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Utilización del plan del día(RADIOCIRUGÍA CRANEAL ADAPTATIVA)

Juan Francisco Calvo OrtegaH. Quirón, Barcelona

V Congreso Conjunto SEFM-SEPRSimposio: Radioterapia adaptativa; optimización del flujo de trabajo

15 de junio de 2017

1. Introducción

• Clásicamente la radiocirugía estereotáxica craneal (SRS) se ha realizado usando un marco invasivo

como método de inmovilización, solidario con un sistema de referencia externo para la localización del

volumen blanco (“target”)

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Marco invasivo

Localizador estereotáxico

1. Introducción

• Con la llegada de la “RT guiada por imagen (IGRT)”, la técnica no-invasiva (FRAMELESS) se ha

extendido, permitiendo inmovilizar paciente con máscara termoplástica

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• IGRT-SRS: CBCT similar exactitud de localización que la técnica invasiva

1. Introducción

• Sin embargo, distintos autores han alertado sobre el impacto dosimétrico de los errores rotacionales del

paciente inmovilizado con máscara -cuando no son corregidos-

sub-dosificación del volumen blanco >>> “MISSING THE TARGET”

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1. Introducción

5

• Tecnología actual (MLC, VMAT,….) permite tratar simultáneamente múltiples lesiones con 1 solo isocentro

incremento en los últimos años del uso de la técnica mono-isocéntrica

1. Introducción

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•Pero es ESENCIAL detectar (vía IGRT) y corregir los errores rotaciones en SRS frameless de mútiples

lesiones tratadas simultáneamente con con 1 único isocentro:

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i. Uso de mesa robótica 6D

• Cada vez más frecuente, aunque no implementada en

muchos servicios actualmente ……

• Existe pequeño error residual: puede llegar a 1 º para

rotaciones > 2.5º (Red Journal Vol. 82, No. 5, pp.

1627–1635, 2012)

MEDPHYS Digest - 22 May 2017 to 23 May 2017 (#2017-113)

70%

30%

2. ESTRATEGIAS PARA CORREGIR ROTACIONES DEL PACIENT E


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ii. SRS en tiempo real (Solución del MSKCC):

• pCT/CBCT para valorar/conocer los errores rotacionales

• Cálculo analítico de la solución: se ajustan ángulos de G, Coll y T del plan original para simular lasrotaciones del paciente t.q. los BEVs de los nuevos haces son los mismos que en el plan original

• Estudio de viabilidad: NO implementado en la práctica clínica

iii. SRS adaptativa en tiempo real usando CBCT (Solución de H ospital Quirón Barcelona)

• Metodología distinta a la del MSKCC

• Planes SRS son calculados usando técnica IMRT (IMRS), ~ 11-15 campos fijos no coplanares

• Eclipse TPS , inverse Optimization, Sliding Window; AAA v10.0/13.6;

• Validación cálculos de Eclipse/AAA para IMRS (exactitud dentro de 5%/1 mm)


3. SRS ADAPTATIVA EN TIEMPO REAL (SOLUCIÓN HQB)

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• SRS se administra usando:

• No invasiva (“frameless”): máscara termoplástica (BrainLAB)

• Varian Clinac 2100 CD + Millennium 120 MLC (5 mm)+ OBI

• Mesa Clinac 4D NO soporta correcciones rotaciones Roll ni Tilt

(“balanceo”)

(“cabeceo”)

(“guiñada”)

(“balanceo”)


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• Setup inicial del paciente usando localizador estereotáxico y lasers


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• Aseguramiento/refinamiento del setup usando CBCT: pCT-CBCT match

• Pero software OBI para fusión pCT-CBCT es 4D !!!

FALTAN LAS ROTACIONES “ROLL” Y “TILT”ROTACIONES


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“Simulación” de la distribución de dosis resultante si el setup del paciente se realizara usandouna fusión 4D pCT/CBCTsetup, según los 4 grados libertad de la mesa del linac

• Errores rotacionales Roll/Tilt pueden comprometer la dosificación, si no son corregidos.

Ej. caso clínico con rotación roll detectada de 1.5 °:

PLAN REFERENCIA

pCT

COMPROBACIÓN 4D (STANDARD)

CBCT

Roll 1.5°: PÉRDIDA DE CONFORMIDAD Y SUB-DOSIFICACIÓN DE LA LESIÓN

100% : isodosis de prescripción

• Diseñamos técnica SRS “adaptativa online”para evitar el error dosimétrico causado porlos errores rotacionales no corregibles por lamesa 4D.

• Es nuestra alternativa por no disponer demesa robótica 6D.

• Uso de un terminal Aria junto consola detratamiento, con conexión remota a Eclipse.

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2

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7

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1. Adquisición de CBCT tras el setup inicial (“CBCTsetup”)

• Protocol: “Pelvis (655 proj.)” instead “High Quality Head” (360 proj.)*

• Matrix: 384x384 p & FOV: 260 mm

• Pixel Size (ps): 0.7 mm

• Slice distance: 1.0 mm

1.5 min (acquis+recons. + save @ Aria)

*Med Phys. 2013 Dec;40(12):121715


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2. Fusión automática rígida 6D pCT/CBCTsetup, con app Registration de Aria.

>>> Podemos conocer analíticamente los errores rotacionales (± 0.1º)

>>> Exactitud de la fusión automática ~ 0.5 mm < ps

1.5 min

J. Appl. Clin. Med.Phys. 6(1):71–83; 2005

TILT SWIVEL ROLL


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1 min (copy+ saving @ Aria)

3. Mapeo/copia de las estructuras desde el pCT al CBCTsetup, usando Contouring de Aria.

>>> Exactitud del mapeo < 0.5 mm < ps


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2 min4. Mapea/copia del plan de referencia desde el pCT al CBCTsetup, con app Eclipse de Aria.

>> se conserva el mismo “beam arrangement”

>> desde 2014, técnica “off-target isocenter”, incluso en SRS para lesión única

iso @ centro del localizador para evitar movimientos de mesa necesarios para adquisición del CBCT

iso

iso iso

iso


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1 min5. Eclipse: Optimización de las fluencias sobre el CBCTsetup

>>> se usan mismos objetivos del plan ref

Ej : caso de SRS 1 lesión, con error Tilt 2.5 °


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>>> SE ADAPTAN LAS FLUENCIAS

>>> Normalmente el cambio de la fluencia es pequeño

Ej : caso de SRS 1 lesión, con error Tilt 2.5 °

Se “recupera” la dosimetría de

referencia !

Fluencia campo F3 en Plan Ref Fluencia campo F3 en Plan Adaptativo


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>>> SE ADAPTAN LAS FLUENCIAS>>> cambio + acusado en las fluencias


referencia !

Fluencia campo F3 en Plan AdaptativoFluencia campo F1 en Plan Ref Fluencia campo F1 en Plan Adaptativo

Ej para un caso de SRS 6 lesiones/ (1 iso; 6 niveles dosis ) con error Roll 2.5º, no afectando dosimétricamente por igual a todas las lesiones


referencia !


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2 min6. Eclipse: Cálculo de dosis sobre CBCTsetup (“plan 6D”)

>>> Mismo setting que en el plan Ref (AAA, 1 mm grid size)

>>> Exactitud del CBCT para cálculo dosimétrico ??

CBCT similar curva de calibración que un CT convencional

-1500

-1000

-500

0

500

1000

1500

0.000 0.500 1.000 1.500 2.000

CT#

Rel. Electr. Density

CT# vs Relative Elect. Density

Somaton

CBCT (HF, "Pelvis")


Exactitud del CBCT para cálculo dosimétrico < 1%*

>>> cálculos de dosis en maniquí con distintas heterogeneidades

Fluencia campo F3 en Plan Adaptativo

* Los resultados encontrados son comparables a los publicados en la bibliografía:

Ding et al: Radiother Oncol. 2007 Oct;85(1):116-25.

Somaton CBCT (“Pelvis”)

Dose (Gy) at

CBCT (HF, "Pelvis") Somaton Dose Diff

Air 3.158 3.142 0.5%

PMP 3.164 3.169 -0.2%

LDPE 3.166 3.161 0.2%

Polystiren 3.194 3.182 0.4%

Acrylic (PMMA) 3.187 3.168 0.6%

Delrin 3.180 3.178 0.1%

Teflon* 3.195 3.190 0.2%

Wen et al: Phys. Med. Biol. 57 (2012) 5361–5379

Chequeo mensual“contrastación” del CBCT vs CT conv.


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Experiencia Quirón BCN: Radiotherapy & Oncology, Vol.103 Suppl 1, S530, 2012

>>> cálculo en CT de pacientes con lesiones intra-craneales

Fluencia campo F3 en Plan AdaptativopCT CBCT (HF)


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CBCT suficientemente exacto para el cálculo de la dosis (< 1%)


SNC normal

Brainstem

Chiasma

PTV

▲pCT

■ CBCT (HF)

0.5%


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7. Eclipse: Comparación plan Ref vs. plan 6D creado:

>>> valoración de dosis en PTV y ORs (físico y Radonc)

>>> comparación por DVHs y planos de dosis

pCTCBCT

■ : Reference Plan

▲: 6D plan

Red: PTV

Green: brainstem

2 min

N.A.: 3% en las curvas DVH


8. El plan 6D es activado para Tx en Aria (se retira plan Ref) 2 min

9. Verificación del iso del plan 6D usando un 2º CBCT:

2º CBCT vs CBCTsetup (fusión rígida 6D)

CBCTsetup

MOVIMIENTO PTE DURANTE EL LAPSO DEL RE-PLANNING ?

3 min (adq + recons+ saving @ Aria + registration)


Translaciones y rotaciones del pte DURANTE la re-planificación (+100 casos ):

transl. normalmente < 0.5 mm y Roll/Tilt 0° !!

time (min) # lesionsTRANSLATIONS (mm) ROTATIONS (deg)

X Y Z TILT YAW ROLLMean (mm) 17.0 4.2 0.1 0.2 0.3 0.0 0.1 0.0SD (mm) 3.9 7.3 0.1 0.1 0.3 0.0 0.1 0.0Max (mm) 28.0 35.0 0.2 0.4 0.9 0.0 0.4 0.0

0.2

0.4

0.9

0.0

0.4

0.00.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

X Y Z TILT YAW ROLL

mm

/ d

eg

MAX. TRANS & ROT: INTRA-ONLINE REPLANNING SRS

Si translaciones > 0.5 mm corrección remota mesa 4D

Si Roll o Tilt > 0.5° se re-planea de nuevo

(NO SUCEDIDO AÚN EN NUESTRA EXPERIENCIA, +100 casos)

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Comparison of reference plan (triangles) vs 4D plan (top, squares) and 6D plan (bottom, squares) for patient case #3, where CBCTsetup revealed a ROLL error of 1.5º. Target is shown in solid red colour and only 100% (red) isodose lines is shown for clarity.

REF

REF 6D

4D

Triangles: Ref Plan

Squares: 4D Plan

Triangles: Ref Plan

Squares: 6D Plan

subdosificación

Pérdida de conformidad

EJEMPLO CLÍNICO 1

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Comparison of reference plan (triangles) vs 4D plan (top, squares) and 6D plan (bottom, squares) for patient case, where CBCTsetup revealed TILT and ROLL errors of 1.3º and 0.7º. Target is shown in solid red colour and only 100% (red) isodose lines is shown for clarity.

6D

4DREF

REF

subdosificaciónTriangles: Ref Plan

Squares: 4D Plan

Triangles: Ref Plan

Squares: 6D Plan

EJEMPLO CLÍNICO 2


Comparison of reference plan (triangles) vs 4D plan (top, squares) and 6D plan (bottom, squares) for 2 BM case, where CBCTsetup revealed ROLL/TILT errors of 1.3°/1.0º. Targets are shown in solid colour and only 100% isodose lines are shown for clarity.

Triangles: Ref Plan

Squares: 4D Plan

Triangles: Ref Plan

Squares: 6D Plan

6D

4DREF

REF

EJEMPLO CLÍNICO 3

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REF

REF

CUÁNDO REALIZAMOS LA REPLANIFICACIÓN ONLINE ?


• Difícil deducir una relación entre el error rotacional y su impacto dosimétrico:

• Clara sub-dosificación del PTV en 3 casos (#3,#5 y #6) donde error >1.5º

• Sin embargo, caso #4: error Tilt ~ 2.0º sin gran impacto dosimétrico, pero empeoramiento CI

• Caso #13 (MM): rotaciones < 1.0º producen claro empeoramiento del CI

33

REF

REF

• Matemáticamente, un error rotacional de 2º induce un error translacional de 1 mm en un punto localizado a 3 cm desde el centro de rotación (Fig 1 ).

• Pero el efecto de la rotación depende de la posición relativa entre el centro de rotación y el centro del target, de modo que estructuras lejos del centro de rotación se verán más afectadas (Fig 2 ).

30 mm

1 mm for 2⁰

Fig 1

Fig 2: Ej: rotación Roll de 1º, sin afectar a la lesión central y sí afectando a la periférica

7 cm

CUÁNDO REALIZAMOS LA REPLANIFICACIÓN ONLINE ?


34

REF

REF

REPLANIFICACIÓN ADAPTATIVA ONLINE cuando Roll y/o Tilt > 0.5º, indep. del nº de lesiones

3. CUÁNDO REALIZAMOS LA REPLANIFICACIÓN ONLINE ?

IDEAL

Este nivel de acción de 0.5° coincide con lo citado en 2 publicaciones:

Por debajo de 0.5°, los autores

describen que NO hay

subdosificación del target

independientemente de su

volumen y distancia al iso

35

REF

REF

FRECUENCIA DE REPLANIFICACIÓN: NOS PASA MUCHO?


0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

[0-0.5] ]0.5-1.0] ]1.0-1.5] ]1.5-2.0] ]2.0-2.5] > 2.5

Histograms Tilt & Roll (N= 116)

TILT

ROLL

• Tiempo replannig online:

~ 15 min (desde adquisición del CBCTsetup hasta activar nuevo plan 6D)

compite con tiempo en “resetear” paciente dentro de la másca ra

REPLANNING (> 0.5°) EN UN ~ 40% DE LOS CASOS

REF

•VERIFICACIÓN DOSIMÉTRICA DEL PLAN 6D ADAPTATIVO CREADO?? N O

“CONFIANZA” (basada en datos) EN LOS CÁLCULOS & DELIVERY IMR S:

EXACTITUD DOSIS ABSOLUTA (“MUs”):

+100 verificaciones (planes) de dosis absoluta revelaron diferncia media calc-med ~ 2%


105 measurements (105 plans)

P > 3% = 11%

P > 5% = 0.1 %

REF

REF


Mean Gamma passing rate= 97.9%

92% cases with Gamma passing rate ≥ 95%

99% cases with Gamma passing rate ≥ 90%

•VERIFICACIÓN DOSIMÉTRICA DEL PLAN 6D ADAPTATIVO CREADO?? N O

“CONFIANZA” (basada en datos) EN LOS CÁLCULOS & DEL IVERY IMRS:

EXACTITUD FLUENCIAS

+1000 campos verificados revelaron exactitud calc-med dentro 5%/1 mm

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REF

REF


VERIFICACIÓN “A POSTERIORI” DEL PLAN ADAPTATIVO IRRADIADO USANDO DYNALOG:

• Según procedimiento descrito en:

• Aplicación a casos SRS (IMRS): exactitud de fluencias < 1% en términos de dosis

INTERÉS COMERCIAL CRECIENTE EN RADIOCIRUGÍA ADAPTATIVA:

Otros sistemas (de aparición + reciente) con SRS adaptativa en tiempo real

GK ICON (mesa 3D) usando CBCT, 2016

MRIDian (mesa 3D) usando MRI, 2016

MISCELÁNEA

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GRACIAS X LA ATENCIÓN

(radiocirugÍa craneal adaptativa) - girona … francisco calvo ortega h. quirón, ... medphys...

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