Nuevas tecnologías en IMRT

Transcripción

1 Nuevas tecnologías en IMRT Feliciano García Vicente. Ph.D. Servicio de Oncología Radioterapica. Sección de Radiofísica Hospital Universitario La Princesa. Diego de León Madrid

2 Ninguno. Conflictos de interés

3 Hitos en la evolución de la IMRT Brahme y cols (1982) Webb (1989), Bortfeld y cols (1990) Convery y Rosembloom (1992) Sliding window (1995) Mackie y cols(1993) Hi-Art TM (2002) Carol y cols (1993) Peacock TM (1994) Yu (1995) IMAT (2000) Otto (2008) VMAT RapidArc TM (2008), VMAT TM (2008)

4 IMAT (Yu, 1995) Terapia rotacional con haces extensos Modulación por superposición de arcos Ventaja terapia rotacional vs haces fijos Muchas puertas de entrada con irradiación continua Ventaja cone beam vs fan beam Eficiencia y no solapamiento Poco éxito por : Algoritmos no desarrollados para IMAT No VDR (excepto Varian) No DMLC (excepto Varian) Velocidad giro gantry constante Varios arcos para la misma calidad de S-IMRT

5 IMAT (Yu, 1995)-> VMAT (Otto, 2008) Trabajos basados en forward planning (Ma y cols 2001, Yu y cols 2002, Wong y cols 2002, De Gersem y cols 2004) Yu y cols (2006) Hybrid Arc

6 IMAT (Yu, 1995)-> VMAT (Otto,2008) Crooks y cols (2003) Terapia rotacional poco sensible a pequeños errores angulares Error de varios grados -> Error pequeño en dosis Se pueden redistribuir segmentos de campos estáticos de IMRT Tang y cols (2007) multi arco -> arco simple redistribuyendo las aperturas

7 IMAT (Yu, 1995)-> VMAT (Otto,2008) Crooks y cols (2003) Terapia rotacional poco sensible a pequeños errores angulares Error de varios grados -> Error pequeño en dosis Se pueden redistribuir segmentos de campos estáticos de IMRT Tang y cols (2007) multi arco -> arco simple redistribuyendo las aperturas La IMAT de arco único funciona porque un campo estático modulado es equivalente a varios campos de un arco no modulados (Webb 2009, Bortfeld 2010)

8 VMAT (Otto, 2008)

9 VMAT (Otto, 2008) Algoritmo planificación inversa para IMAT Variación tasa dosis con giro de gantry Variación velocidad giro gantry DMLC Alta conformación en un solo arco (1.5-3 min)

10 VMAT (Otto, 2008) Optimización en una fase parámetros de máquina (gradiente iterativo) Muestreo progresivo para aumentar eficiencia en la optimización (1 mes ->1 hora con un procesador)

11 VMAT (Otto, 2008) optimización -> interpolación -> optimización 360 puntos control en trabajo original Otto K 2008 Volumetric modulated arc therapy, IMRT in a single arc Med. Phys

12 VMAT(Bzdusek y cols, 2009) Optimiza en dos fases Fluencia cada 24º (gradiente iterativo) Optimización parámetros de máquina con todas las ligaduras (gradiente iterativo)

13 VMAT(Bzdusek y cols, 2009) Optimización fluencia->segmentación sliding -> Filtrado a los dos segmentos con mayor número de láminas abiertas Redistribución segmentos-> Creación de nuevos puntos de control por interpolación lineal (46 en el trabajo original) -> DMPO ->(interpolación 91 CP)-Cálculo CC-SWO Bzdusek K, Friberger H, Eriksson K, Hardemark B, Robinson D and Kaus M 2009 Development and evaluation of an efficient approach to volumetric arc therapy planning Med. Phys

14 CARACTERÍSTICAS COMUNES INTERPOLACIÓN (vale por ser rotatoria) GRADIENTE ITERATIVO (vale por muestreo progresivo ó por punto inicial óptimo) EFICIENCIA

15 TECNOLOGÍAS DE PLANIFICACIÓN VMAT Eclipse TM (PB, AAA TM, Acuros TM, PROIII(Otto)) Ergo ++ TM (Forward) Monaco TM (PB, MC, Fluencia y secuenciación en sector de arco) Oncentra TM (PB, CC, Onc.VMAT TM (Bzdusek y cols)) Pinnacle TM (PB, CC, SmartArc TM (Bzdusek y cols)

16 Singularidades planificación VMAT Algoritmos semiempíricos (CC, AAA) Muchos campos Mucho tiempo cálculo Nunca se calcula lo que se ejecuta (interpolaciones, atajos, heterogeneidades) A pesar de todo, las publicaciones dan resultados de QA similares a la IMRT convencional

17 Singularidades planificación VMAT Monte Carlo no depende del número de campos y se calcula lo que se ejecuta (no interpola). A partir de 43 campos MC más rápido que CC (Naqvi y cols, 2003). Entrada de algoritmos basados en ecuación de transporte de Boltzman con precisión MC y que tampoco dependen del número de campos (Vassiliev y cols, 2010).

18 TECNOLOGÍAS DE TRATAMIENTO VMAT RapidArc TM (Varian) VMAT TM (Elekta)

19 TECNOLOGÍAS DE TRATAMIENTO VMAT RapidArc TM (Varian) Tasa variable continua (0-600 UM/min). Velocidad giro gantry variable. Interdigitación MLC. Inicialmente no movimiento carro, colimador ni mandíbulas (ahora en TrueBeam TM ). Inicialmente control diferente (MLC vs Gantry) y (Gantry vs MU) (ahora controlador digital integrado TrueBeam TM ).

20 TECNOLOGÍAS DE TRATAMIENTO VMAT VMAT TM (Elekta) Tasa variable en niveles discretos ( UM/min). Velocidad giro gantry variable. Utilizada también para compensar cambios tasa. No interdigitación en un principio (Ahora en Beam Modulator TM y MLCi2). Movimiento mandíbulas y colimador. Control digital integrado Desktop Pro 7.

21 Aceptación y control de calidad VMAT

22 Aceptación No es mucho más complejo que IMRT convencional pero hay que verificar las nuevas funcionalidades (Ling y cols 2008) VDR Velocidad giro gantry variable DMLC Colimador

23 Lo más importante sigue siendo el posicionamiento del MLC. Las UM son una variable independiente igual que en IMRT convencional (VDR y vel gantry compensadas). También es muy importante el control del planificador en condiciones VMAT con geometrías complejas incluyendo heterogeneidades.

24 Control de calidad Equivalente a S-IMRT, control pretratamiento paciente a paciente (al menos hasta que se tenga gran experiencia en todo el proceso) Nuevos sistemas de verificación con geometría cilíndrica Geometría en X ó en O Empleo de los arrays planos con maniquíes diseñados para alojarlos y compensar Placas y cámaras de ionización

25 Aceptación y QA

26 COMPARACIÓN CON OTRAS TECNOLOGÍAS

27 VMAT vs S-IMRT

28 VMAT vs S-IMRT En general todas las publicaciones concluyen que la VMAT es igual ó superior en calidad dosimétrica a la IMRT estática, es decir se pueden lograr distribuciones de dosis similares ó superiores con menos UM y menos tiempo. Aquí no hay demasiada polémica pero tampoco hay una explicación teórica completa. La razón de que 2000 segmentos puedan ser equivalentes a 300 puede ser la referida por Mohan (Mohan 2009) y que resumiendo dice que en realidad un aumento en la modulación muchas veces no aporta casi nada ya que al final todo se ve limitado por la física del transporte fotónico. Matemáticamente esto querría decir que el espacio de las variables de la optimización para IMRT estática es muy degenerado, casi plano en muchas regiones.

29 Ventajas VMAT vs S-IMRT Reducción drástica del tiempo de administración tratamiento con calidad comparable ó superior a IMRT convencional. Simplificación del proceso de planificación No elección orientaciones Reducción UM (sobre todo frente a dinámica) Administración del tratamiento más robusta frente a pequeños errores. (Rotacional, Compensación).

30 Desventajas VMAT vs S-IMRT Aunque la dosis integral es igual se irradia más volumen (aunque con menos dosis) Proceso de planificación más lento Problemas geométricos con el giro? Efecto mesa

31 VMAT vs HT

32 VMAT vs HT Pocos trabajos y casi todos con conflicto de interés. Algunos muy polémicos. Desde el punto de vista teórico también mucha polémica. Solamente en uno participan dos centros y de cada uno de ellos una tecnología.

33 VMAT vs HT

34 VMAT vs HT Compara Tomotherapy Hi-Art II y RapidArc. 16 pacientes (cerebro, HN, pulmón y próstata). Posibilidad de un replanning. Comparación de parámetros dosimétricos en un mismo sistema y con el mismo muestreo. Comparación de parámetros de eficiencia.

35 VMAT vs HT

36 VMAT vs HT D 0.1% % HI (%) CN p<0.001 p<0.001 p>0.01

37 VMAT vs HT

38 VMAT vs HT Cerebro, cabeza y cuello HT menores dosis máximas, dosis media similar

39 VMAT vs HT

40 VMAT vs HT Próstata y pulmón Resultados similares

41 VMAT vs HT

42 VMAT vs HT MU BOT(min) Fuga (cgy)

43 Conclusiones Las dos tecnologías logran todos los objetivos de calidad. Alta conformación y protección efectiva de OR. Tomoterapia dosis más bajas para la mayor parte de las estructuras en HN y cerebro y mejor homogeneidad en PTV. RapidArc 3 veces más rápido aunque se pueden reducir diferencias con replanning. Posibilidad de mejora en la planificación inversa en ambas.

44 Controversias VMAT

45 Controversias

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48 Controversias

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58 Controversias

59 Controversias

60 CONCLUSIONES TECNOLOGÍA VMAT

61 Conclusiones VMAT es una técnica de RT que consigue una calidad dosimétrica similar a IMRT convencional y con eficiencia superior. No existe una teoría cerrada de VMAT y hay grandes intereses comerciales por lo que sigue habiendo controversias. Probablemente estamos llegando al límite dosimétrico con terapia externa de fotones por lo que tecnologías diferentes dan resultados similares.

62 Gracias por su atención