Aspectos Dosimetricos de la Tecnica VMAT RapidArc & Planificacion de un Caso de Prostata

Aspectos Dosimetricos de la Tecnica VMAT RapidArc & Planificacion de un Caso de Prostata Dante E. Roa PhD Clinical Professor University of California - Irvine

Varian Medical Systems Guidelines for Intended Use & Safety Statements For use with Sales or on the internet, please incorporate the following requirements: Use General Slide when providing an overview of multiple products. (See Slide #3) Use Product Specific Slide when presenting detailed product information. Use the Product Specific Slide for each product when presenting detailed information on multiple products. All of these slides should appear at the beginning of the presentation after title slide. For other advertising and promotional materials and areas, PRC will assist with determining which slides and how much of the disclaimers may be required. Any questions may be directed to Bill Waller or Sherri Matteo.

Varian Medical Systems Eclipse Fair Balance Safety Statement Intended Use Summary The Eclipse Treatment Planning System (Eclipse TPS) is used to plan radiotherapy treatments for patients with malignant or benign diseases. Eclipse TPS is used to plan external beam irradiation with photon, electron and proton beams, as well as for brachytherapy treatments. In addition, the Eclipse Proton Eye algorithm is specifically indicated for planning proton treatment of neoplasms of the eye. Eclipse should only be used by qualified medical professionals. Important Safety Information Radiation treatments may cause side effects, which, in some cases, may be serious. Severity can vary depending on the part of the body being treated. Side effects are related to the type of treatments delivered and should be discussed between the clinician and the patient. Medical Advice Disclaimer Varian as a medical device manufacturer cannot and does not recommend specific treatment approaches. Individual treatment results may vary.

Additional Disclosures Receiving an honorarium to deliver this presentation Reflects my own opinions and not those of Varian or UC Irvine Radiation Oncology Department Conflicts of interest to report: None Varian Speaker Bureau Presenter Using Eclipse Treatment Planning System 4

UC Irvine Douglas Hospital 424 Patient Beds UC Irvine Medical Center Orange County, California A 5 minutos de Disneyland Strictly Confidential - Do Not Distribute

Treatments Offered External Beam TrueBeam STX Trilogy Calypso VisionRT

Treatments Offered: Electronic Brachytherapy Xoft IORT

Treatments Offered: Acuity Simulator & Brachytherapy Suite Donation from a grateful patient Provides in-room x-ray imaging for patients undergoing brachytherapy Avoids patient transport between rooms

CT Simulator with Ambient Experience

Parte 1: Aspectos Dosimetricos de la Tecnica VMAT

Video Promocional de RapidArc Varian 2008

Introduccion C X Yu Phys. Med. Biol. 40, 1435-1449, 1995 Intensity-Modulated Arc Therapy IMAT - 1995 Cedric Yu, Sc.D.

Caracteristicas de IMAT Entrega una dosis optimizada y distribuida con el gantry rotando alrededor del paciente Campo Sub-campos La forma del campo cambia de manera continua durante la rotacion del gantry El arco es dividido en varios campos estaticos de igual separacion angular y cada campo tiene sub-campos. Dependiendo de los sub-campos requeridos, la separacion angular puede ser reducida. Tambien dependiendo de la complejidad, mas arcos pueden ser definidos En otras palabras, cada arco entrega una dosis de manera similar a la tecnica de stepand-shoot en IMRT que consiste en subcampos que son superposicionados para modular la fluencia del haz Reproduced from C. Yu presentation. 2010 AAPM Annual Meeting - Philadelphia, PA En IMAT cada arco entrega un sub-campo y requiere por lo menos 3 arcos para entregar todos los sub-campos

Demostracion de un caso de prostata en un maniqui usando IMAT. Se usaron 10 sub-campos para generar el plan C X Yu Phys. Med. Biol. 40, 1435-1449, 1995

D. M. Shepard et. al., Med. Phys. 34, 464, 2007 Entonces, que paso con IMAT? Ausencia de una herramienta de planificacion robusta y comercialmente disponible para IMAT debido a la complejidad de esta tecnica. Desafio en desarrollar una interconeccion entre diferentes formas de campo definidos por el sistema de multihojas durante rotacion del gantry de un angulo al siguiente angulo. Limitacion en el numero de formas de campos debido a limitaciones en la velocidad de desplazamiento de las multihojas

C X Yu Phys. Med. Biol. 40, 1435-1449, 1995

Dependencia de formas de campo en la velocidad de desplazamiento del sistema multihojas (MLCs) Adapted from D. Cao Swedish Medical Center, Seattle, Washington

Otto K. Med. Phys. 35, 310-7, 2008 Single-Arc Therapy VMAT - 2007 Karl Otto, Ph.D.

De IMAT (1995) a VMAT (2007)

Restricciones de Eficiencia - Efficiency Constraints Otto K. Med. Phys. 35, 310-7, 2008 1. La velocidad de rotacion maxima del gantry de un linac Varian es 360 grados en 60 segundos => dθ/dt = 6.0 deg/s 2. La velocidad de desplazamiento maxima del sistema multihojas es => dx/dt = 3.0 cm/s 3. De 1 & 2, el desplazamiento de las multihojas en funcion del angulo de rotacion del gantry es => dx/dθ = 0.5 cm/deg Desplazamiento maximo por grado

Otto K. Med. Phys. 35, 310-7, 2008 4. De 1 & 3, si el desplazamiento maximo por grado es 0.5 cm/deg, se puede deducir lo siguiente: Desplazamiento total de las multihojas en un arco de 360 grados x = (dx/dθ) x 360 deg = 180 cm Tiempo total de movimiento de multihojas T = 180 cm / (dx/dt) = 60 segundos [donde dx/dt = 3.0 cm/s] (similar al tiempo de rotacion del gantry)

Otto K. Med. Phys. 35, 310-7, 2008 5. Restricciones en las unidades monitor (MU) son basadas en la velocidad de rotacion maxima del gantry y la taza de dosis maxima (maximum dose rate): dmu/dθ = (dmu/dt) / (dθ/dt) Si las restricciones de eficiencia son cumplidas, la distribucion de dosis y funcion costo son calculadas.

Incremento Progresivo de Campos y Posiciones de Multihojas Otto K. Med. Phys. 35, 310-7, 2008

Otto K. Med. Phys. 35, 310-7, 2008 Error de calculo de dosis para diferentes separacion angular de campos y desplazamiento de multihojas Tiempo de CPU para optimizacion en funcion de separacion angular, desplazamiento de multihojas y costo final Diferencia en funcion de costo final de una optimizacion con separacion angular fija versus optimizacion con separacion angular progresiva (VMAT optimization)

Otto K. Med. Phys. 35, 310-7, 2008 Histograma dosis-volumen para un caso de nasofaringe usando VMAT de un solo arco y comparado con un plan IMRT

VMAT using RapidArc Varian User s Manual VMAT con RapidArc Eclipse Version 8.5 before 10

VMAT RapidArc: Progressive Resolution Optimizer (PRO)

VMAT RapidArc: Progressive Resolution Optimizer (PRO) E. Vanetti et. al., Med. Phys. 38 (11), 5844, Nov. 2011

Definicion de Segmento de Alta Resolucion *Eclipse Inverse Planning Manual

Ventana de Optimization Eclipse v10.0

Ventana de Optimization Eclipse v13.6

2007 - RapidArc unveiled at ASTRO - Los Angeles, CA. 2008 - Became clinically available in USA University of Alabama. 2009/January Became clinically available at UC-Irvine. Caracteristicas Generales: Entrega de una dosis de tratamiento usando mas de un arco. Taza de dosis variable (e.g. Trilogy: 0-600 MU/min, 0-1000 MU/min; TrueBeam: 0-600 MU/min, 0-1400 MU/min, 0-2400 MU/min). Velocidad de rotacion del gantry es variable. Movimiento bi-directional de multihojas con velocidad de desplazamiento variable.

VMAT - RapidArc

Comentarios Hoy en dia en UC Irvine el ~95% de pacientes que requieren tratamientos modulados son tratados con VMAT RapidArc. VMAT es de gran beneficio para tratamientos de cabeza-y-cuello, SRS, SBRTs debido al corto tiempo de irradiacion. 35

Parte 2: Planificacion de un Caso de Prostata

Introduccion Courtesy of Dan Schiffner, MD

Courtesy of Dan Schiffner, MD

From CTV To PTV Courtesy of Dan Schiffner, MD

VMAT / IMRT Courtesy of Dan Schiffner, MD

Delineacion de Blanco y OARs

RT Femoral Head Rectum LT Femoral Head

Bladder Rectum Prostate Prostate PTV

Urethrograma para identificacion del bulbo penial Contrast from urethrogram changed to water HU Penile Bulb

Penis clamp changed to air

Estructuras de Optimizacion La dosis prescrita para el PTV puede ser alcanzada, por lo general, sin necesidad de crear un opti_ptv incluso cuando el PTV incluye parte de estructura(s) de riesgo (OARs). Pero si la dosis maxima de un OAR en la region dentro del PTV is mas alta de lo recomendado, es necesario crear un opti_ptv que excluya esta region para reducir la dosis maxima al OAR. En planes de VMAT y/o IMRT, restricciones de dosis a OARs se pueden alcanzar definiendo estructuras de optimizacion (e.g. opti_recto, opti_vejiga, etc). Un opti_oar es el OAR pero con la region dentro del PTV excluida y con una separacion additional de 3-5 mm en 3D del PTV. En un plan de VMAT-RapidArc es muy importante definir estructuras de optimizacion para separar regiones de OAR que estan dentro del PTV. Esta estrategia facilita: optimizacion de dosis prescrita para el PTV, restriccion de dosis a los OARs, es eficiente, y da buenos resultados.

3mm separation gap in all directions Opti_rectum

Opti_bladder

Avoidance Structure for good Dose conformity around PTV

Planeamiento con VMAT - RA Caracteristicas de VMAT-RapidArc: 1 o mas arcos de tratamiento. Taza de dosis variable (e.g. 0-600 MU/min, 0-1000 MU/min). Velocidad de rotacion variable. MLCs movimiento Bi-directional y con velocidad variable.

Rectum Bladder PTV - Cyan Prostate - Red Small Bowel LT Femoral RT Femoral Penile Bulb

Conclusiones Delineacion de blanco, estructuras de riesgo (OAR) y en particular estructuras de optimizacion es de importancia para garantizar un plan de tratamiento de buena calidad sea VMAT o IMRT. Es importante comprender la limitacion y balance de dosis (constraints and trade-offs) especialmente a estructuras de riesgo para un plan VMAT. Es probable que el proceso de optimizacion para VMAT-RapidArc tome mas tiempo comparado con IMRT, pero el tiempo de irradiacion es mas corto que IMRT. Este corto tiempo es de beneficio para el paciente. Finalmente, planeamiento de un tratamiento es un arte y a consequencia hay varias estrategias para generar un plan de buena calidad. Lo importante es que el plan final cumpla con los requisitos de dosis prescrita y dosis limite a los OARs.

Gracias por su atencion! Dante E. Roa PhD, Clinical Professor Department of Radiation Oncology UNIVERSITY OF CALIFORNIA IRVINE HEALTHCARE Chao Family Comprehensive Cancer Center 101 The City Drive South, Building 23, Rm 130 Orange, CA 92868 Phone: 714.456.8088 Fax: 714.456.7170 Email: droa@uci.edu USA