3 Boyutlu Brakiterapi Uygulamaları

JİNEKOLOJİK TÜMÖR
RADYOTERAPİSİ İÇİN 2 VE 3
BOYUTLU BRAKİTERAPİ
PLANLAMA UYGULAMALARI
Fiz. Yük. Müh. Hakan EREN
Brakiterapi (Küriterapi)
•
•
Brakiterapi (BT) kelimesi eski Yunan kelimelerinden gelmektedir.

kısa, yakın

tedavi anlamına gelir.
Brakiterapi,
radyoaktif
kaynakların
ışınlanacak
olan
dokunun
yakınına veya içine yerleştirilmesiyle yapılan radyoterapinin bir
şeklidir.
•
Bu tedavide, çevre dokularda hızlı bir doz düşüşüyle yüksek doz
lokal olarak tümöre verilebilir.
•
ICRU’nun 38 No’lu Raporu’na göre, geniş klinik deneyime dayalı üç temel
sistem serviks kanseri tedavisi için geliştirilmiştir:
– Stockholm Sistemi
– Paris Sistemi
– Manchester Sistemi
•
1938 yılında tanıtılan Manchester Sistemi, orijinal Paris Sistemi’nden
türetilmiş ve en yaygın kullanılan sistemdi. (Tod ve Meredith 1938)
Geleneksel 2D Görüntü-Tabanlı Planlama
•
Manchester Sistemi aslında, uterus
ve vajinanın şekil ve büyüklüğünden
bağımsız serviksin yakınındaki A
noktasına ~54 cGyh-1’lik sabit bir
LDR dozu vermek için tasarlanmıştır
(Şekil 1).
FIGURE 1 Definition of points “A” and “B” in the classical Manchester system.
Point A is defined as being 2 cm lateral to the central canal of the uterus and 2
cm up from the mucous membrane of the lateral fornix, in the axis of the uterus.
Point B is defined as being in the transverse axis through point A, 5 cm from the
midline. In clinical practice where dose calculations are made from 2D or 3D
images, point A is usually taken 2 cm up from the flange of the intrauterine source
and 2 cm lateral from the central canal. (From International Commission on
Radiation Units and Measurements (ICRU). Dose and Volume Specification for
Reporting and Recording Intracavitary Therapy in Gynecology. Report 38 of ICRU,
ICRU Publications, Bethesda, MD, 1985. With permission).
•
•
Lastikten
yapılan
orijinal
aplikatör
bir
intrakaviterin
tandem ve radyum tüpleri tutan
iki
intravajinal
ovoid'ten
oluşuyordu.
Modern uygulamaları rigid ve
ayarlanabilir olup ayrıca 3D
görüntüleme sistemleriyle tam
uyumlu olabilir (Şekil 2).
FIGURE 2 Modern rigid, adjustable Manchester-style applicator fabricated from composite fiber tubing.
The composite material mostly eliminates the distortions seen with traditional stainless-steel tubing in CT
and MR images acquired to plan cervix brachytherapy treatments. (Courtesy of Nucletron, Veenendaal,
The Netherlands.)
•
Her bir hasta için hesaplanılan
dozimetri
tipik
olarak,
aplikatörlerin radyografilerinin
kullanımıyla
ve
iki
adet
tamamlayıcı görüntüden elde
edilen
saran
pelvik
anatomisiyle gerçekleştirildi.
(Gerbaulet ve ark. 2002)
•
Radyoaktif olmayan dummy
kaynaklar, kaynağın gerçek
yerleşimini simule etmek için
kullanılmıştır (Şekil 3).
FIGURE 3 Orthogonal radiographs for a typical treatment of cancer of the cervix with a
Manchester-style applicator, illustrating active source positions (darker-filled circles) and
bladder and rectum dose calculation points (lighter-filled circles). (a) AP projection; (b) lateral
projection. (From Gerbaulet, A., Potter, R., Mazeron, J.-J., Meertens, H., and Van Limbergen, E.
(eds.), 2002. The GEC-ESTRO Handbook of Brachytherapy. ESTRO, Brussels. With permission.)
3D Görüntü-Tabanlı Planlama
•
Brakiterapi tedavi planlaması için CT görüntülerinin kullanımı hem
serviks eklemleri (Lee ve ark. 1980) ve hem de interstisyel implantlar ( Elkon ve
ark. 1981) için ilk kez 1980 yılında rapor edildi.
•
1985’te ICRU’nun 38 No’lu Raporu, yerleştirilen dozimetrik referans
noktalarının bir alternatifi olarak sadece çok kısa olarak CT’den
bahsetti, 1997’de ICRU’nun 58 No’lu Raporu mevcut olduğunda,
edilen ek bilgiler olarak DVH verilerini tespit etmişti.
•
Günümüzde, ticari brakiterapi tedavi planlama sistemleri CT-tabanlı
aplikatör/kaynak lokalizasyonu, 3D anatomik yapı tanımı ve DVH
analizini desteklemektedir.
•
3D görüntüleme (CT ve MRI) kullanılarak tanımlanan limitler ve
belirsizlikler anlaşılmalı ve hesaba katılmalıdır.
•
Ancak hedef tanımı için 3D görüntülemeden gelen ilave bilgi;
– OAR tanımlama
– Katheter ve aplikatörün yeniden yapılanması
– Doz planlama
genel tedavi kalitesini elde etmek için yardımcı olan önemli
ölçüde daha fazla önem taşıyan güvenlik önlemleridir.
Pozisyonlanan Aplikatörler ile Görüntüleme
•
3D görüntüleri planlamanın toplaması, görüntüleme yöntemiyle
uyumlu aplikatörlerin kullanımını gerektirir.
•
Zırhlı veya zırhsız metalik aplikatörler CT görüntüleri üzerinde
güçlü artifaktlar oluşturur, aplikatörün tekrar yapılanması ve
hedef tanımı için onları kullanılır hale getirir.
•
CT ve MR uyumlu aplikatörler günümüzde ticari olarak mevcuttur.
Maliyeti azaltmak ve aplikatörlerin kullanılabilirliğini arttırmak
için talep artışına katkıda bulunulmalıdır.
Çok Yöntemli Görüntülerin Füzyonu ve Kaydı
•
3D planlamanın en önemli avantajlarından biri hedef tanımı
geliştirmek için farklı kaynaklardan gelen bilgileri biraraya
getirme olasılığıdır.
•
Bu 2D veya film-tabanlı planlamayla doğal olarak zordur.
•
Yeni nesil planlama sistemleri genellikle CT veya MR’lı primer bir
3D görüntü veri setine bağlı tanımıyla 3D planlamaya izin verir.
Prob kaynaklı prostat bozulmasını modellemek gereklidir (Şekil 4).
FIGURE 4 (See color insert.) (a) Original acquisition image with the suspicious regions
delineated. (b) Axial probe-out volume with the rotated, translated, and warped spectral
delineations. (c) MRSI scores of 4 and 5 are delineated on the planning CT. (From Reed, G.
et al., J Contemp Brachytherapy 1, 26–31, 2011. With permission.)
Yapı Tanımı: CTVs ve OARs
• EBRT ile benzer bir şekilde, ilgili anatomik yapılar konturlanır
ve CTVs ve OARs’ları belirlemek için kullanılır. Burada CTVs
ve OARs’lar sık sık brakiterapide aynı kabul edilir.
• 3D görüntüleme, tümör hedefleme ve OAR kaçınmasını
arttırır ve daha doğru bir dozun raporlanması ve doz-yanıt
eğrilerine izin verir.
1. Hasta (Op. Serviks Ca.)
Hedef Hacim: CTV
Riskli Organlar: Rektum ve Mesane
Aplikatör Tanımı
•
Marifetli yaklaşımlar yıllar üzerinden gelişmiş olmasına rağmen iki
veya 2D’den daha fazla görüntülerden aplikatör koordinatlarının
tekrar yerleşimi pratik olarak daha hassas ve zaman alıcıdır.
•
3D görüntülemeye giriş büyük ölçüde, anatomiyle göreli olan bir
aplikatörün bazı bölgelerdeki ilgili koordinatlarını elde edilmesi
işlerini kolaylaştırmıştır.
•
CT-tabanlı planlama, anatomi
otomasyonlara izin verir.
ve
katheter
tanımında
bazı
– Prostat HDR’sinde otomatik katheter yerleşimi kolaylıkla başarılabilir.
Longitidunal katheter ucu pozisyonlarının lokalizasyonlarındaki belirsizlik doz
belirsizlikleriyle sonuçlanan farklı kesit kalınlıklarından kaynaklanır.
Aplikatörün Konturlanması
GYN Tandem + Ring
1. Hasta (Op. Serviks Ca.)
Aplikatörün Tanımlanması
Aplikatör Offset Değerleri
Aplikatör Tipi
Offset Değeri
Multichannel
7 mm
Ring
7 mm
Tandem
6 mm
Ovoid
6 mm
Bronş
3 mm
Kaynak Yükleme
•
3D görüntüleme;
–
–
–
–
•
Anatomiye bağlı katheter yerleşiminin görselleştirilmesi
Hastanın her yerindeki doz hesaplaması
Brakiterapi doğasının yerleşimleri ve genliklerinin değerlendirilmesi
Dozimetrik endekslerin hesaplanmasını sağlar.
Bunlar fizikçiye her hastanın anatomisine
kişiselleştirmesinin olanağını sağlar.
doz
dağılımını
Kaynak Pozisyonlarının Aktivasyonu
1. Hasta (Op. Serviks Ca.)
Kaynak Aktivasyonu
Normalizasyon Metodları
• Nokta
Katketer Noktaları
Hasta Noktaları
Basal Noktalar
Hedef Noktaları
CTV
HRCTV
Aplikatör Noktaları
1. Hasta (Op. Serviks Ca.)
Normalizasyon
Dose Prescription
•
Doz bir noktaya standart ise (Örneğin A Noktası) anatomi kontur kabiliyeti
doz dağılımının daha fazla kesinliğini gerektirir. (Kim ve Ark. 2004)
1. Hasta (Op. Serviks Ca.)
Dose Prescription
Dose Prescription
•
3D planlama sistemlerinin yeni nesli DVHs’leri oluşturabilir.
•
Herhangi bir konturlu organın doz dağılımı onun DVH ile
tanımlanabilir.
– Pratik olması için, bir DVH’ten birkaç hacimsel doz indisleri elde edebilirsiniz.
DVH Amaç Özellikleri
•
Vn, reçete dozunun % n’sini alan ilgili bölgenin (ROI) hacmidir.
•
Genel olarak V, ROI hacminin yüzdesi olarak bildirilir.
– V100’ünü alan ROI hacminin yüzdesini gösterir.
•
Dm, ROI hacminin %m’sini kapsayan minimum dozdur.
– Dm, reçete edilen dozun yüzdesi olarak ya da sadece Gy olarak ifade
edilebilir. D90 (Gy) dolayısıyla ROI hacminin %90’ını kapsayan minimum dozu
gösterir.
•
Prostat kanseri için Stock ve ark. (1998) bezin (D90) %90’ına verilen doz,
daha sonra teşhis edilen PSA nüks riski üzerine kritik bir etkiye
sahiptir.
•
D90 böylece prostat implantları için önemli bir reçete değeri
haline gelmiştir.
•
2007’de tanımlanan RTOG (Radiation Therapy Oncology Group)
0321 protokolü (Hsu ve ark. 2010) HDR prostat brakiterapisi için bir
kalite güvence süreci geliştirme ile görevlendirildi.
RTOG 0321 önerileri aşağıdaki gibidir:
1.
2.
3.
Primer hedef hacmin (Vprostat 100>90%) en azından
%90’ına reçete dozunun verilmesi,
Rektum ve mesanenin reçete dozunun %75’ini alan hacminin
1cc’den küçük olacak şekilde sınırlandırmak, (Vrektum75 ve
Vmesane75 <1cc), ve
Reçete dozunun %125’ini alan üretra hacmini 1cc’den küçük
olacak şekilde sınırlandırmaktır (Vüretra125 <1cc).
DVH Değerlendirme
•
Hangi parametrenin ayarlanması gerektiğini hızlı şekilde belirler.
•
Tüm bölgelerin doz dağılımlarını değerlendirir.
•
Klinik olarak kabul edilmiş referans değerlerle mukayese eder.
1. Hasta (Op. Serviks Ca.)
DVH Analizi (GEC-ESTRO)
Plan Değerlendirme
•
•
•
•
•
3D görüntüleme ve planlamanın girişinin en önemli faydalarından
birisi anatomisiyle doz dağılımının uzaysal uygunluğunu doğrulama
yeteneğidir.
Her görüntü üzerindeki izodoz, konformite ve doz dağılımların
kaçağını görebilir.
Eğer varsa sıcak noktaların varlığı ve lokalizasyonu basit bir
görselleştirme ile değerlendirilebilir.
Kantitatif olarak, doz dağılımı genellikle DVH’den türetilen
dozimetrik
endekslerin sınırlı bir miktarı kullanılarak
değerlendirilir.
Modern planlama sistemleri, her doz değişiminden sonra
otomatik olarak DVH’leri update etme ve beklenen değerlerle
karşılaştırma yapabilme yeteneğine sahiptir.
Plan Optimizasyonu
•
Tedavi hacmindeki uygun sayı ve onların en iyi pozisyonlaması
planlama sürecinin sonuçlarıdır.
•
HDR brakiterapide doz, kaynak dwell sürelerinin değiştirilmesiyle
kontrol edilir
– İmplante edilmiş
sürelerdir.
•
katheter
boyunca
yerleştirilen
noktalarda
harcanan
Plan optimizasyonu, bir sistem kullanıldıktan sonra doz dağılımını
manuel bir değişikliği olarak ifade edilir.
Plan Optimizasyon Metodları
•
Manual dwell weights/times
•
Graphical optimization
•
Points optimization
1. Hasta (Op. Serviks Ca.)
Plan Optimizasyonu
Graphical Optimization
Tandem + Çift Ovoid
Tandem + Çift Ovoid (DVH)
2-Boyutlu Planlama
Farklı Brakiterapi Uygulamaları
- MR Tabanlı Multi Channel Planlaması
Farklı Brakiterapi Uygulamaları
- MR Tabanlı Multi Channel Planlaması (DVH)
Invers Planlama
•
Invers planlamada istenilen doz dağılımı veya klinik amaçlarla
başlanır ve sonrasında başarılacak tedavi parametreleri
belirlenir.
•
Invers Planlama, konvansiyonel tedavi planlama yaklaşımının
tersidir.
– Forward planlamada tedavi parametreleri ilk olarak seçilir ve sonrasında
sonuçlanan doz dağılımı hesaplanır ve değerlendirilir.
•
CTVs ve OARs’ların CT ve MRI konturları sadece görsel
değerlendirme ve DVH hesaplaması için anatomi belirlemek değil
aynı zamanda doz dağılımı optimize sürecine rehberlik etmek için
kullanılır.
•
IPSA, invers planlama optimizasyon sisteminin bir örneğidir.
•
Yaygın olarak kullanılabilmektedir.
•
IPSA optimizasyon aracı brakiterapinin herhangi bir tipi için
otomatik olarak ve birkaç saniye içinde planları üretmek için
tasarlanmıştır.
•
Bu tedavi planları özellikle her hasta için optimize edilir. Çünkü,
tüm rutinde hastanın özel anatomisiyle kontrol edilir.
•
IPSA; görüntülenen katheterlerde, konturlanan anatomi ve doz
objektif parametrelerine göre aktif dwell pozisyonları ve onların
optimal dwell sürelerini tespit eder.
(Lessard ve Pouliot 2001)
IPSA: Inverse Planning by Simulated Annealing
Tedavi Planı
Tedavi Örneği
•
•
•
Problemi
Tanımla
Problemi
Çöz
IP
SA
Her tür hedefi optimize eder
Global (Lokal min’den kaçınır ve global min’a yaklaşır)
Hızlı (Unique Design)
IPSA: Algorithm Overview
Dose
Evaluation
Bir noktadaki doz hızı(Gy/sec)
dij = Sk L G(rij,qij) F(rij,qij) g(rij)
G(ro,qo)
Doz noktası
Verilen bir noktadaki doz (Gy)
Dwell pozisyon j
Di = ∑j dij tj
Verilen bir noktadaki ceza
or Wi=
Penalty
Wi =
wmin |Di-Dmin| if Di<Dmin
wmax |Di-Dmax| if Di>Dmax
if Dmin≤Di≤Dmax
0
Min < Dose < Max
Brakiterapide IPSA
Özellikle kompleks topografi ve aplikasyon tekniklerinde
•
•
•
Klinik dozimetrik gereksinimlerle hasta bilgilerini entegre eder,
Daha hızlı ve daha tekrarlanabilir planlama işlemidir,
Daha iyi hedef kapsaması ve organ koruması sağlamaktadır.
IPSA Prostat
IPSA Prostat (DVH)
TEŞEKKÜRLER…