DOSIMETRIA PACIENTE ESPECIFICO EN LA TRN (3D)

Transcripción

1 Curso Regional Terapias en Medicina Nuclear Proyecto RLA/0/063. ARCAL CIX OIEA DOSIMETRIA PACIENTE ESPECIFICO EN LA TRN (3D) 22.1 Gy 9.4 Gy Leonel A. Torres Aroche Centro de Investigaciones Clínicas Habana, Cuba 2012

2 Introducción TERAPIA CON RADIONUCLEIDOS TNE 131 I-MIBG, 90 Y-, 177 Lu-péptidos (PRRT) Metástasis óseas 89 Sr, 32 P, 153 Sm-EDTMP, 188 Re-HEDP Patologías tiroideas 131 I TRN-LR Tumores hepáticos radioembolización 90 Y-microesferas Linfomas (NHL) 131 I-Bexxar, 90 Y-Zevalin TRN-LR Tumores cerebrales 90 Y-, 131 I-, 188 Re- AcMs, péptidos, etc

3 Introducción DOSIMETRIA INTERNA TRADICIONAL EVOLUCION Evolución dosimetría interna tradicional en Medicina Nuclear

4 Prescripción de tratamientos en la TRN La prescripción del tratamiento se hace en términos de actividad (GBq), (GBq/kg), (GBq/m 2 ), definida como AMT en ensayos clínicos previos o empíricamente. Prescripción de actividad a partir de la dosis recibida por el órgano crítico, calculada en estudio pre-tratamiento. (Incluye análisis Dosis-Respuesta). Prescripción del tratamiento en términos de probabilidad de control tumoral (TCP) y probabilidad de complicación de tejido normal (NTCP).

5 Introducción DOSIS-TOXICIDAD / DOSIS-RESPUESTA TRATAMIENTO DE LNH - ZEVALIN TRATAMIENTO DE T.HEPATICOS - SIRT Bilirrubina Delta Bilirrubina Delta Dosis Media. Hígado (Gy) Dosis Media. Lóbulo I. (Gy) Dosis Absorbida Toxicidad Hematológica Dosis Absorbida Toxicidad Hepática NO CORRELACION DEBIL/NO CORRELACION Wiseman et al. J Nucl Med 2003; 44(3): Chiesa C et al. IAEA-ICTP Internal Dosimetry Course. Trieste, 2010.

6 DOSIMETRIA TRADICIONAL Principios Limitaciones Introducción TERAPIA CON RADIONUCLEIDOS 1. Factores S obtenidos de maniquíes matemáticos. 2. Asume distribución uniforme de la actividad en los órganos de interes. 3. Medición de la actividad a partír de imágenes de CE (Media-Geométrica) 4. Se corrige la diferencia entre las masas del órgano y del maniquí empleado. 1. Desestima las no uniformidades de la distribución del RF, de su biocinética y por tanto de las dosis absorbidas. 2. Desestima las no homogeneidades del medio. 3. Los métodos de cuantificación de la actividad in vivo tienen limitaciones: 1. Superposición de estructuras (requiere corrección). 2. Corrección de la atenuación bidimensional 4. Se basas en maniquíes -> Altas incertidumbres dosimétricas 5. No considera la información radiobiológica. The MIRD Approach: Remenbering the limitations. Editorial. J Nucl Med 1992; 33:

7 LIMITACIONES DE DOSIMETRIA CLINICA TRADICIONAL EN LA TRN Introducción TERAPIA CON RADIONUCLEIDOS MALA CORRELACION ENTRE DOSIS ABSORBIDAS Y RESPUESTA Y/O RADIOTOXICIDAD DOSIMETRIA PACIENTE ESPECIFICO (DISTRIBUCIONES 3D DE DOSIS) - Considera y describe las no uniformidad de las distribuciones de dosis en la TRN. - Mejora la exactitud de las estimaciones dosimétricas (Ventajas de métodos dosimétricos y cuantificación de actividad, etc). - Contempla aspectos radiobiológicos propios de la TRN.

8 DOSIMETRIA 3D PACIENTE-ESPECIFICO SPECT/PET Distribución 3D de dosis absorbidas CALCULOS Y REPORTES DE: HISTOGRAMAS DE DOSIS- VOLUMEN CURVAS ISODOSIS DOSIS MEDIAS DOSIS MAXIMAS Actividad Acumulativa [µci-seg] TAC MIRD (voxel) Convolución Monte Carlo [Gy] Segmentación Distribución 3D de BED EUD Parámetros Radiobiológicos [g/cm 3 ] Corrección de Atenuación Densidad, composición TCP NTCP [Gy] α/β α/β, λ eff µ, γ

9 UTILIDAD DE LA DOSIMETRIA PACIENTE ESPECIFICO EN LA TRN (Rigurosa-Exacta-Reproducible-Confiable) Evaluación de nuevos radiofármacos para terapia. Planificación de tratamientos e identificación de pacientes para los cuales la TRN puede ser efectiva (mejora de la correlación entre las magnitudes dosimétricas D, EUD, BED y la respuesta/radiotoxicidad). Optimización de tratamientos (múltiples ciclos, uso combinado de diferentes radiofármacos, uso concomitante de la TRN con la QT y la RTE, etc.

10 DOSIMETRIA 3D PACIENTE-ESPECIFICO SPECT/PET Distribución 3D de dosis absorbidas CALCULOS Y REPORTES DE: HISTOGRAMAS DE DOSIS- VOLUMEN CURVAS ISODOSIS DOSIS MEDIAS DOSIS MAXIMAS [µci-seg] Actividad Acumulativa TAC MIRD (voxel) Convolucion Monte Carlo [Gy] Segmentación Distribución 3D de BED EUD Parámetros Radiobiológicos [g/cm 3 ] Corrección de Atenuación Densidad, composición TCP NTCP [Gy] α/β α/β, λ eff µ, γ

11 ACTIVIDAD ACUMULATIVA (A Nivel de Voxel) PASOS - Estudios de calibración (dimensión de voxel, sensibilidad CE/SPECT, μ, etc) - Colección adecuada de datos primarios (CE / SPECT / PET / TAC). - Procesamiento de estudios tomográficos (Corregistro, reconstrucción tomográfica, etc). - Correcciones de Atenuación, Dispersión, Efecto de Volumen Parcial, Linealidad de la respuesta, etc. - Estimación de parámetros Biocinéticos en VOIs (a partir de estudios de CE). - Corregistro de Imágenes SPECT-TAC, SPECT-SPECT, etc - Cálculo de la actividad acumulativa a nivel de voxel: Método SPECT-SPECT o método híbrido (Planar-SPECT).

12 ACTIVIDAD ACUMULATIVA Colección de Estudios Tomográficos Empleo de equipos de alta tecnología (preferiblemente equipos híbridos) para mejorar la exactitud de la cuantificación de actividad. Optimizar parámetros de protocolos de adquisición de estudios de sistemas tomográficos (resolución, energía, etc). Equipos adecuadamente calibrados y funcionamiento verificado (Programa de QC)

13 ACTIVIDAD ACUMULATIVA Procesamiento y Corrección De Estudios Tomográficos Imagen final estimada n 1 n 3D OSEM algoritmo de reconstrucción j w ij j l w p ij j n w lj I esima iteración Paso Estimación Matching Dual Filtering Datos proyección medida PSF 3D tabuladas Modelado respuesta del sistema Modelado dispersión Corrección atenuación Volumen parcial Corrección Movimiento

14 CORREGISTRO DE IMÁGENES SPECT-TAC, SPECT-SPECT, ETC Riñones Diferen. Hígado Diferen. Bazo a (%) a (%) Dosis Media (Gy/GBq) Dosis Media (Gy/GBq) Dosis Media (Gy/GBq) Diferen. a (%) E. Grassi & F Fioroni, Reggio Emilia; Italia

15 A[MBq] ACTIVIDAD ACUMULATIVA D r A S r r k h k h h (A Nivel de Voxel) à x,y,z = A x,y,z (t) dt o [MB-h] T 1 T 2 T 3 T n x x à o,o,o = A o,o,o (t) dt o.. à n,n,n = A n,n,n (t) dt o T 1 T 2 T 3 T n x x T[Horas] Bolch, W.E., et al. MIRD Pamphlet No. 17: The dosimetry of. J Nucl Med, : p. 11S-36S.

16 ACTIVIDAD ACUMULATIVA (A Nivel de Voxel) SPECT-SPECT

17 ACTIVIDAD ACUMULATIVA (METODO HÍBRIDO) %ID A(t) tumor à tumor = Ao/λ tumor t(h) A= Ao exp(-λt) à tumor à x,y,z = C T tumor C x,y,z T adq =3h CORTES PROCESADOS Y CORREGIDOS (Dispersión, Atenuación, etc) à tumor à x,y,z = C T tumor * C x,y,z DISTRIBUCION DE ACTIVIDAD ACUMULATIVA Bolch, W.E., et al. MIRD Pamphlet No. 17: The dosimetry of. J Nucl Med, : p. 11S-36S.

18 ACTIVIDAD ACUMULATIVA (METODO HÍBRIDO) %ID A(t) tumor t(h) A=Ao (exp(-t λ1)-exp(-t λ2) à tumor à x,y,z = C T tumor C x,y,z T adq =3h CORTES PROCESADOS Y CORREGIDOS (Dispersión, Atenuación, etc) à tumor à x,y,z = C T tumor * C x,y,z DISTRIBUCION DE ACTIVIDAD ACUMULATIVA Bolch, W.E., et al. MIRD Pamphlet No. 17: The dosimetry of. J Nucl Med, : p. 11S-36S.

19 ACTIVIDAD ACUMULATIVA METODO HÍBRIDO - Empleo de 1 set de imágenes de SPECT que aporta la distribución no homogénea de actividad. - Empleo de un set de múltiples imágenes de cuerpo entero (o imágenes planares) de donde se obtiene los parámetros farmacocinéticos de interés. VENTAJAS: - Menos tiempo de uso del sistema SPECT y de manejo del paciente. - Procedimientos de adquisición y procesamiento menos complejos. - Disponibilidad de datos para Biodistribución y dosimetría de órganos normales. - El corregistro de imágenes no es un aspecto crítico como en el método SPECT-SPECT. DESVENTAJAS: - Menor exactitud en la estimación de la AA pues no se considera la variación espacial (voxel a voxel) de la cinética del radiofármaco.

20 Curso Regional Dosimetría Interna en Medicina Nuclear Proyecto RLA/0/039. ARCAL CXX La Habana, 2 al 6 de mayo de 2011 Instituto Nacional de Oncología INOR Centro de Investigaciones Clínicas CIC Instituto de Nefrología - INEF Hotel Panorama, Habana, Cuba

21 DOSIMETRIA 3D PACIENTE-ESPECIFICO SPECT/PET Distribución 3D de dosis absorbidas CALCULOS Y REPORTES DE: HISTOGRAMAS DE DOSIS- VOLUMEN CURVAS ISODOSIS DOSIS MEDIAS DOSIS MAXIMAS [µci-seg] Actividad Acumulativa TAC MIRD (voxel) Convolución Monte Carlo [Gy] Segmentación Distribución 3D de BED EUD Parámetros Radiobiológicos Densidad, composición [g/cm 3 ] TCP NTCP [Gy] α/β α/β, λ eff µ, γ

22 DOSIMETRÍA 3D Formalismo MIRD a nivel de voxel. Kernel puntales de dosis. Simulación directa del transporte y deposición de energía empleando Monte Carlo

23 FORMALISMO MIRD (128,128,128) (0,j,0) (i,j,k) (0,0,0) (blanco) (fuente) (0,0,0) (0,1,0) D (k) (h) (i,j,k) (i+1,j,k) voxel A voxel S voxel voxel k h h k h D N voxel A voxel S voxel voxel k h 0 h k Dist. Dosis 3D h Bolch, W.E., et al. MIRD Pamphlet No. 17: The dosimetry of. J Nucl Med, : p. 11S-36S.

24 FORMALISMO MIRD (voxel-dosimetria) VENTAJAS : -Eficiente computacionalmente (cálculo de dosis en decenas de segundos en PC estándar). -Necesita pocos requisitos de computación. -Emplea metodología de amplio dominio y aceptación. DESVENTAJAS: - No considera las no homogeneidades del medio. - No existen valores tabulados para todos los radionucleidos y tamaños de voxel de interés para la clínica. Bolch, W.E., et almird Pamphlet No. 17: The dosimetry of. J Nucl Med, : p. 11S-36S.

25 SITIO WEB PARA CÁLCULO DE VALORES S Valores S para diferentes radionucleidos y dimensiones de voxel

26 KONVOX FORMALISMO MIRD Obtención de Valores S METODOLOGIA - Integración de los kernel puntuales de dosis. - Integración de funciones Furhang. Cross, W.G. et al. Beta-ray dose... HealthPhys, (2): p Furhang, E. et al. A Monte Carlo... Med Phys : p Cornejo N., Coca M.A., and Torres L.A., Rev Esp Fis med, : p

27 DOSIMETRÍA 3D Formalismo MIRD a nivel de voxel. Kernel puntales de dosis. Simulación directa del transporte y deposición de energía empleando Monte Carlo

28 INTERFAZ DOSIMETRIA 3D POR SIMULACION DIRECTA CON MC IMAGEN FUNCIONAL Ventajas: Considera las no homogeneidades del tejido. Mayor exactitud de cálculo. DISTRIBUCION 3D DE DOSIS ABSORBIDA SIMULACION MC (MCNPx, EGSnrc, GEANT4, etc) CALCULOS Y REPORTES DE: HISTOGRAMAS DE DOSIS- VOLUMEN CURVAS ISODOSIS DOSIS MEDIAS DOSIS MAXIMAS IMAGEN ANATOMICA Desventajas: demasiado tiempo de cálculo y recursos computacionales

29 CALCULO DE DOSIS EN MEDIOS NO HOMOGENEOS 1. Lectura de imágenes funcional (A) e imagen TAC 2. Redimensionamiento de imágenes TAC 3. Obtención de mapas de densidad a partir de imagenes TAC. 4- Creación de mapas de probabilidad de emisión por voxel (a partir de imagenes de actividad acumulativa). 5- Creación de ficheros de entrada al MCNP. MeV Tally( ) ActivityCumulative( Bq sec) particle MeV J Dose( Gy) Factor( ) density g cm volume cm g kg 3 3 ( ) voxel ( )

30 DOSIMETRÍA 3D. RESULTADOS CALCULO DE DOSIS MINIMA, MAXIMA, MEDIA, HDV, ANALISIS DE CURVAS DE ISODOSIS, etc

31 CENTRO DE INMUNOLOGIA MOLECULAR HABANA, CUBA

32 DOSIMETRIA 3D Y RADIOBIOLOGIA SPECT/PET Distribución 3D de dosis absorbidas CALCULOS Y REPORTES DE: HISTOGRAMAS DE DOSIS- VOLUMEN CURVAS ISODOSIS DOSIS MEDIAS DOSIS MAXIMAS [µci-seg] Actividad Acumulativa TAC MIRD (voxel) Convolucion Monte Carlo [Gy] Segmentación Distribución 3D de BED EUD Parámetros Radiobiológicos [g/cm 3 ] Corrección de Atenuación Densidad, composición TCP NTCP [Gy] α/β α/β, λ eff µ, γ

33 DOSIMETRIA 3D Y RADIOBIOLOGIA Respuesta biológica a las radiaciones: Reparación o recuperación Redistribución del ciclo celular Baja tasa de dosis cGy/min Reoxigenación Repoblación Modelo LQ Tto-1 No. Fracciones Intervalo E/ fracciones Dosis/Fracción Tiempo tto. α/β. Isoefecto BED Dosis Biológicamente Equivalente Tto-2 Tto-3 Tto-4 Tto- n BED D 1 Medida del efecto de la radiación Permite determinar las condiciones para lograr respuestas biológicamente equivalentes en condiciones de irradiación diferentes G D

34 DOSIMETRIA 3D Y RADIOBIOLOGIA BED(Tc) BED entregada durante tiempo (Tc) Dx,y,z Dosis absorbida en voxel x,y,x Dc Dosis que se pierde debido a efectos de prolif. Tμ Tiempo de reparación celular Te Tiempo medio efect. de eliminación Histogramas de BED Volumen, estadisticas de BED, curvas de isobed. EUD / TCP Prideaux et al. Three-Dimensional Radiobiologic.. J Nucl Med 2007; 48: Joaquin Gonzalez. Tesis Doctoral Planificación dosimétrica., 2010.

35 MAPAS DE BED Prideaux et al. Three-Dimensional Radiobiologic.. J Nucl Med 2007; 48:

36 Planificación de Tratamientos XBT + TRT Neuroblastoma Retroperitoneal Plan TRN: 33GBq 131 I-mibg (boost) plan XBT: 3 Campos Isocéntricos, 60Gy en el Isocentro XBT, Distribution de dosis TRN, Distribution de dosis Bodey et al Cancer Biother Radiopharm 2003;18(1):89-97

37 Planificación de Tratamientos XBT + TRT TRT, BED distribution XBT + TRT, BED distribution XBT, BED distribution Bodey et al Cancer Biother Radiopharm 2003;18(1):89-97

38 APLICACIÓN CLINICA Yuni K. Dewaraja et al. 131I-Tositumomab Radioimmunotherapy:.. J Nucl Med 2010; 51:

39 HAY HERRAMIENTAS DISPONIBLES?

40 3D-ID. Implementation and evaluation of patient-specific three-dimensional internal dosimetry. (Memorial Sloan-Kettering Cancer Center, NY, USA) (3D-ID / 3D-RD) Reconstrucción (OSEM) Procesamiento de Imágenes (MIAU) Corregistro de Imágenes Cálculo de Dosis (Kernel, Monte Carlo) Cálculos de Análisis regresión (voxel) Cálculo de parámetros radiobiológicos. Kolbert KS, Sgouros G, Scott AM, et al. J Nucl Med. 1997;38:

41 RMDP: A Dedicated Package For 131I SPECT Quantification, Registration and Patient-Specific Dosimetry. (Royal Marsden NHS, UK) Reconstrucción (FBP/OSEM) Corregistro de Imágenes Cálculo de Dosis (Kernel, MIRD) Análisis regresión (voxel) IDL programming languaje Matthew J. Guy et al. CANCER BIOTHERAPY & RADIOPHARMACEUTICALS, Vol.18, Number 1, 2003.

42 The LundADose Method for Planar Image Activity Quantification and Absorbed-Dose assessment in RNT (Lund University. Sweden) DOSIMG Reconstrucción (FBP/OSEM) Corregistro de Imágenes Cálculo de Dosis (Monte Carlo) Análisis regresión (voxel) IDL programming languaje CANCER BIOTHERAPY & RADIOPHARMACEUTICALS Volume 20, Number 1, 2005

43 Torres LA,Coca, MA, Batista JF et al. Nuclear Medicine Communications 2008, 29:66 75 Torres LA, Coca MA, Cornejo N. Procecedings. QANTRM, Vienna, Austria IAEA-CN-146. Coca M.A., Torres L.A. and Cornejo N. Nucleus, : p Cornejo N., Coca M.A., and Torres L.A., Rev Esp Fis med, : p TPS-NM. Herramienta en desarrollo, para estimación de dosis absorbidas en Medicina Nuclear. (CIC-CPHR) Generación de valores S a nivel de voxel. Corregistro de Imágenes (herramienta interactiva). Cálculo de Dosis (MIRD, Monte Carlo) Distribuciones 3D de Dosis, HDV, curvas de isodosis, estadísticas de dosis- Cálculo de parámetros biológicos (BED)

44 STRATOS. PHILIPS

45 TERAPIA CON RADIONUCLEIDOS Físicos Médicos Médicos Nucleares Radioquímicos Tecnólogos

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