Integrando Diferentes Tecnologias em SBRT. Wellington F. Pimenta Neves Jr. Físico Médico

Wellington F. Pimenta Neves Jr.

Integrando Diferentes

Tecnologias em SBRT

Integrando Diferentes

Tecnologias em SBRT

O que há de especial no SBRT?

(Radioterapia Estereotáxica em Corpo) Diâmetro dos alvos ~3 – 40 cm ~< 3,5 cm ~1 – 6 cm Número de Frações 10-35 1 ~1 – 5 Margens de PTV 0,3 – 2,0 cm ~0 – 2 mm 0 – 5 mm

IGRT Não/ mas é desejável Req uisito para Fra mele ss Requisito Gerenciamento Intrafração Moderado/ Paciente Monitorado Req uisit o para Fra mele ss

Desejável, com imobilização especial e alta freqüência de monitoração

através de técnicas de IGRT Gerenciamento

de Movimento Respiratório

Moderado / deve ser, ao menos, considerado

Não

ALTAS DOSES ABLATIVAS

CAMPOS PEQUENOS

CAMPOS SEM MARGEM

DE PENUMBRA

POUCAS FRAÇÕES =

POUCAS CHANCES DE

ACERTAR

ALTA PRECISÃO

- Imobilização especial

- Imagens multi-modais

- Mecânica precisa

- Sistema de localização

- Colimadores especiais

- PESSOAS ESPECIAIS

MARGENS MÍNIMAS

O que há de especial em SBRT?

Benedict et al. SBRT : The Report of AAPM TG101, Med Phys 2010

Equipamentos para SBRT e Radiocirurgia

TrueBeam VersaHD CyberKnife Vero System NovalisTx Colimador _{MLC 50 ou} 25mm MLC 50mm Iris 5-60mm diâmetro MLC 50mm Pivotável MLC 25mm Taxa Dose Max (UM/min) 2400 2200 800 500 1000 Precisão Isocentro 0,5mm ? 0,12mm 0,1mm 0,5mm IGRT _-CBCT* -Raios-X kV* -Epid MV* -IR-Gating* -Calypso* (opcional) -4D-CBCT* -kV X-Ray* -Epid MV* -ABC-Gating* -Par de Raios-X* -IR* -CBCT - com duas fontes -Exactrac +* (qualquer ângulo) -Epid MV* -IR* - CBCT -Raios-X kV -Epid MV* -IR-Gating* -Exactrac* -IR* Gerenc.

Resp. Gating(int/ext)

Gating (controle resp.

ativo)

Tracking Tracking Gating (int/ext)

Técnica

Entrega VMAT/IMRT _{com Gating c/ Resp. Presa} VMAT/IMRT Automática Multiplos Campos com Tracking IMRT/VMAT com Tracking VMAT ou IMRT com Gating *Intrafração

Equipamentos para SBRT e Radiocirurgia

Equipamento para SBRT e Radiocirurgia

Novalis Tx: Especificações

- Varian Trilogy + Ferramentas BrainLab

2 (+1) Energias Fótons + 6 Elétrons

Taxa de dose de até 1000 UM/Min FLAT Sistema Anti colisão

Modalidades de Entrega de Dose:

- Radioterapia Conformacional (3DCRT) - Arcos Dinâmicos Conformacionais

- IMRT (Step-and-Shoot / Sliding Window) - VMAT (RapidArc / HybridArc)

Sistemas de Planejamento Eclipse e iPlan

Desenvolvido para procedimentos de alta precisão, como radioterapia estereotáxica e radiocirurgia

Novalis Tx: Especificações

- MLC: Millennium 120 High Definition

60 pares de lâminas:

- 32 pares centrais com 2,5 mm (8 cm); - 28 pares periféricos com 5 mm (14 cm);

Campo útil de MLC = 40 x 22 cm² (Jaws 40 x 40 cm²)

É possível tratar com RapidArcs alvos de tamanho ~ 25x30 cm² usando um isocentro

Mesa Robótica com 6 graus de liberdade

- 4 convencionais + Pitch e Roll

NovalisTx: Especificações

Especificações: NovalisTx

- Tecnologias de IGRT:

- On Board Imager (OBI)

Radiografias kV (2D)

Cone Beam CT kV (3D)

- ExacTrac:

Câmeras Infravermelhas

Estereoscópicas (3D)

Sistemas Raios-X Estereoscópicos (2D/3D)

- Portal Vision (Radiografias MV)

- Gerenciamento de Posicionamento em Tempo-Real (RPM)

Tecnologias empregadas em SBRT

Sistemas IGRT:

- On Board Imager (OBI):

Tubos Raios-X

Detector

Sistemas IGRT:

- On Board Imager (OBI):

Radiografias kV (2D)

kV Cone Beam CT (3D)

Bom contraste para tecidos moles e ossos

Aplicabilidade:

- SBRT em Pulmão, Fígado, Próstata e Coluna

Bom contraste para ossos Aplicabilidade:

- Verificação de setup do paciente, casos de cabeça e pescoço

Sistemas IGRT:

ExacTrac

Cameras Infravermelhas Estereoscópicas

- Posicionamento e

monitoramento em tempo real do paciente (superf. externa) - Respiratory Gating

- Sistema de reposicionamento 6D do

Paciente, baseado em anatomia interna e marcadores fiduciais radiopacos

- Verificação de posicionamento intrafração (Snap Verification)

- Correlaciona janela de gating com marcadores fiduciais internos (Gating Adaptativo)

Par de Tubos de Raios-X

montados no chão e detectores flat panel no teto

Sistemas IGRT:

- ExacTrac

Aplicabilidade:

- Bom contraste para ossos;

- Sistema ideal para estereotaxia cranial e Radiocirurgia Frameless;

- SBRT em Vértebra;

- SBRT em Pulmão, Fígado, Próstata usando marcadores fiduciais.

Fiduciais em Próstata

Sistemas IGRT:

- Real-Time Position Management (RPM)

Sistema Gating Respiratório Aplicabilidade:

- Casos de SBRT de Pulmão e Fígado em que o tumor se move significativamente (e.g.: 0,5 cm*)

*AAPM TG 76 Beam On! Beam On! Beam On! Beam On! Beam On! GATING Beam On! Infrared Cam

Tecnologias empregadas em SBRT

0.00

0.00

0.05

0.05

0.10

0.10

0.10

0.15

0.20

0.25

0.05

0.00

0.15

Calypso

- Radiação não ionizante - Verificação intra-fração

contínua em tempo real - Principal aplicabilidade:

Próstata

Kupelian P., Meyer J. Prostate Cancer: Image Guidance and Adaptive Therapy. In: Meyer J. et al. IMRT, IGRT, SBRT – Advances in the Treatment Planning and Delivery of Radiotherapy

Calypso: em Pulmão?

Tecnologias empregadas em SBRT

et al.

Disponível em: http://www.visionrt.com/

Sistemas de IGRT

RT Align (VisionRT)

- Monitoramento Óptico de superfície

- Deslocamentos em 6D

- Precisão ~1mm, 1°

Câmeras

Projetor de padrão pseudorandômico

Sistemas de IGRT

- A aplicabilidade depende das características de cada sistema:

Método

Informação

Visualiza

Aquisição

Contra

Radiografias

kV/MV

2D/3D Ossos/Fiduc Statica Dose?

Fluoroscopia (kV) 2D/3D Ossos/Fiduc. Tempo Real Dose? CT/CBCT (MV/kV) 3D Ossos/Fiduc./

Tecidos Moles Statica Dose

Ultrassom 2D/3D Tecido Mole _{Tempo Real ?}Statica? _Dependente Operador-Ótica/Infravermelho 1D/2D/3D Superfície

da Pele Tempo Real

Correlação Pele-Tumor? Eletromagnética 3D Fiducials Tempo Real Invasivo_FOV?

(OBI/PV)

Método

Informação

Visualiza

Aquisição

Contra

INTERFRAÇÃO INTRAFRAÇÃO

SIM

SIM

SIM

SIM

SIM

SIM

NÃO

NÃO

NÃO

SIM

SIM

SIM

SIM

SIM

Sistemas de IGRT

QUEM FAZ?

E QUEM CHECA?

Como lidar com diferentes técnicas de IGRT?

- Existem diferentes sítios anatômicos

- Existem diferentes estratégias de correção - Existem diferentes tipos de erros

- Existem diferentes tipos de tratamento

3DCRT

IMRT

SBRT

SRS

Diferentes Tolerâncias

Objetivos Terapêuticos

- Existem diferentes tipos de IGRT

Aplicabilidade

Qualidade Subjetividade

Praticidade (duração, dose..)

FREQUÊNCIA

MARGEM

NÍVEL DE

AÇÃO

OBJETIVO DO

IGRT

ESTRUTURA

REFERÊNCIA

Pelve Tórax, Cabeça e

Pelve Tórax, Cabeça e

Pelve Tórax, Cabeça e

Pelve Tórax, Cabeça e Pesoço

Pesoço

Pesoço

Pesoço...

...

...

...

Sistemáticos, Randômicos,

Sistemáticos, Randômicos,

Sistemáticos, Randômicos,

Sistemáticos, Randômicos, Interfração

Interfração

Interfração

Interfração,

,

,

, Intrafração

Intrafração

Intrafração....

Intrafração

....

....

....

Online,

Online,

Online,

Reduzindo Erros Randômicos e Sistemáticos

- Estratégias empregadas em SBRT:

IGRT com Correção

ONLINE

Imobilização Eficiente

Erros Randômicos e

Sistemáticos

• Acurácia / Boa Qualidade de Imagem

- Objetividade = Dúvidas e Variações Intra e Inter-Observador

Cenário Ideal para IGRT

O que seria desejável para uma técnica de IGRT perfeita?

- Paciente está na mesa: Tempo = Movimento - Idealmente: ~ segundos

- Erros randômicos milímetros • Processo Robusto

- Confiável e com baixas taxas de falha • Método Fexível e Prático

- Possibilita visualização tanto de ossos quanto tecidos moles

- Executável em qualquer momento do tratamento (Inter e Intra fração)

Cenário:

SBRT em Pulmão / Fígado

Principais Desafios:

- Considerar movimento

respiratório no planejamento

- Conter doses intermediárias

- Posicionar paciente com base

no tumor ou estrutura

referenciável

- Compensar movimento

respiratório

Tecnologias que podem ser

empregadas:

- 4DCT

- 3DCRT com campos não

coplanares X VMAT

- IGRT com técnicas CBCT ou R-X

planares (e.g. ExacTrac) com

implantes fiduciais

- Técnicas de Gerenciamento

Respiratório

Cenário:

SBRT em Vértebras

Principais Desafios:

- Alto gradiente de dose

necessário entre corpo vertebral

(CTV) e medula

- Não se utiliza margem de PTV

(RTOG 0631)

- Fração única + tempo longo +

movimentação intrafração

Tecnologias que podem ser

empregadas:

- IMRT ou VMAT

- Imobilização rígida

- IGRT com técnicas que permitam

visualizar bem o corpo vertebral

- IGRT intrafração

Cenário:

SBRT em Próstata

Principais Desafios:

- Poupar orgãos em risco

adjacentes

- Posicionar paciente de forma

precisa com base na próstata

- Avaliar volume de órgãos em

risco

- Possibilidade de

movimentação intrafração da

próstata

Tecnologias que podem ser

empregadas:

- IMRT ou VMAT

- IGRT com técnicas CBCT ou R-X

planares (e.g. ExacTrac) com

implantes fiduciais

- IGRT com técnicas CBCT

- Verificação com IGRT intrafração

(Imagens kV, MV ou ExacTrac com

fiduciais na próstata)

SBRT em

Pulmão/Fígado

SBRT em

- Delineação e plano com técnica 3DCRT

não coplanar

Eclipse

- Delineação e plano com técnica 3DCRT não coplanar Eclipse - Cálculo Paralelo QA

Eclipse

QA

- Focando em tecidos moles:

- PULMÃO: o próprio tumor na maioria dos casos

- FÍGADO: quando visível, o tumor. Na maioria dos casos, um órgão referência como o próprio fígado

- Para lesões centrais em pulmão e a maioria de lesões de fígado, marcadores fiduciais podem ser necessários.

kV-CBCT

- Avaliar erro final Eclipse QA kV-CBCT _kV-CBCT2nd - Gating Respiratório - Monitoração Intrafração RPM ou Exactrac IR

Processo: SBRT em Pulmão e Fígado

3DCRT vs VMAT para SBRT em Pulmão

Entrega de Dose em Tumores de Pulmão

3DCRT

IMRT/VMAT

+ Mais Simples

− Mais Complexo

+Boa Conformação

++Melhor Conformação

+ Possibilidade Modulação

Forward

+Proteção a Orgãos

próximos ao Alvo

+ Maior liberdade no uso de

campos não coplanares

− IMRT: Lento c/ mtos cpos

− VMAT: Limitado no uso

não coplanar

+ Fluência Estática

− Fluência Variável

− Efeito de “dose blurring”

(Borramento da dose)

−− Efeito de “dose blurring”

(Borramento da dose)

*RTOG permite uso de IMRT em casos selecionados, com 2-3 segmentos por campo sendo que 1 deles cubra todo o PTV

CBCT

Plan CT

- Posicionamento do paciente com kV-CBCT:

Lesão perfeitamente visível e usada diretamente como referência

Exemplo: SBRT em Pulmão

- Arranjo de campos conformacionais não-coplanares e

distribuição de dose

Exemplo: SBRT em Fígado

- Posicionamento do paciente com kV-CBCT:

Lesão é pouco visível, o fígado e a costela posterior foram referência

CBCT

Plan CT

Boa

referência!

(costela

posterior)

GTV

Exemplo: SBRT em Fígado

Dose Total = 5 x 800 cGy

Mostrando ≥1500 cGy

- Arranjo de campos conformacionais não-coplanares e

distribuição de dose

Exemplo: SBRT em Fígado

- Posicionamento do paciente com kV-CBCT::

Lesão é pouco visível, bordas do fígado e

fiduciais

foram referência

Exemplo: SBRT em Fígado

Maneiras de reduzir o ITV

- Compressão Abdominal

- Gating

- Prender Respiração

- Ativa (Espirômetro)

- Voluntária

- Tracking

Técnicas de Gerenciamento de Movimentação Respiratória

Em geral recomendadas

somente para casos onde há

movimento > 5mm e para

pacientes colaborativos

AAPM TG 76

Movimento > 5mm detectado

apenas em 34% dos tumores

em pulmão (N=151)

Kestin, L. ASTRO IGRT/SBRT Symposium

Exemplo: SBRT em Fígado

- Paciente monitorado usando sistema RPM:

Não necessáriamente um tratamento com gating

RPM pode assegurar

que o tratamento ocorra somente em respiração de baixa amplitude

SBRT em Vértebra

SBRT em Vértebra

- Delineação e plano com técnica de

RapidArc

Eclipse

- Delineação e plano com técnica de RapidArc Eclipse - Filme Gafchromic - Câmara Ionização - Portal Dosimetry - Cálculo Paralelo - Análise Dynalogs para cada fração

QA

- Filme Gafchromic - Câmara Ionização - Portal Dosimetry - Cálculo Paralelo

- Análise Dynalogs para cada fração Eclipse

QA

- Posicionamento baseado em estruturas ósseas

- Tecidos moles também são verificados

kV-CBCT

- Avaliar erro final Eclipse QA - Posicionamento baseado em estruturas ósseas

- Tecidos moles também são verificados kV-CBCT RapidArc Delivery 3º kV-CBCT - Verificação da correção 2º kV-CBCT

Processo: SBRT em Vértebra

• Delineação em CT/MR • Técnica: RapidArc • 1 x 1600 cGy • Energia: 6 MV • 2 arcos completos • Colimadores em 30º/330º

- Plano:

O desafio para este caso em particular foi poupar

esofago (max 1600 cGy) e medula (max 1400 cGy)

Mostrando doses > 500cGy

- Distribuição de Dose:

Mostrando doses > 500cGy

- Distribuição de dose:

Doses > 1600 cGy (Prescrição e tolerância Esôfago)

- Distribuição de Dose:

Doses > 1400 cGy (tolerância Medula)

- Distribuição de Dose:

Doses > 1000 cGy

- Distribuição de dose:

- Dosimetria Absoluta com Câmara de Ionização:

1987.8

2011.8

+1.21

- Controle de Qualidade:

Exemplo: SBRT em Vértebra

Cálculo

Filme

Gamma 3%,3mm:

99.96%

- Dosimetria Planar com Filme Gafchromic: PLANO AXIAL

- Controle de Qualidade:

Cálculo

Filme

97,7%

- Controle de Qualidade:

- Dosimetria Planar com Filme Gafchromic: PLANO CORONAL

CBCT – Acquisition position

- Posicionamento do paciente baseado em kV-CBCT:

Corpo vertebral usado como referência

Exemplo: SBRT em Vértebra

CT

- Posicionamento do paciente baseado em kV-CBCT:

Corpo vertebral usado como referência

Exemplo: SBRT em Vértebra

CBCT – Posição Aquisição

Exemplo: SBRT em Vértebra

- Posicionamento do paciente baseado em kV-CBCT:

CBCT – After Fusion

- Posicionamento do paciente baseado em kV-CBCT:

Corpo vertebral usado como referência

Exemplo: SBRT em Vértebra

CT

- Posicionamento do paciente baseado em kV-CBCT:

Corpo vertebral usado como referência

Exemplo: SBRT em Vértebra

CBCT – Após Fusão

Deslocamento do paciente:

Beam On: 15 minutos

- Posicionamento do paciente baseado em kV-CBCT:

Corpo vertebral usado como referência

Exemplo: SBRT em Vértebra

- Posicionamento 6D baseado em Raios-X Eclipse QA Exactrac Positioning kV-CBCT RapidArc Delivery - Verificação Intrafração com Raios-X – com o feixe ligado ou após angulações de mesa (tolerância de 1mm)

Exactrac

Snap Verification

- Lesões Cervicais:

Imobilizado com máscara

BrainLab de Cabeça e Pescoço

Mostrando Doses > 1200 cGy

Exemplo: SBRT em

Pre-6D Fusion

Após Fusão 6D

Exactrac

X-Ray

-Posicionamento

Exactrac X-Ray

- Verificação

kV-CBCT: Verificação do Posicionamento

Exactrac X-Ray –

Intrafração: Snap Verification

SBRT em Próstata

SBRT em Próstata

-Planejamento RapidArc -Preparação CBCT

-Aprovação Plano

Eclipse

-Planejamento RapidArc -Preparação CBCT -Aprovação Plano Eclipse - Filme Gafchromic - Câmara Ionização - Portal Dosimetry - Cálculo Paralelo - Análise Dynalogs para cada fração

QA

Eclipse - Filme Gafchromic - Câmara Ionização - Portal Dosimetry - Cálculo Paralelo - Análise Dynalogs para cada fração

QA

- Pré-Posic. Infravermelho - Verificação com Raios-X - Correção 3D com Raio-X baseada em fiduciais (ouro)

Posicionamento com Exactrac

Processo:

SBRT em

Próstata

- Pré-Posic. Infravermelho - Verificação com Raios-X - Correção 3D com Raio-X baseada em fiduciais (ouro)

Eclipse QA Posicionamento com Exactrac - Verificação independente da posição com base em sementes de ouro (tolerância de 1mm) - Avaliação de tecidos normais adjacentes (bexiga e reto) kV-CBCT

Processo: SBRT em Próstata

Eclipse QA Posicionamento com Exactrac - Verificação independente da posição com base em sementes de ouro (tolerância de 1mm) - Avaliação de tecidos normais adjacentes (bexiga e reto) kV-CBCT RapidArc Delivery - Verificação intrafração com Raios-X (durante beam on) (tolerância 2-3mm)

- Monitoração em Tempo Real por infravermelho

Exactrac

Snap Verification

Processo: SBRT em Próstata

Eclipse QA kV-CBCT RapidArc Delivery - Verificação intrafração com Raios-X (durante beam on) (tolerância 2-3mm)

- Monitoração em Tempo Real por infravermelho

Exactrac

Snap Verification

Workflow for Prostate SBRT

Posicionamento com Exactrac

Exemplo: SBRT em Próstata

- Planejamento:

Próstata com 3 sementes de outro e Uretra com contraste

Semente Ouro Uretra

Margem= 5 mm

• Prescrição: 5 x 725 cGy= 3625 cGy • Técnica: RapidArc • Energia: 6 MV • 2 arcos completos

- Planejamento:

Distribuição de Dose

Mostrando Doses > 1000 cGy Mostrando Doses > 2000 cGy

Exemplo: SBRT em Próstata

Evitando

pontos quentes na uretra

Displaying Doses > 3625 cGy (prescription)Mostrando Doses > 3750 cGy (103%)

- Planejamento:

Distribuição de Dose

- Exactrac X-Ray – Fusão por Marcadores Fiduciais

- Posicionamento do Paciente (Deslocamento 3D)

Exemplo: SBRT em Próstata

- Verificação de posicionamento com kV-CBCT

- Verif. independente de posicionamento baseado em fiduciais (Tol. 1 mm)

Diferença

Interfração no Reto

- Verificação de posicionamento com kV-CBCT

- Avaliação de tecidos normais adjacentes (bexiga e reto)

- Verificação/Monitoramento Intrafração com Exactrac

Tempo Real com Infravermelho + Verificação com X-Ray Snaps

3mm Detecta movimentação do paciente (Setup) Detecta movimentação da próstata (Mov. Interno)

Exemplo: SBRT em Próstata

Conclusões

- Novas máquinas de tratamento agregam um conjunto de

ferramentas e tecnologias que possibilitam executar

tratamentos de radioterapia muito avançados;

- As vantagens e desvantagens de cada uma dessas novas

ferramentas e tecnologias devem ser avaliadas de forma a

identificar as técnicas de Imagem e Entrega de dose mais

apropriadas para cada tipo de tratamento e sítio anatômico

- Cada processo de tratamento deve ser cuidadosamente

discutido, desenhado e testado (de ponta a ponta) de forma a

determinar as incertezas envolvidas e os riscos em potencial

Muito Obrigado!

Novos sistemas não são perfeitos...

- Sistema Exactrac porderia ser mais flexível; processos travados…

Ex.: poderia possibilitar métodos em modo intrafração, tal como adquirir referências em qualquer momento com IR e/ou Raios-X

- Sistema RPM é uma ferramenta difícil de usar com campos

não-coplanares;

- Integração pobre entre ferramentas de IGRT/Localização Varian e BrainLab

Uso do Exactrac não foi previsto pelo ambiente Aria problemas com V&R causada por rotações

- Verificação/Monitoração

intrafração com Exactrac

X-Ray Snap Verification

Falha na auto-detecção

da semente