Nozioni di RADIOTERAPIA Universit degli Studi di Napoli

Nozioni di RADIOTERAPIA Università degli Studi di Napoli Federico II per TSRM 1

DOSIMETRIE 2

I tecnici di radiologia medica collaborano direttamente con i medici radioterapisti e il servizio di fisica sanitaria nelle: Operazioni dosimetriche e di radioprotezione, anche inerenti al trattamento. 3

Dosimetria in vivo Consiste nell’utilizzo di apposite sonde dosimetriche permettono, nel corso della seduta di trattamento, di verificare sia la dose erogata dalla macchina, che quella effettivamente assorbita dai tessuti e dagli organi inclusi nel piano di cura. 4

MOSFET Auto. Sense Dosimetry System 5

I dosimetri maggiormente utilizzati per la realizzazione delle dosimetrie in vivo sono quelli a termoluminescenza (TLD). Il loro principio di funzionamento è basato sulla capacità di alcune sostanze, quali il fluoruro di litio, di catturare elettroni nel corso dell’irradiazione e di rimetterli sotto forma di radiazione di luminescenza. 6

L’intensità della radiazione luminosa, proporzionale alla energia assorbita, viene misurata da un apposito dispositivo contenuto nel dosimetro stesso, il quale opera la conversione da energia luminosa a dose assorbita sulla base di fattori di correzione che richiedono un’accurata calibrazione 7

Altri tipi di dosimetri sono quelli a semiconduttori (al solfuro di cadmio), basati sulla capacità di ridurre la propria resistenza elettrica quando vengono colpiti da radiazionizzanti. I dosimetri a semiconduttori hanno il grosso vantaggio di permettere una rilevazione della dose in tempo reale. 8

Nel caso in cui tra la dose prescritta e la dose misurata si dovesse riscontrare una disomogeneità superiore al 5%, si dovrà ricontrollare il set-up del trattamento. Studi in questo senso hanno dimostrato che i più frequenti errori sono dovuti sia alla inaccuratezza del set-up, sia all’errore degli algoritmi utilizzati per il calcolo della dose, che spesso non tengono conto delle disomogeneità tissutali in grado di alterare sensibilmente la trasmissione delle radiazioni in profondità 9

Fantoccio ad acqua e camera di ionizzazione 10

TECNICA CON EMICAMPO

Tecnica degli emicampi 12

IORT 13

CON L’ESPRESSIONE “RADIOTERAPIA INTRAOPERATORIA” (IORT) SI INTENDE UN TRATTAMENTO RADIOTERAPICO ESEGUITO “A CIELO APERTO”, NEL CORSO DI UN INTERVENTO CHIRURGICO, CON SOMMINISTRAZIONE DI UNA DOSE SINGOLA DI RADIAZIONI

La IORT viene utilizzata soprattutto per la mammella. E’ usata anche per il trattamento di alcune forme tumorali del pancreas, dello stomaco, delle strutture retroperitoneali, dell’utero, della vescica e della prostata. Inoltre può essere usata per i tumori mediastinici e polmonari oltre che per i tumori endocranici sopratentoriali e del distretto cervico-facciale. 15

L’esecuzione della IORT comporta una stretta collaborazione tra: . chirurghi. anestesisti. patologi. personale della sala operatoria. radioterapisti. fisici sanitari. tecnici di radioterapia 16

APPARECCHIATURE CHE POSSONO ESSERE IMPIEGATE PER ESEGUIRE TRATTAMENTI DI IORT APPARECCHIATURE PER RX-TERAPIA l ACCELERATORI LINEARI “TRADIZIONALI” l ACCELERATORI LINEARI TRADIZIONALI INSTALLATI IN BUNKER “DEDICATI” l ACCELERATORI LINEARI MOBILI “DEDICATI” l APPARECCHIATURE PER BRACHITERAPIA (192 Ir) l

LE TRE ALTERNATIVE 1 BUNKER “TRADIZIONALE” 2 3 PAZIENTE IN ANESTESIA BUNKER “DEDICATO” LINAC + SALA OPERATORIA “TRADIZIONALE” MACCHINA RADIOGENA

VANTAGGI / SVANTAGGI 1 - QUALITA’ RADIOTERAPICA OTTIMALE - RISCHI PER IL PAZIENTE (INFEZIONE - PROLUNGAMENTO DELL’ANESTESIA” - SCARSISSIMA “PRODUTTIVITÀ” 2 - GLOBALMENTE OTTIMALE - SCARSA PRODUTTIVTÀ - COSTI ALTISSIMI 3 - IL MIGLIOR COMPROMESSO - PROBLEMI DI RADIOPROTEZIONE

NOVAC 7 è un acceleratore lineare di elettroni dedicato alla IORT l Può essere impiegato in una normale sala operatoria l E’ mobile e può essere facilmente bloccato l Può produrre fasci di elettroni di 4 differenti energie nominali: l 3, 5, 7, 9 Me. V l Per poterlo utilizzare in condizioni di sicurezza sono necessari un accurato test di accettazione e un rigoroso programma di controllo della qualità

L’apparecchiatura è mobile rispetto a quattro assi: l Azimuth l Elevazione l Inclinazione l Rotazione

Mobilità L’acceleratore è montato in una struttura motorizzata, che può essere movimentata all’interno della S. O. e avvicinata molto lentamente al paziente; ciò è reso possibile da una rotella, la cui direzione è indicata da una freccia

Rotazione azimutale di ± 45° attorno a un asse verticale -45° +45°

Elevazione in un piano verticale nell’intervallo -30° / + 60° -30° +60°

Inclinazione della “testata” nell’intervallo di ± 45° -45° +45°

Rotazione della testata nell’intervallo di ± 45° -45° +45°

APPLICATORI PIANI 40 mm 60 mm SSD = 80 cm 80 mm 100 mm SSD = 100 cm

APPLICATORI Per ogni diametro del fascio sono disponibili 3 “angoli terminali” dei collimatori 0° 22. 5 ° 45 °

Test di accettazione Parametri da controllare l l l l Stabilità (costanza dell’emissione) Energia dei fasci (curve DPP) Profili dei fasci (simmetria e omogeneità) Curve di isodose Dose (MU-n. di impulsi /Gy - dose rate) Rad. dispersa Mobilità, allarmi, messa a terra

Radiazione dispersa L’acceleratore produce una piccola quantità di radiazione dispersa, che può essere facilmente schermata … la sorgente principale è il paziente, che si comporta come un “bersaglio” per il fascio e converte in raggi X lo 0. 3 - 0. 5 % dell’energia degli elettroni

TBI 31

Irradiazione Totale Cutanea l Target Epidermiti cutanee e dermatiti superficiali l Tipo di radiazione elettroni da 2/4 Me. V l SSD 3 -5 mt l Distribuzione di dose Isodose 95% a 2 mm Isodose 85% a 10/14 mm Isodose 10% a 25/30 mm l Dose rate 2500 c. Gy/min a 100 cm 32

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STEREOTASSI 35

La stereotassi è una particolare tecnica di radioterapia che consente di somministrare, in un’unica o in poche frazioni, una elevata dose di radiazioni ad un volume bersaglio limitato, utilizzando un fascio molto piccolo e ben collimato. Può essere eseguita a livello del cranio (intracranica), o del torace, dell’addome e della pelvi. (extracranica). 36

La Radioterapia Stereotassica richiede un alto livello di competenza, grande organizzazione e un approccio rigorosamente interdisciplinare tra radioterapisti, fisici sanitari e tecnici di radioterapia che agiscono a stretto contatto. 37

L’indicazione terapeutica al trattamento stereotassico nasce da una discussione collegiale tra: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Radioterapista Neurologo Neurochirurgo Chirurgo Oncologo Anestesista 38

Questa tecnica viene usata soprattutto per il trattamento di piccole lesioni cerebrali e necessita di accessori specifici di immobilizzazione del paziente detti caschi. 39

In passato sul capo del paziente veniva posizionato un casco localizzatore con delle viti speciali fissate e bloccate fino all’altezza del periostio. 40

Attualmente questo casco è stato sostituito da un sistema di immobilizzazione non invasivo (Stereotactic Relocatable Frame) Questo sistema è caratterizzato da una maschera termoplastica e da un casco munito di una terna di coordinate radiopache (X-Y-Z) che permettono di individuare il bersaglio e localizzarlo nello spazio. 41

Maschera termoplastica e casco stereotassico 42

La precisione nella localizzazione del volume di interesse dipende dalla precisione del casco stereotassico. In alcuni sistemi, per garantire una maggiore immobilizzazione, può essere utilizzato un morso su cui viene riprodotto con un’apposita pasta il calco dentario del paziente. 43

Viene eseguita un TC o RMN con M. D. C. dell’encefalo, dove appaiono rilevabili sia i reperi radiopachi del casco localizzatore che il bersaglio neoplastico. Il radioterapista ed il fisico in seguito elaboreranno il piano di trattamento per l’irradiazione della massa. 44

Durante l’irradiazione il Gantry ruota intorno alla testa del paziente in modo da colpire il bersaglio da più punti, risparmiando il più possibile i tessuti sani circostanti 45

L’ampiezza dell’area d’irradiazione è definita dalla dimensione del collimatore multilamellare (Multileaf) che, attraverso il controllo computerizzato, offre la possibilità di un adattamento dinamico del campo durante l’irradiazione stessa (archi dinamici). 46

L’erogazione della dose di circa 20 -30 Gy, in un’unica seduta, viene effettuata attraverso una decina di archi. Al termine della seduta, al paziente viene tolto il casco e mandato a casa. 47

Per l’esecuzione della tecnica stereotassica in altri distretti corporei (extracranica), in sostituzione del casco vengono utilizzati dei marker anatomici da applicare sulla cute del paziente, Exac. Trac, stando attenti che siano stabili e che siano il meno possibile coinvolti nei movimenti determinati dall’attività respiratoria del paziente. 48

Prima di eseguire la TAC di centraggio, accertarsi che la slice sia il più sottile possibile (< 3 mm) nell’area dove si sono posizonati i marker anatomici. Al termine dell’esame, trasferire le immagini al TPS: Brain. SCAN 49

Trasferimento dati e pianificazione • Localizzazione dei marker anatomici e verifica della loro posizione scorrendo le immagini TAC • Fusione delle immagini se richieste • Contornazione del PTV e degli OAR • Studio TP (conf beam, IMRT, arc dinamic • Verifica della dose • Rappresentazione 3 D della Dose • Trasferimento del TP al linac e al sistema “Exac. Trac” per posizionare il paziente

Componenti dell’Exac. Trac • L’ Exac. Trac comprende un sistema di telecamere a infrarossi e videocamera integrate in un alloggiamento in carbonio. • Sistema è installato sopra la parte terminale (ai piedi) del lettino • Non è necessaria una calibrazione delle telecamere e della videocamera. • Finestra di dialogo relativo al posizonamento del paziente • Lettino 51

Exac. Trac • Il sistema determina la posizione del paziente in base al rilevamento ottico dei marker riflettenti a raggi infrarossi. • Dopo aver caricato • i dati del paziente, • l’ Exac. Trac automaticamente attiva le modalità di posizionamento del paziente 52

• La finestra contiene: due viste, Top View e Right Laser View, l’indicatore Match Accuracy (calcola la similarità tra i marker anatomici rilevati dalle telecamere a infrarossi e quelli acquisiti durate le scansioni TAC); • 3 indicatori di posizione del paziente; • 3 indicatori della posizione del tavolo Exac. Trac monitor 53

Exac. Trac: principi del rilevamento dei marker • Tutti i segnali provenienti dai marker sono elettronicamente registrati sul chip della telecamera CCD, intersecandosi nel PUNTO FOCALE. • Exac. Trac calcola la posizione 3 D dei marker utilizzando entrambi i p. focali delle CCD. 1 CCD è in grado di calcolare una linea virtuale sulla quale si trova il marker (parte dalla posizione del marker sul chip del CCD e passa attraverso il fuoco). 54

L’altra telecamera determina il rimanente grado di libertà nel punto di intersezione delle due linee virtuali. In questo modo si calcola l’esatta posizione 3 D del marker. 55

IMRT 56

1. Modalità di esecuzione La IMRT è una forma evoluta della RT conformazionale (3 DCRT) che aggiunge alla conformazione geometrica, la modulazione in fluenza; questa si determina generalmente attraverso l’uso di software specifici di pianificazione indicati con il termine di “inverse planning”. La fluenza viene ottimizzata, per ogni fascio, sui differenti spessori di target visti nella proiezione bidimensionale del campo (BEV), tenendo conto dei vincoli di dose e dose-volume definiti all’interno del modulo di pianificazione inversa 57

La caratteristica fondamentale che la distingue dalle altre tecniche conformazionali è la possibilità di ottenere distribuzioni di dose con una forma concava. Quindi non solo si conforma la distribuzione delle dosi elevate alla forma del target, ma si conformano anche le basse dosi alle strutture a rischio. Le tecniche di esecuzione si possono dividere sostanzialmente in due categorie: 1. Statica: modulazione della fluenza tenendo fisso il gantry (campi statici) 2. Arco: modulazione della fluenza durante il movimento del gantry (con arco terapia) 58

Della prima categoria fanno parte tutte le modalità di irradiazione effettuate con MLC statico sequenze di campi multipli statici conformati: SMLC-IMRT o segmental IMRT (step and shoot) 59

Della seconda categoria fanno parte le tecniche ad arco con MLC dinamico cioè la IMAT (Intensity Modulated Arc Therapy) e la Tomoterapia seriale ed elicoidale che combinano il movimento del gantry, al quale è applicato un collimatore multilamellare rettangolare, con il movimento di traslazione del lettino. 60

Generalmente la modulazione d’intensità è ottenuta usando archi sovrapposti: gli archi principali si conformano sul BEV completo del target, gli archi successivi schermano la zona del target in sovrapposizione con gli OAR (organi a rischio). Per ottenere una buona uniformità di dose sul PTV e rispettare i limiti di dose sugli OAR viene ottimizzato il “peso” di ogni segmento di arco utilizzato, come risultato del processo di pianificazione inversa (es. AMOA arc modulation optimization algorithm). 61

Dotazione essenziale per l’esecuzione della IMRT Tutte le tecniche suddette (ad eccezione del Cyberknife), per essere facilmente realizzabili nella pratica clinica, utilizzano un MLC. Inoltre la pianificazione del trattamento necessita di un sistema IP e di un sequencer. Il sequencer deve tradurre le intensità di fluenza determinate dal modulo di Inverse Planning in intensità di dose erogabile dall’MLC tenendo conto sia delle restrizioni nel movimento che della dose trasmessa e diffusa dal sistema delle lamelle. I migliori risultati si ottengono se il sequencer è incorporato nel modulo di ottimizzazione interattiva e non applicato successivamente all’ottimizzazione 62

Tomoterapia 63

E’ stata la prima tecnica IMRT ad arco sviluppata (NOMOS Corporation): sistema MIMi. C (multileaf intensity modulating collimator). Il collimatore ruotando una o più volte intorno al paziente irradia una sottile sezione dello stesso, mentre il lettino di trattamento rimane fisso durante l’irradiazione; (tomoterapia seriale) 64

Schema di Tomoterapia con acceleratore lineare e detettore Sistema di collimazione del fascio 65

L’apparecchiatura è costituita da un gantry circolare che racchiude un rilevatore Tac accoppiato ad un acceleratore lineare. Questo è generalmente da 6 Me. V e la sorgente può ruotare, guidata dal computer, in modo continuo attorno al paziente, che a sua volta può muoversi contemporaneamente sul piano orizzontale, in coordinamento con il movimento della sorgente. 66

Sull’uscita radiante dell’acceleratore è posto un collimatore a lamelle dello stesso tipo del MIMi. C che con il loro rapido movimento provvedono a modulare e scomporre il fascio di radiazione. Dimensioni: 5 cm x 40 cm 64 lamelle di larghezza 6. 25 mm spessore lamelle 10 mm 67

Collimatore multilamellare 68

Dal lato opposto un sistema di rivelazione allo Xeno, provvede a raccogliere le radiazioni che attraversano il paziente ed a ricostruire, durante l'effettuazione del trattamento, un’immagine in 3 D ad alta energia della regione irradiata. La Tomoterapia si configura quindi come una tecnica di tipo IGRT (Radioterapia guidata dall’immagine). La sorgente radiogena può effettuare da 1 a 10 rotazioni complete al minuto. Durante ogni rotazione della sorgente, il collimatore multi-lamellare può a sua volta assumere 50 differenti configurazioni di apertura. 69

La risultante delle combinazioni fra le varie posizioni angolari dei singoli fasci di radiazioni con i movimenti lineari del lettino del paziente, è un trattamento continuo di tipo rotazionale, equivalente ad un numero elevatissimo di trattamenti statici convenzionali di tipo IMRT (Radio. Terapia a Modulazione d’Intensità). 70

Rispetto ai trattamenti convenzionali, la Tomoterapia consente un'irradiazione maggiormente accurata del bersaglio, con migliore salvaguardia dei tessuti circostanti e la possibilità in una stessa seduta di trattare più di un bersaglio e con dosi più elevate e circoscritte, con maggiore efficacia del trattamento, minore impegno temporale della struttura, minore impegno per il paziente e numero di frazioni nettamente ridotto. 71

Il trattamento può essere inoltre continuamente adattato alle modifiche anatomiche eventualmente intervenute nel paziente fra una seduta e l'altra. La Tomoterapia include le stesse fasi pre-trattamento della Radioterapia conformazionale, ma differisce nell’acquisizione MVCT (Megavoltage TAC) che precede la terapia. 72

La TAC effettuata viene confrontata con la TAC di centraggio attraverso una fusione delle immagini mediante il software del sistema e da quest’operazione vengono calcolati i valori di X, Y, Z e gli angoli di rotazione, che indicano gli spostamenti della lesione rispetto alla posizione che aveva quando è stata effettuata la prima TAC. Il lettino si sposta in maniera motorizzata in modo tale da compensare gli scostamenti X, Y e Z e di rotazione. 73

Viene emesso il fascio con geometria elicoidale risultante dal movimento della sorgente e dalla sequenza di chiusure e aperture delle lamelle del collimatore, risultante dal calcolo personalizzato di distribuzione di dose, effettuato precedentemente dal fisico sanitario e memorizzata dal sistema. 74

La durata complessiva di una seduta di trattamento è generalmente inferiore ai 30 minuti. Quando il piano di cura è preparato su immagini ottenute dalla “fusione” TAC e PET si parla di Tomoterapia a guida Metabolica. 75