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

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

2 SRS (Ra dioc irur gia) ~< 3,5 cm ~1 ~0 2 mm Req uisit o para Fra mele ss Req uisit o para Fra mele ss Não O que há de especial no SBRT? 3DCRT / IMRT SBRT (Radioterapia Estereotáxica em Corpo) Diâmetrodos alvos ~3 40 cm ~1 6 cm Númerode Frações Margensde PTV 0,3 2,0 cm 0 5 mm IGRT Não/ mas é desejável Requisito Gerenciamento Intrafração Moderado/ Paciente Monitorado Desejável, com imobilização especial e alta freqüência de monitoração através de técnicas de IGRT Gerenciamento de Movimento Respiratório Moderado / deve ser, ao menos, considerado Recomendado

3 O que há de especial em SBRT? ALTAS DOSES ABLATIVAS CAMPOS PEQUENOS CAMPOS SEM MARGEM DE PENUMBRA POUCAS FRAÇÕES = POUCAS CHANCES DE ACERTAR MARGENS MÍNIMAS ALTA PRECISÃO - Imobilização especial - Sistema de localização - Colimadores especiais - Imagens multi-modais - Mecânica precisa - PESSOAS ESPECIAIS

4 SBRT & SRS: Acurácia é essencial! Benedictet al. SBRT : The Reportof AAPM TG101, MedPhys2010

5 Equipamentos para SBRT e Radiocirurgia BrainLab/Mitsubishi Vero System Elekta VersaHD Accuray Cyberknife Varian TrueBeam BrainLab/Varian Novalis Tx

6 Equipamentos para SBRT e Radiocirurgia TrueBeam Colimador MLC 50 ou 25mm Taxa Dose Max (UM/min) Precisão Isocentro IGRT *Intrafração Gerenc. Resp. Técnica Entrega VersaHD CyberKnife Vero System NovalisTx MLC 50mm Iris 5-60mm diâmetro MLC 50mm Pivotável MLC 25mm ,5mm? 0,12mm 0,1mm 0,5mm -CBCT* -Raios-X kv* -Epid MV* -IR-Gating* -Calypso* (opcional) Gating (int/ext) VMAT/IMRT com Gating -4D-CBCT* -kv X-Ray* -Epid MV* -ABC- Gating* Gating (controle resp. ativo) VMAT/IMRT c/ Resp. Presa Automática -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* Tracking Tracking Gating (int/ext) Multiplos Campos com Tracking IMRT/VMAT com Tracking VMAT ou IMRT com Gating Todos realizam posicionamento 6D

7 Equipamento para SBRT e Radiocirurgia Novalis Tx: Especificações - Varian Trilogy + Ferramentas BrainLab 2 (+1) Energias Fótons + 6 Elétrons Taxa de dose de até1000 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

8 Equipamento para SBRT 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 (Jaws40x 40 cm²) É possível tratar com RapidArcs alvos de tamanho ~ 25x30 cm² usando um isocentro

9 Tecnologias empregadas em SBRT NovalisTx: Especificações Mesa Robótica com 6 graus de liberdade - 4 convencionais + Pitch e Roll

10 Tecnologias empregadas em SBRT 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)

11 Tecnologias empregadas em SBRT Sistemas IGRT: -OnBoardImager(OBI): Tubos Raios-X Detector

12 Tecnologias empregadas em SBRT Sistemas IGRT: -OnBoardImager(OBI): Radiografias kv (2D) kv Cone Beam CT (3D) Bom contraste para ossos Aplicabilidade: - Verificação de setup do paciente, casos de cabeça e pescoço Bom contraste para tecidos moles e ossos Aplicabilidade: - SBRT em Pulmão, Fígado, Próstata e Coluna

13 Tecnologias empregadas em SBRT Sistemas IGRT: ExacTrac CamerasInfravermelhas Estereoscópicas - Posicionamento e monitoramento em tempo real do paciente (superf. externa) - Respiratory Gating Par de Tubos de Raios-X montados no chão e detectores flat panelno teto - 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)

14 Tecnologias empregadas em SBRT 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

15 Tecnologias empregadas em SBRT Sistemas IGRT: - Real-Time Position Management (RPM) Beam On! Sistema Gating Respiratório Aplicabilidade: - Casosde SBRT de Pulmãoe Fígadoemqueo tumor se move significativamente(e.g.: 0,5 cm*) GATING Infrared Cam *AAPM TG 76

16 Tecnologias empregadas em SBRT Calypso -Implantepermanente(15 G) emissor de RF - Sinal RF detectado externamente -Taxa de Aquisição: 10 Hz -FOV 14x14 cm² - Radiação não ionizante - Verificação intra-fração contínua em tempo real - Principal aplicabilidade: Próstata KupelianP., Meyer J. ProstateCancer: ImageGuidanceand Adaptive Therapy. In:Meyer J. et al. IMRT, IGRT, SBRT Advances in the Treatment Planning and Delivery of Radiotherapy

17 Tecnologias empregadas em SBRT Calypso: em Pulmão? et al. Em Desenvolvimento:

18 Sistemas de IGRT RT Align (VisionRT) Câmeras - Monitoramento Óptico de superfície - Deslocamentos em 6D - Precisão ~1mm, 1 Projetor de padrão pseudorandômico Disponível em:

19 Sistemas de IGRT - A aplicabilidade depende das características de cada sistema: Método Informação Visualiza Aquisição Contra Radiografias kv/mv (OBI/PV) 2D/3D Ossos/Fiduc Statica Dose? (Exactrac Xray) 2D/3D Ossos/Fiduc Statica + Dose? Fluoroscopia (kv) 2D/3D Ossos/Fiduc. Tempo Real Dose? CT/CBCT (MV/kV) 3D Ossos/Fiduc./ Tecidos Moles Ultrassom 2D/3D Tecido Mole Ótica/Infravermelho 1D/2D/3D Superfície da Pele Statica Statica? Tempo Real? Tempo Real Eletromagnética 3D Fiducials Tempo Real Dose Operador- Dependente Correlação Pele-Tumor? Invasivo FOV?

20 Sistemas de IGRT - A aplicabilidade depende das características de cada sistema: Método Informação Visualiza Aquisição Contra INTERFRAÇÃO INTRAFRAÇÃO Radiografias kv/mv (OBI/PV) (Exactrac Xray) Fluoroscopia (kv) CT/CBCT (MV/kV) Ultrassom Ótica/Infravermelho Eletromagnética SIM SIM SIM SIM SIM SIM SIM NÃO SIM SIM NÃO NÃO SIM SIM

21 Como lidar com diferentes técnicas de IGRT? - Existem diferentes sítios anatômicos Pelve Tórax, Cabeça e Pesoço... Sistemáticos, Randômicos, Interfração, Intrafração... - Existem diferentes tipos de erros - Existem diferentes estratégias de correção Online, Offline, Tempo Real, Adaptativa... - Existem diferentes tipos de IGRT Aplicabilidade Qualidade Subjetividade Praticidade (duração, dose..) - Existem diferentes tipos de tratamento 3DCRT IMRT SBRT SRS Diferentes Tolerâncias Objetivos Terapêuticos OBJETIVO DO IGRT ESTRUTURA REFERÊNCIA FREQUÊNCIA MARGEM NÍVEL DE AÇÃO QUEM FAZ? E QUEM CHECA?

22 Reduzindo Erros Randômicos e Sistemáticos - Estratégias empregadas em SBRT: IGRT com Correção ONLINE Imobilização Eficiente Erros Randômicos e Sistemáticos

23 Cenário Ideal para IGRT O que seria desejável para uma técnica de IGRT perfeita? Velocidade - Paciente está na mesa: Tempo = Movimento - Idealmente: ~ segundos Acurácia / Boa Qualidade de Imagem - Objetividade = Dúvidas e Variações Intra e Inter- Observador - 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) - Não-Invasivo

24 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 Gating, tracking, compressão abdominal...

25 Cenário: SBRT em Vértebras Principais Desafios: - Alto gradiente de dose necessário entre corpo vertebral (CTV) e medula Tecnologias que podem ser empregadas: - IMRT ou VMAT - Não se utiliza margem de PTV (RTOG 0631) - Fração única + tempo longo + movimentação intrafração - Imobilização rígida - IGRT com técnicas que permitam visualizar bem o corpo vertebral - IGRT intrafração - Altas taxas de dose (FFF)

26 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)

27 SBRTem Pulmão/Fígado

28 Processo: SBRT em Pulmão e Fígado - Delineação e plano com técnica 3DCRT não coplanar Eclipse

29 Processo: SBRT em Pulmão e Fígado - Delineação e plano com técnica 3DCRT não coplanar Eclipse QA - Cálculo Paralelo

30 Processo: SBRT em Pulmão e Fígado Eclipse QA kv-cbct - 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.

31 Processo: SBRT em Pulmão e Fígado Eclipse - Gating Respiratório - Monitoração Intrafração RPM ou Exactrac IR QA kv-cbct 2nd kv-cbct - Avaliar erro final

32 3DCRT vs VMAT para SBRT em Pulmão Medical Physics 41, Abril (2014)

33 Entrega de Dose em Tumores de Pulmão 3DCRT IMRT/VMAT + Mais Simples Mais Complexo +Boa Conformação + Possibilidade Modulação Forward + Maior liberdade no uso de campos não coplanares ++Melhor Conformação +Proteção a Orgãos próximos ao Alvo 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

34 Exemplo: SBRT em Pulmão - Posicionamento do paciente com kv-cbct: Lesão perfeitamente visível e usada diretamente como referência Plan CT CBCT

35 Exemplo: SBRT em Fígado -Arranjode camposconformacionaisnão-coplanarese distribuição de dose Dose Total= 3 x 1500 cgy Mostrando 1000 cgy

36 Exemplo: SBRT em Fígado - Posicionamento do paciente com kv-cbct: Lesãoé poucovisível, o fígadoe a costelaposterior foramreferência Plan CT CBCT GTV Boa referência! (costela posterior)

37 Exemplo: SBRT em Fígado -Arranjode camposconformacionaisnão-coplanarese distribuição de dose Dose Total = 5 x 800 cgy Mostrando 1500 cgy

38 Exemplo: SBRT em Fígado - Marcadores fiduciais

39 Exemplo: SBRT em Fígado - Posicionamento do paciente com kv-cbct:: Lesão é pouco visível, bordas do fígado e fiduciais foram referência

40 Maneiras de reduzir o ITV Técnicas de Gerenciamento de Movimentação Respiratória - Compressão Abdominal -Gating - Prender Respiração - Ativa (Espirômetro) -Voluntária -Tracking 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

41 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

42 SBRT em Vértebra

43 Processo: SBRT em Vértebra - Delineação e plano com técnica de RapidArc Eclipse

44 Processo: SBRT em Vértebra - Delineação e plano com técnica de RapidArc Eclipse QA - Filme Gafchromic - Câmara Ionização - Portal Dosimetry - Cálculo Paralelo -Análise Dynalogs para cada fração

45 Processo: SBRT em Vértebra Eclipse QA - Filme GafchromickV-CBCT - Posicionamento baseado - Câmara Ionização em estruturas ósseas - Portal Dosimetry - Tecidos moles também são verificados - Cálculo Paralelo -Análise Dynalogs para cada fração

46 Processo: SBRT em Vértebra Eclipse - Verificação da correção 2º kv-cbct RapidArc Delivery QA kv-cbct - Posicionamento baseado em estruturas ósseas - Tecidos moles também são verificados 3º kv-cbct - Avaliar erro final

47 Exemplo: SBRT em Vértebra - Plano: Delineação em CT/MR Técnica: RapidArc 1 x 1600 cgy Energia: 6 MV 2 arcos completos Colimadores em 30º/330º O desafio para este caso em particular foi poupar esofago (max 1600 cgy) e medula (max 1400 cgy)

48 Exemplo: SBRT em Vértebra - Distribuição de Dose: Mostrando doses > 500cGy

49 Exemplo: SBRT em Vértebra - Distribuição de dose: Mostrando doses > 500cGy

50 Exemplo: SBRT em Vértebra - Distribuição de Dose: Doses > 1600 cgy(prescrição e tolerância Esôfago)

51 Exemplo: SBRT em Vértebra - Distribuição de Dose: Doses > 1400 cgy(tolerância Medula)

52 Exemplo: SBRT em Vértebra - Distribuição de dose: Doses > 1000 cgy

53 Exemplo: SBRT em Vértebra - Controle de Qualidade: - Dosimetria Absoluta com Câmara de Ionização: Dose Calculada (cgy) Dose Medida (cgy) Diferença (%) CC13 - IBA Vol = 0,125 cm³

54 Exemplo: SBRT em Vértebra - Controle de Qualidade: - Dosimetria Planar com Filme Gafchromic: PLANO AXIAL Cálculo Filme Gamma 3%,3mm: 99.96%

55 Exemplo: SBRT em Vértebra - Controle de Qualidade: - Dosimetria Planar com Filme Gafchromic: PLANO CORONAL Cálculo Filme Gamma 2%,2mm 97,7%

56 Exemplo: SBRT em Vértebra - Posicionamento do paciente baseado em kv-cbct: Corpo vertebral usado como referência CBCT Acquisition position

57 Exemplo: SBRT em Vértebra - Posicionamento do paciente baseado em kv-cbct: Corpo vertebral usado como referência CT plan

58 Exemplo: SBRT em Vértebra - Posicionamento do paciente baseado em kv-cbct: Corpo vertebral usado como referência CBCT Posição Aquisição

59 Exemplo: SBRT em Vértebra - Posicionamento do paciente baseado em kv-cbct: Corpo vertebral usado como referência CBCT After Fusion

60 Exemplo: SBRT em Vértebra - Posicionamento do paciente baseado em kv-cbct: Corpo vertebral usado como referência CT plan

61 Exemplo: SBRT em Vértebra - Posicionamento do paciente baseado em kv-cbct: Corpo vertebral usado como referência CBCT Após Fusão Deslocamento do paciente: Beam On: 15 minutos

62 Exemplo: SBRT em Vértebra Cervical Eclipse -Posicionamento 6D baseado em Raios-X Exactrac Positioning RapidArc Delivery QA - LesõesCervicais: Imobilizado com máscara BrainLab de Cabeça e Pescoço kv-cbct Exactrac Snap Verification - Verificação Intrafração com Raios-X com o feixe ligado ou após angulações de mesa (tolerância de 1mm)

63 Exemplo: SBRT em Vértebra Cervical Mostrando Doses > 1200 cgy

64 Exemplo: SBRT em Vértebra Cervical Exactrac X-Ray -Posicionamento Após Pre-6D Fusão Fusion 6D

65 Exemplo: SBRT em Vértebra Cervical ExactracX-Ray - Verificação

66 Exemplo: SBRT em Vértebra Cervical kv-cbct: Verificação do Posicionamento

67 Exemplo: SBRT em Vértebra Cervical Exactrac X-Ray Intrafração: Snap Verification

68 SBRT em Próstata

69 Processo: SBRT em Próstata -Preparação CBCT -Aprovação Plano -Planejamento RapidArc Eclipse

70 Processo: SBRT em Próstata -Preparação CBCT -Aprovação Plano -Planejamento RapidArc Eclipse QA - Filme Gafchromic - Câmara Ionização - Portal Dosimetry - Cálculo Paralelo -Análise Dynalogs para cada fração

71 Processo: SBRT em Próstata Eclipse - Verificação com Raios-X - Correção 3D com Raio-X baseada em fiduciais (ouro) - Pré-Posic. Infravermelho Posicionamento com Exactrac QA - Filme Gafchromic - Câmara Ionização - Portal Dosimetry - Cálculo Paralelo -Análise Dynalogs para cada fração

72 Processo: SBRT em Próstata Eclipse - Verificação com Raios-X - Correção 3D com Raio-X baseada em fiduciais (ouro) - Pré-Posic. Infravermelho Posicionamento com Exactrac QA kv-cbct - Verificação independente da posição com base em sementes de ouro (tolerância de 1mm) - Avaliação de tecidos normais adjacentes (bexiga e reto)

73 Processo: SBRT em Próstata Eclipse Posicionamento com Exactrac RapidArc Delivery QA kv-cbct - Verificação independente da posição com base em sementes de ouro (tolerância de 1mm) - Avaliação de tecidos normais adjacentes (bexiga e reto) Exactrac Snap Verification - Verificação intrafração com Raios-X (durante beam on) (tolerância 2-3mm) - Monitoração em Tempo Real por infravermelho

74 Workflow for Prostate SBRT Eclipse Posicionamento com Exactrac RapidArc Delivery QA kv-cbct Exactrac Snap Verification - Verificação intrafração com Raios-X (durante beam on) (tolerância 2-3mm) - Monitoração em Tempo Real por infravermelho

75 Exemplo: SBRT em Próstata - Planejamento: Próstata com 3 sementes de outro e Uretra com contraste Margem= 5 mm (4 mm Post) Semente Ouro Uretra

76 Exemplo: SBRT em Próstata - Planejamento: Distribuição de Dose Mostrando Doses > cgy Prescrição: 5 x 725 cgy= 3625 cgy Técnica: RapidArc Energia: 6 MV 2 arcos completos

77 Exemplo: SBRT em Próstata - Planejamento: Distribuição de Dose Displaying Mostrando Doses Doses > 3625 > cgy(prescription) 3750 cgy(103%) Evitando pontos quentes na uretra

78 Exemplo: SBRT em Próstata - Exactrac X-Ray Fusão por Marcadores Fiduciais - Posicionamento do Paciente (Deslocamento 3D)

79 Exemplo: SBRT em Próstata - Verificação de posicionamento com kv-cbct - Verif. independente de posicionamento baseado em fiduciais (Tol. 1 mm)

80 Exemplo: SBRT em Próstata - Verificação de posicionamento com kv-cbct - Avaliação de tecidos normais adjacentes (bexiga e reto) Diferença Interfração no Reto

81 Exemplo: SBRT em Próstata - Verificação/Monitoramento Intrafração com Exactrac Tempo Real com Infravermelho + Verificação com X-Ray Snaps 3mm Detecta movimentação do paciente (Setup) Detecta movimentaçãoda próstata (Mov. Interno)

82 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

83 Muito Obrigado!

84 16 a 18/Outubro

85 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 - Às vezes os sitemas de IGRT discordam

86 Exemplo: SBRT em Próstata - Verificação/Monitoração intrafração com Exactrac X-Ray Snap Verification Falha na auto-detecção da semente