruction

i

CSD tISO ,'

40°

70°

1,00

0,75

0,25

Cα

(G

y/p

C)

Sα

,t (

pC

)

3,8

2,8

1,8

Angolo α

40 50 60

40 50 60

…..…non tutti gli EPID sono oggi in grado di fornire le immagini relative ad ogni frame

(0.3 secondi)

i i

i i

c c

IMRT STAT

f / N f / N

FIf f

Campo Multileaf: IMRT

fc

fi

×

Campo quadrato equivalente

fc

fi

×

-10 -5 0 5 10 -10 -5 0 5 10

FI<1 FI=1

-10 -5 0 5 10

FI>1

0

IMRT

MV 0

Fk (L,FI)

F

Al fine di utilizzare la stessa equazione generalizzata

sviluppata per campi aperti, anche per la IMRT step-shoot e

slide-windows, sono stati analizzati tre problemi:

1.Studio della risposta dell’EPID in presenza di radiazioni trasmesse attraverso

il sistema MLC.

2.La determinazione dei fattori di correzione kMV(L,FI) per le funzioni

generalizzate F0 (TPR, w, L) ottenute per fasci aperti.

3.La determinazione del campo quadrato equivalente per campi IMRT.

isows lin MVt w/20

0 MV

iso

k k f (d,L)S TMR

k F (TPR, w,L) k (L,FI)D

1. La correzione del segnale St dell’EPID, dovuta alla

radiazione trasmessa attraverso l’MLC può superare il 10%

per la tecnica slide-window a causa dell’erogazione continua

del fascio. La correzione dipende infatti dalle UM erogate

con MLC chiuso.

2. Il parametro kMV (L,FI) è compreso tra -1% e 3%.

3. Il campo equivalente L per i fasci IMRT può essere definito

tenendo conto dell’area e del perimetro del campo integrale.

isows lin MVt w/20

0 MV

iso

k k f (d,L)S TMR

k F (TPR, w,L) k (L,FI)D

0.90

0.95

1.00

1.05

1.10

R

Gantry 36° step-shoot realizzato con 8 sequenze

Valori dei rapporti R=Diso/Diso,TPS per tre test

dosimetrici effettuati su ognuno dei 5 campi IMRT

Confronto fra due profili di segnale di transito per la verifica della

riproducibilità dell’irraggiamento. 36° 180° 315° 108° 252°

Gantry

36°

Gantry

108°

R

La terza fase del progetto DISO (2013) prevede per le tecniche statiche

(3DCRT o IMRT), la ricostruzione dosimetrica su piani (2D) passanti per

l’isocentro, da realizzarsi con le funzione di correlazione ottenute sull’asse e fuori

asse della fluenza integrata sull’EPID

Se tale procedura avrà successo sarà possibile estendere la ricostruzione

dosimetrica anche su piani non passanti per l’isocentro (3D).

Per quanto riguarda le tecniche

dinamiche Vmat, RapidArc il

problema è oggi legato alla

possibilità di ottenere immagini

EPID per ogni frame in tempi

accettabili (0.3 secondi).

Attualmente non tutti gli EPID

sono in grado di offrire tale

risultato.