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
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• 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
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)
2. ESTRATEGIAS PARA CORREGIR ROTACIONES DEL PACIENT E
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”)
3. SRS ADAPTATIVA EN TIEMPO REAL (SOLUCIÓN HQB)
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• Setup inicial del paciente usando localizador estereotáxico y lasers
3. SRS ADAPTATIVA EN TIEMPO REAL (SOLUCIÓN HQB)
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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
3. SRS ADAPTATIVA EN TIEMPO REAL (SOLUCIÓN HQB)
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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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3. SRS ADAPTATIVA EN TIEMPO REAL (SOLUCIÓN HQB)
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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
3. SRS ADAPTATIVA EN TIEMPO REAL (SOLUCIÓN HQB)
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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
3. SRS ADAPTATIVA EN TIEMPO REAL (SOLUCIÓN HQB)
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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
3. SRS ADAPTATIVA EN TIEMPO REAL (SOLUCIÓN HQB)
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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
3. SRS ADAPTATIVA EN TIEMPO REAL (SOLUCIÓN HQB)
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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 °
3. SRS ADAPTATIVA EN TIEMPO REAL (SOLUCIÓN HQB)
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1 min5. Eclipse: Optimización de las fluencias sobre el CBCTsetup
>>> 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
3. SRS ADAPTATIVA EN TIEMPO REAL (SOLUCIÓN HQB)
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2 min5. Eclipse: Optimización de las fluencias sobre el CBCTsetup
>>> SE ADAPTAN LAS FLUENCIAS>>> cambio + acusado en las fluencias
Se “recupera” la dosimetría de
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
Se “recupera” la dosimetría de
referencia !
3. SRS ADAPTATIVA EN TIEMPO REAL (SOLUCIÓN HQB)
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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")
3. SRS ADAPTATIVA EN TIEMPO REAL (SOLUCIÓN HQB)
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.
3. SRS ADAPTATIVA EN TIEMPO REAL (SOLUCIÓN HQB)
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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)
3. SRS ADAPTATIVA EN TIEMPO REAL (SOLUCIÓN HQB)
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CBCT suficientemente exacto para el cálculo de la dosis (< 1%)
Fluencia campo F3 en Plan Adaptativo
SNC normal
Brainstem
Chiasma
PTV
▲pCT
■ CBCT (HF)
0.5%
3. SRS ADAPTATIVA EN TIEMPO REAL (SOLUCIÓN HQB)
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Fluencia campo F3 en Plan Adaptativo
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
3. SRS ADAPTATIVA EN TIEMPO REAL (SOLUCIÓN HQB)
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)
3. SRS ADAPTATIVA EN TIEMPO REAL (SOLUCIÓN HQB)
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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3. SRS ADAPTATIVA EN TIEMPO REAL (SOLUCIÓN HQB)
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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3. SRS ADAPTATIVA EN TIEMPO REAL (SOLUCIÓN HQB)
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
3. SRS ADAPTATIVA EN TIEMPO REAL (SOLUCIÓN HQB)
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
32
REF
REF
CUÁNDO REALIZAMOS LA REPLANIFICACIÓN ONLINE ?
3. SRS ADAPTATIVA EN TIEMPO REAL (SOLUCIÓN HQB)
• 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 ?
3. SRS ADAPTATIVA EN TIEMPO REAL (SOLUCIÓN HQB)
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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
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REF
REF
FRECUENCIA DE REPLANIFICACIÓN: NOS PASA MUCHO?
3. SRS ADAPTATIVA EN TIEMPO REAL (SOLUCIÓN HQB)
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%
3. SRS ADAPTATIVA EN TIEMPO REAL (SOLUCIÓN HQB)
105 measurements (105 plans)
P > 3% = 11%
P > 5% = 0.1 %
REF
REF
3. SRS ADAPTATIVA EN TIEMPO REAL (SOLUCIÓN HQB)
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
38
REF
REF
3. SRS ADAPTATIVA EN TIEMPO REAL (SOLUCIÓN HQB)
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