Introdução à Radioterapia: Técnicas e planejamentos.

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1 Introdução à Radioterapia: Técnicas e planejamentos.

2 2 Radioterapia Clássica x Moderna Clássica : Baseada no cálculo de dose manual Paciente representado pelo contorno externo Margens grandes no volume do tumor Campos delimitados pelos colimadores sólidos - campos retangulares modificados por blocos não conformatórios. Intensidade do feixe ~ constante nos planos transversos

3 3 Radioterapia Clássica x Moderna Moderna: Totalmente baseada em imagens 3D Cálculo por meio de algoritmos computacionais 3D Feixes de formas arbitrárias por meio de blocos conformatórios ou colimador multi-lâminas Margem pequena na região do tumor, dose alta Fusão de imagens de várias modalidades (CT, RM, SPECT,PET,US) Intensidade modulada nos planos transversos.

4 Fusão de imagens

5 Planejamento do tratamento Refere-se a todos os processos e decisões que determinam as ações do tratamento. Processo O Radioterapeuta determina o volume alvo a ser irradiado, baseado em exames físicos e modalidades de imagens. Determina a dose que deve entregue ao volume alvo. Identifica os tecidos sensíveis normais, chamados órgãos em risco e especifica o limite de dose para esses órgãos. (Evitar efeitos deletérios ) Em conjunto com um físico, o médico determina o tipo de feixe e a energia que será usada. O planejamento do tratamento e feito e otimizado.

6 Objetivos que guiam o planejamento O gradiente de dose fora do tumor deve ser mínimo A dose no tumor deve ser maior que a dose em qualquer outro volume irradiado. A forma do volume de alta dose deve conformar com o volume de planejamento (PTV) A dose nas estruturas normais sensíveis (órgãos em risco) deve ser mantida abaixo dos níveis que podem causar danos. A distribuição de dose deve levar em conta regiões de possíveis extensões do tumor.

7 Definições do volume PTV ITV CTV GTV OAR

8 Definições do volume Volume Gross Tumor Volume (GTV) Clinical Target Volume (CTV) Internal Target Volume (ITV) Planning Target Volume (PTV) Organ at Risk (OAR) Descrição Volume de tumor detectável por métodos clínicos ou de imagem Engloba o GTV e margens que possam conter células tumorais Engloba o CTV e margens prevendo a movimentação dos órgãos e variações no tamanho do CTV. E margens prevendo as incertezas no posicionamento do paciente Órgão noramis adjacentes ao volume tumoral cuja a sensibilidade a radiação pode afetar significantemente o planejamento.

9 Sistema de planejamento (TPS) Características Permitem a visualização das curvas de isodose sobrepostas a anatomia do paciente. Possuem diversos algoritmos de otimização da distribuição da dose. Permitem fazer fusão de imagens. Informações necessárias. Porcentagem de dose na profundidade Perfis de dose Fatores de Output

10 Convencional (2D) Uso de radiografias bidimensionais para o planejamento. Geralmente as radiografias são feitas num simulador. Pode ser feito um contorno do paciente, normalmente com uso de um arame, e visualizar a distribuição de dose nesse plano com auxílio do TPS.

11 11 Uso de um único campo Usado em casos de tumores superficiais ( até 5cm) ou em casos paliativos. Critérios para o uso de um único campo: Distribuição de dose uniforme no tumor ±5% Dose máxima nos tecidos não deve ser maior que 110%. Estruturas críticas normais no feixe não devem receber doses próximas ou acima da sua tolerância.

12 Combinação de Campos - Técnica de Campos Paralelos e Opostos Combinação ou composição de campos = irradiação da mesma região por mais de um campo com objetivo de melhorar a distribuição de dose. 2 campos paralelos opostos são angulados de 180º um em relação ao outro. 1 2

13 Técnica de Campos Paralelos e Opostos Boa uniformidade na região de ½ espessura do paciente (Diâmetro Antero-Posterior DAP). Irradia as regiões de entrada dos campos com dose >= a do ½ DAP 1 3

14 Técnica de Campos Paralelos e Opostos 1 4

15 Técnicas Isocêntricas O eixo de rotação do gantry é posicionado no centro do volume de tratamento. Qualquer que seja o ângulo de incidência, o raio central passa pelo centro do volume. F = DFE ou SAD d Isocentro 1 5

16 Técnicas com Múltiplos Campos Objetivo: Alta dose no tumor e mínima dose nos tecidos adjacentes. Estratégias: Usar campos de tamanhos apropriados Usar vários campos Selecionar incidências apropriadas Usar pesos Usar energias apropriadas Usar modificadores do feixe quando necessário 1 6

17 Exemplo: Próstata

18 Técnicas com Múltiplos Campos São dirigidos vários campos com os raios centrais apontando para o mesmo ponto (isocentro), que em geral coincide com o centro do volume de tratamento. 1 8

19 Técnicas com Múltiplos Campos 19

20 Exemplo de distribuição com filtro em Cunha 2 0

21 Conformacional (3D) Totalmente baseado em imagens anatômicas e informações tomográficas. Campos conformados ao volume de tratamento. Possibilidade de uso de campos não coplanares. Cálculo da distribuição de dose tridimensional. Permite o uso de funções radiobiológicas para análise dos planos de tratamento. Histograma dose-volume para análise da distribuição de dose. Possibilidade de ministrar doses mais altas no volume alvo poupando tecidos sadios adjacentes.

22 A simulação do tratamento é virtual e dispensa a presença do paciente durante o planejamento. Planejamento direto: Os volumes são desenhados nas imagens tomográficas. São definidos a quantidade e forma dos campos de radição através do BEV. É feita uma simulação das distribuições de dose. O planejamento é verificado e otimizado.

23 O Processo de Planejamento Seqüência das etapas do planejamento: Segmentação da imagem é a delimitação das estruturas feita corte a corte nas imagens de CT ou RM. Posicionamento dos campos é feito usando a imagem gerada pelo programa de planejamento, chamada Beam Eye View (BEV), que é a projeção das imagens sobre um plano perpendicular ao raio central do campo. Otimização do plano são variados vários parâmetros do tratamento como ângulo de incidência, peso, filtro, etc, interativamente, com a distribuição de dose calculada e analisada a cada mudança.

24 Segmentação As imagens de cada estrutura anatômica de interesse são contornadas corte a corte pelo raditerapeuta.

25 Posicionamento dos Campos e BEV O BEV é usado para desenhar a forma do campo que deve acompanhar o contorno do PTV mantendo uma certa margem para garantir que a isodose de 95% englobe todo esse volume.

26 A Radiografia Digitalmente Reconstruída É a imagem produzida pelo programa de planejamento a partir das informações da tomografia. Usando os dados de densidade eletrônica podem ser reconstruídas imagens semelhantes a radiografias, projetadas em qualquer plano. Essas imagens são úteis para verificação do posicionamento dos campos no momento do início do tratamento, pela superposição com imagens de verificação feitas no aparelho de tratamento.

27 A Radiografia Digitalmente Reconstruída

28 Campos Coplanares x Campos Não Coplanares

29 Histograma de Dose-Volume (DVH) Exemplos de histogramas integrais esse tipo de histograma sintetiza em um único gráfico : A fração do volume do PTV que recebe dose igual ou maior que a dose prescrita. A variação da dose em um volume de interesse. O volume das estruturas que recebem dose acima de um certo valor. Essas informações são extremamente úteis durante o processo de otimização, no julgamento dos planos e no acúmulo de experiência clínica.

30 Exemplo DVH

31 IMRT ( Intensity-modulated Radiation Therapy) Técnica na qual uma fluência não uniforme é entregue para otimizar a composição de dose. Requisitivos básicos para implementação do IMRT: O Sistema de planejamento com os algoritmos apropriados. Um meio de realizar o tratamento: algum dispositivo capaz de modular a fluência, isto é, variar a fluência com a posição num plano perpendicular ao raio central do feixe.

32 O Planejamento com IMRT Em geral a IMRT utiliza uma combinação de feixes para tratar o volume alvo (PTV). Para isso, cada feixe é sub-dividido em beamlets ou sub-feixes cujas fluências relativas ou pesos serão determinados no planejamento inverso. Planejamento inverso: Determina a intensidade relativa de cada sub-feixe a partir de critérios, que são doses relativas nos volumes na área irradiada. OAR 1 PTV OAR 2 OAR órgão em risco Critérios: Dose em OAR1 < 20 Gy Dose em OAR2 < 25 Gy 75 < Dose no PTV < 76 Gy 32

33 Planejamento inverso: Os volumes são desenhados nas imagens tomográficas. São definidos critérios para o planejamento. A dose relativa que cada órgão em risco pode receber. O TPS determina a forma e composição dos campos que satisfazem os critérios estabelecidos. O planejamento é verificado e otimizado.

34 Métodos de Modulação da Fluência O mais usado em aceleradores lineares é o colimador multilâminas controlado por computador. Blocos de transmissão podem ser utilizados quando não se dispõe de multi-lâminas e é a técnica mais simples, embora não a mais prática. 34

35 Colimador Multi-lâminas como Modulador Existem duas maneiras de modular a fluência com colimadores multi-lâminas: Campos estáticos multi-segmentados também conhecido como step-and-shoot ou stop-and-shoot. Os sub-campos são tratados um de cada vez, o feixe é desligado enquanto as lâminas se movem para mudar de subcampo. A intensidade do feixes é constante na área irradiada. 35

36 Colimador Multi-lâminas como Modulador Multi-lâminas dinâmico sliding window, leaf-shasing, camerashutter e sweeping variable gap, Os pares opostos de lâminas se deslocam com o feixe ligado, com diferentes velocidades. Intensidade Modulada com terapia rotacional. A fonte é rodada, enquanto as lâminas se movem, com o feixe ligado. 36

37 Campos Estáticos Multi-segmentados ou Step- And-Shoot A vantagem do step-and-shoot é a simplicidade na implementação. A desvantagem é a instabilidade do feixe quando liga e desliga para mudar a posição das folhas (aceleradores com canhão de elétrons com grade não tem esse problema). 37

38 Verificação do Tratamento Comparação de um campo estático com o gerado pelo multilâminas dinâmico. Verificação do mapa de fluência para cada campo a ser utilizado. Verificação do resultado final comparar a distribuição de dose medida no simulador com a calculada. 38

39 IGRT (Image Guided Radiotherapy) Técnica onde imagens são feitas logo antes da entrega da fração de dose. Sistemas de imagens radiográficas que monitoram a posição do paciente e do volume-alvo. Ou uso de marcadores fiduciais dentro do volume ou na superfície do paciente.

40 IGRT ( Image Guided Radiotherapy) Diversos sistemas avaliados comercialmente: Sistema on-board kv ou MV (Varian e Elekta) - CBCT CT scanner (Siemens) Sistema on-line (CyberKnife) Sistema on-line (Exactrac)

41 Respiratory Gated Radiotherapy Monitoração da respiração do paciente. O feixe só é ligado quando o volume-alvo está na posição correta. O movimento do pulmão pode ser rastreada usando câmeras infravermelhas fixadas no teto da sala, que detectam os raios refletidos em marcadores fiduciais externos fixados no paciente. Além disso dois tubos de raios X embutidos no chão da sala de tratamento e duas telas de detectores de silício amorfo fixadas no teto fornecem imagens radiográficas para localização antes da entrega da dose.

42 Sistema de monitoração

43 Exemplo de aquisição CBCT: Aquisição 360º na posição de tratamento Reconstrução (Retroprojeção filtrada) Comparação com o planejamento Correções no posicionamento do paciente e na localização do volumealvo.

44 VMAT (Volumetric Modulated Arc Therapy) Planejamento é feito igual ao IMRT. A fluência dos fótons é modulada enquanto o gantry gira. Geralmente é necessário apenas um arco para obter uma distribuição de doses comparável a distribuição de dose de muitos campos de IMRT. Reduz drasticamente o tempo de cada seção de RT.

45 Resumo convencional Grandes Margens ao redor do volume alvo Simulação convencional conformacional Uso de imagens tomográficas para delinear o volume alvo. Simulação virtual. IMRT Melhora na entrega da dose com a modulação da flûencia dos fótons. IGRT Aquisição de imagens antes da entrega da fração da dose. Permite diminuir margens do planejamento atribuídas aos movimentos internos. VMAT Possibilidade de modular a fluência dos fótons enquanto o gantry rotaciona.