Radioterapia de Intensidad Modulada con Filtros Compensadores Lic Radioterapia de Intensidad Modulada con Filtros Compensadores Lic. Leopoldo Mazzucco Centro Privado de Radioterapia Río Cuarto S.A. Córdoba- Mayo 2009 “2do Congreso de Radioquimioterapia y Braquiterpia, 5ta Jornada de Física Médica, 13 al 16 de mayo 2009 – Sheraton Córdoba “

Reporte 82 ( 2003 ) Conceptos y lineamientos generales Escasa mensión a Moduladores Físicos: “Physical atenuators “ aparece 1 vez en el índice 6 Veces : 2 vez en pagina 2091, 4 veces en página 2095 MLC: 120 Leaf: 150 Multileaf: 31

Plan General para implementar IMRT con Filtros Elección del material modulador Aleación y sus características de atenuación-dispersión Método de maquinado, conectividad => exportación de mapas de Intensidad => importación máquina herramienta Garantía de calidad en el proveedor del material. Sistema de montaje de los filtros => protocolo en el paciente Relevamiento de coeficientes de atenuación => modelo del planificador Relevamiento del planificador : Esta el planificador Comisionado? Ej: TecDoc 1583 Sirven los archivos de OF, PDD, TPR ….? Pruebas de Optimización en geometrías sencillas Planteo de un problema a optimizar : ( problema de los Físicos ) PTV y criterios, aceptación de la Optimización, exportación Filtros, Fabricación, montaje , control físico y visual control dosimétrico por diferentes métodos. Pruebas complejas: IDEM = ( problema de Médicos y Físicos ) control dosimétrico por diferentes métodos campos individuales evaluación dosimétrica tratamiento completo por diferentes métodos

Amplio rango de modulación: 50 mm Pb I/Io= 100% -> 6 % 50 mm Al I/Io = 100% -> 69% 50 mm Sn I/Io = 100% -> 27% 50 mm W I/Io = 100% -> 11% (polvo) Seguridad en la réplica del modelo teórico y conservación de la forma Sin peligros en el proceso de fabricación y manipuleo No contaminante Alta resolución espacial Bajo costo Material Ventajas Desventajas Cerrobend (con / si molde ) Barato – reciclable- Alta Modulación Necesita fundición/máquina herramienta PMMA Fácil maquinado – no peligroso Baja magnitud de modulación – no es reciclable – máquina herramienta Estaño granulado/cera Reciclable – suave Modulación –no es peligroso Baja Modulación – máquina Herramienta – dificultad en lograr homogeneidad y empaquetado seguro Tungsteno en polvo Costoso – Alta modulación – reciclable – alta resolución espacial ligeramente peligroso en el manipuleo - máquina herramienta Aluminio Alta resolución espacial – barato – no contaminante Baja modulación – máquina herramienta

Beam Modifier Materials Iron Granulate Stainless steel Granulate WSE-Alloy96 Material components Fe: 99,8% Si:0,2% Fe: 72% Cr: 18% Ni: 10% Bi: 52,5 % Sn:15,5% Pb:32,0% Average atomic number for use in TPS 25,976 25,84 77,565 Granulate size (mm diameter) 0,21 - 0,40 0,15 - 0,40   Density (g/cm³) 6,3 4,5 9,81 Half-value layer 6 MV: 3,38 cm 12 MV: 3,98 cm Transmission factor @ 40 mm thickness 6 MV: 45 % 23 MV: 55 % Advantages A relatively high density is necessary to meet the demands from IMRT calculated beam modifiers. Even with the 80 mm thickness from the Par System a much lower value will be insufficient in several situations. The pure iron granulate provides no allergy situation due to contamination during normal handling. A relatively low density allowing for minor handling inaccuracies. A high density material ideal for use during IMRT calculated beam modifiers. Material density demands highest accuracy in milling and pouring procedures. It is recommended to mill filters in foam and pour the alloy into these milled out figures.

Uso de metal granulado

Uso de Cerrobend fundido en molde maquinado

Filtros maquinados en metal

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Máquina Herramienta CNC Conectividad TPS -> CNC Máquina Herramienta CNC Nube de Puntos en 3D que representa el Filtro Sólido ( Filtro.DEC , Filtro.XYZ ) Render del mapa de Intensidad exportado desde TPS

Proceso de fabricación filtro Sólido 1. Conversión de .DEC a XYZ (a partir de espesores de cada pencil beam oblicuo, se obtiene la forma final del filtro). 2. Conversión de XYZ a DXF. 3. Conversión de Nube de puntos a Curvas. 4. Carga al programa de ruteado. 5. Diseño de etapas de mecanizado (desbaste de 10mm, desbaste de 6mm, final 6mm, final 4mm, valles profundos con fresa de 2mm). 6. Programación del ruteado de cada etapa. 7. Exportación del archivo de ruteado en código G (lenguaje de la fresadora con control numérico). 8. Seteo del dispositivo en la fresadora. 9. Mecanizado de cada etapa. 10. Grabado de ejes y nombre del paciente. 11. Control de calidad final (inspección visual). 12. Embalado y etiquetado. 13. Despacho al centro de radioterapia.

Plan General para implementar IMRT con Filtros Elección del material modulador Aleación y sus características de atenuación-dispersión, Método de maquinado, conectividad => exportación de mapas de Intensidad => importación máquina herramienta Garantía de calidad en el proveedor del material. Sistema de montaje de los filtros => protocolo en el paciente Relevamiento de coeficientes de atenuación => modelo del planificador Relevamiento del planificador : Esta el planificador Comisionado? Ej: TecDoc 1583 Sirven los archivos de OF, PDD, TPR ….? Pruebas de Optimización en geometrías sencillas Planteo de un problema a optimizar : ( problema de los Físicos ) PTV y criterios, aceptación de la Optimización, exportación Filtros, Fabricación, montaje , control físico y visual control dosimétrico por diferentes métodos. Pruebas complejas: IDEM = ( problema de Médicos y Físicos ) control dosimétrico por diferentes métodos campos individuales evaluación dosimétrica tratamiento completo por diferentes métodos

Problemas en la provisión de bloques

Placas Verificadoras de bloques aceptables

Plan General para implementar IMRT con Filtros Elección del material modulador Aleación y sus características de atenuación-dispersión Método de maquinado, conectividad => exportación de mapas de Intensidad => importación máquina herramienta Garantía de calidad en el proveedor del material. Sistema de montaje de los filtros => protocolo en el paciente Relevamiento de coeficientes de atenuación => modelo del planificador Relevamiento del planificador : Esta el planificador Comisionado? Ej: TecDoc 1583 Sirven los archivos de OF, PDD, TPR ….? Pruebas de Optimización en geometrías sencillas Planteo de un problema a optimizar : ( problema de los Físicos ) PTV y criterios, aceptación de la Optimización, exportación Filtros, Fabricación, montaje , control físico y visual control dosimétrico por diferentes métodos. Pruebas complejas: IDEM = ( problema de Médicos y Físicos ) control dosimétrico por diferentes métodos campos individuales evaluación dosimétrica tratamiento completo por diferentes métodos

Montaje: Juegos de bandejas: nulo – 0.3 mm Montaje filtros en Bandejas : 0.3 mm Precisión centrado mecánico retículo: CNC (0.1 mm) Control Juegos con el giro de Gantry : tolerancia nula Juego al final del tratamiento : no observable

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Descripción de la ecuación de atenuación de un haz modulado Donde m(t,r,s) = Coeficiente de Atenaución Efectivo del material modulador t (x,y)= Espesor efectivo del material x, y = Coordenadas Transversales en la base del modulador r = corrdenada of axis en la base del modulador S = Lado del campo equivalente ( como sxs equiv ) mo , c1, c2, c3 = coeficientes de ajuste

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Planificador comisionado Apendice A : 8 test de comisionamiento clínico Apendice E : test específicos del Haz

Verificación de la validez asumida en la invarianza de la calidaz del haz del Linac cuando se interpone un material atenuador, para la utilización del archivo del haz de fotones del planificador Calidad del haz D20/10 haz abierto = 0.545 D20/10 haz Filtrado máximo espesor = 0.555 Swater /air ( 0.545 ) = 1.126 DD = 0.2 % Swater /air ( 0.555 ) = 1.124 OF = valores relativos ( Algoritmo del planificador ? ) PDD = no cambia ?

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Se diseñaron 2 filtros moduladores en un fantoma matemático de agua, con una region de interés ( ROI : region of interest : PTV ) cada uno para lograr en la optimización curvas de isodosis típicas de una cuña de 45 grados y otra de 60 grados Vista 3D del Roi ( PTV : rosa ) generado y un corte axial del fantoma Vista del Roi generado en un corte axial, y curvas de isodosis de la optimización. El isocentro esta ubicado a 10 cm. de profundidad

Cortes coronal y sagital en el plano de isocentro del filtro de 60 grados, de las curvas generados por el planificador luego de terminada la optimización.

Cortes coronal y sagital en el plano de isocentro del filtro de 60 grados

Filtro exportado por el planificador Fotografía de los filtros construídos

Perfiles: Microcámara 0.0125 cc Instrumental QC Dosis Absoluta: Cámaras estándares 0.6 cc, 0.3 cc, 0.0125 cc, matriz diodos. Agua: IAEA 398 – 277 . Fantoma sólido = IAEA 277 ( Anexo: aplicación TG21 PMMA ) Fantoma sólid-water -> IAEA 398 Perfiles: Microcámara 0.0125 cc Detectores matriz de Diodos: Mapcheck Sun Nuclear 1175 445 diodos recalibración (0.5% c/ 6 meses). Dosimetría por filmes: EDR2 Kodak Protocolo muy exigente: condiciones de revelado (Temperatura ,limpieza, intervalos de tiempo escaneo, …. Gafcromic orientación de granos -> orientación scaneao, Imágenes promedio, intervalos de tiempo : irradiación-> scaneo, Placa calibración simultánea, placa de fondo en cada caja. Scanner transparencias Epson 4990 plus cama plana (max : A4 ). Curva de respuesta. Calentamiento lámparas, DT (placa – placa) DT (Irrad – Escaneo). Fantomas : agua , sólidos confiables ( PMMA 1.19 gr/cc ) , solid-Water. ……) Software análisis: DoseLab

Mediciones con un Profiler Sun Nuclear, diferentes espesores de acrílico, y filtro en el colimador del Acelerador

Perfil transversal a 5 cm. IN OFF axis

Perfil transversal a 5 cm. IN OFF axis Cuña 45 grados Perfil transversal a 5 cm. IN OFF axis

Pueden apreciarse perfiles tomados con tres experimentos, y el efecto de no coincidencia en zona no modulada, de la primera versión de IMRT del CAT 3D , efecto superado a partir de diciembre de 2005

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Caso Piloto (no real ) Paciente tratado con 3DCRT IMRT 3DCRT

Histograma de Dosis Volumen Próstata, Vejiga, VS, Recto IMRT, 6 campos 3D CRT 5 Campos

Histograma de Dosis Volumen Próstata y cabeza de fémur 3DCRT, 5 campos IMRT, 6 campos

Inspeccion visual Inspección Visual: Identificación correcta Orientación correcta Mapa global de la forma Proporciones Posiciones marcas retículo Fallas accidentales en fresado

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Comparación de dos campos , IMRT y 3DCRT en un corte coronal, y perfil de dosis en el eje transversal 3DCRT IMRT

Comisionamiento de cada campo modulado independientemente, elección de zona para medición de dosis absoluta con microcámara y Toma de perfiles Criterios Cámara ionización :Zonas bajo gradiente alta dosis ( cámaras : 0.3 cc, calibrada + microcámara 0.0125 cc ) Método: medición indirecta: método de reemplazo

Dosimetría en un punto en Agua u otro medio sólido * * * microcámara microcámara Cámara calibrada IAEA 398 IAEA 277 Agua

Determinación Dosis en Agua , midiendo en PMMA, campos abiertos Resultados mediciones en PMMA Anexo aplicación TG21 : Dw = Dm . ( Mu/p )Water / m . ESC ( Mu/p )Water / m = 1.031 Esc = 0.88 PMMA ( Nuestro resultado experimental : 0.86 ) Dpmma = Mu . Ndair . (S pmma/air ) . Pu . Pcel (S pmma/air ) = 1.091 Pu = 1 Pcel = 0.9930 Pf = 1 Densidad del PMMA = 1.19 gr/cc Determinación Dosis en Agua , midiendo en PMMA, campos abiertos TC 10x10, X=10.6 mm, DFC = 80 cm pef Diferencia = ( -0.1 a 0.7 ) % ( resp medición directa en Agua ) TC 10x10, X= 44.0 mm, DFC = 80 cm pef Diferencia = ( -0.4 a 0.2 ) % ( resp medición directa en Agua )

Arreglo experimental para medir atenuación efectiva en agua y PMMA Verificación de características de atenuación de PMMA utilizadas en TG 21, y comparación con la bibliografía Arreglo experimental para medir atenuación efectiva en agua y PMMA

Función Gamma para la aceptacion o rechazo, aplicada a los perfiles

Las recomendaciones son en la actualidad tomar 3 mm y 3 % de tolerancia en distancia a la coincidencia y diferencia de dosis en este perfil se puede observar que 2 puntos ( 8 % ) no cumplen la tolerancia impuesta

Para la Evaluación de cada Filtro Modulador Nuestro Centro ha incorporado un equipo para QA en iMRT, que consta de 445 detectores de estado sólido

Analisis mediante MapCheck, Dosis Absoluta Medición del Filtro Modulador con Mapcheck Campo Teórico exportado por CAT3D Análisis Teórico vs Experimental

Analisis mediante MapCheck, Dosis Absoluta, Función Gamma, eligiendo punto de normalización en el punto medico con microcámara en agua

Dosimetría por Filmes

Filtro Patrón y Película de Calibración El filtro patrón permite generar 8 zonas de distintos valores de densidad óptica, con la calibración del filtro se conocen los valores de dosis que entrega cada región, con lo cual se realiza el ajuste de dosis densidad óptica. Con un solo disparo del acelerador obtenemos 8 puntos para el ajuste contra los 8 disparos y cambio de película en el método de ajuste por campos abiertos, reduciendo así el tiempo de evaluación. Película de Calibración generada con el filtro patrón.

Dosimetría por películas

Comparación Dosimetría Matriz diodos vs Film Gafcromic , Doselab

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Medición de todo el tratamiento

Medición en Fantoma sólido del tratamiento IMRTla Dosis absoluta se mide y evalúa en PMMA, sin transformarse a agua

Aplicación del tratamiento IMRT en el Fantoma sólido Isodosis cada 2 % entre 100 y 110 % Isodosis 90, 100, 110 %

Aplicación del tratamiento IMRT en el Fantoma sólido Elección de la zona de medida de Dosis Absoluta: Dibujar un ROI en la posición del volumen activo de la Cámara en el Fantoma Elegir un isocentro adecuado de fácil Setup Calcular DVH : (Dmax –Dmin) < 3 % Asignar Dosis = Dmedia (DVH)

Filtro modulador Conformador de Cerrobend

Dosimetría absoluta todo el tratamiento en Fantoma multipropósito con cámara PTW- 31003 , 0.3cc Criterio aceptación: 0 – 3 % aceptado 3 – 5 % dudoso, revisar, repetir, evaluar > 5% rechazar, revisar todo

Dosimetría por filmes todo el tratamiento

Placas Kodak EDR2 axialmente en fantoma de PMMA IMRT 3DCRT

Placas EBT Gafcromic en fantoma de PMMA tratamiento completo

FACOR Fantoma Coronal – Axial para Dosimetría por filmes todo el tratamiento

FACOR Administrando un tratamiento en FACOR armado con Filmes EBT

TAC de FACOR Axial

TAC de FACOR Coronal

Análisis con DoseLab

ESQUEMA GENERAL DE PUESTA EN SERVICIO DE UN TRATAMIENTO DE IMRT: aspectos Dosimétricos Filtros individuales: Mapcheck: Condiciones: diodos en el isocentro, espesor de PMMA : equivalente 30 mm agua : equivale a 50 mm de agua total. 1) Generar archivos mediante F8 en cada campo en BEV 16x o 180 x todos iguales, 50 mm profundidad, G=180, agua, normalizado en un punto “zona” en una zona de bajo gradiente. 2) Generar 1 subcarpeta en c:/cat3dsdl/N_paciente/pacienteCi , etc, y colocar en cada subcarpeta : planeteledode.txt y DosePlaneDCM.exe, correr este ejecutable para que se genere el DICOMRTdose del plano de dosis. 3) Medir estabilidad del Output del Linac 4) Medir cada filtro con el protocolo exportado para él, y comparar con el archivo DicomRTdose; si el campo es grande hacer Merge; afectar el archivo teórico por la estabilidad del Linac. 5) Determinar aceptación: 95% ppp absoluta 3mm, 3%, TH=10, Van Dik :NO, TH Dosis : 0 cGy.

2. Dosimetría Absoluta tratamiento Completo en Fantoma: 6) Aplicar el tratamiento al Fantoma PMMA multipropósito, elijiento la ubicación del isocentro de manera que el ROI Cámara quede contenido dentro de una zona homogénea ( -+ 3 % de variación de dosis ), la cámara va fija en “ Centro”, lo que se desplaza es la ubicación del isocentro a una coordenada conveniente; aplicar densidad. ( generar DVH ) Dosis Media en Cómara. 7) Irradiar todo el tratamiento con dosis terapéuticas o algo mayores ( 300-400 cGy) para aumentar lectura de cámara. Se usa PTW31003. ajustar valores PMMA dosimetría absoluta. 8) afectar por estabilidad Linac. La planilla de comparación de dosis. Evaluar: ( 0 – 3 ) % : óptimo; ( 3 – 5 )% dudoso, repetir, evaluar, + 5% Rechazar , revisar TODO.

3. Películas EBT Conjunto de Filtros en Tratamiento Completo: 9) Dentro de la carpeta del Paciente generar Paciente_FantomaPMMA, Aplicar el tratamiento completo al fantoma PMMA multipropósito, ( densidad pmma 1.19) generar archivo teórico Axial en Fantoma PMMA, 160x, 180x NO en plano de isocentro; exportar el plano de dosis F8; irradiar la placa tratamiento completo. 10) Generar paciente en FantomaCoronales, Aplicar el tratamiento completo, densidad 1.19, seleccionar planos convenientes coronales e irradiar 2 placas simultáneamente, siempre en lo posible 1 cm por encima y otra por debajo del ISO. 11) Irradiar el Filtro Patrón con su protocolo adaptando las UM para que los extremos entre máxima y mínima dosis estén contenidos en las dosis de los planos irradiados.Dejar pasar 6 hr antes de escanear, tomar 3 muestras y hacer el promedio con image_J, seguir protocolo Correspondiente. Criterio aceptación: 3mm, 3 % análisis Dosis Absoluta Gamma Index Doselab, al menos 2 de los 3 filmes .

Resultados del Protocolo Actual de QA para la puesta en servicio de los tratamiento en nuestro Centro Numero Caso C1 C2 C3 C4 C5 C6 ABS Tipo absoluto relativo   3mm 3% Criterios 31003 3mm/3% 4mm/4% axial coroposte coroante Pal 96.8% 94.9% 95.0% 95.5% 0.9% axial cau 74.20% 92.20% 99.20% 100.00% 74.2% 97.0% 96.7% 24 7.0% 5.0% 6.0% cor ante 97.00% 99.60% 98.80% 99.80% x cor post 96.70% 95.10% 98.30% Bru 97.5% 99.6% 99.5% 98.0% 95.3% -0.6% 81.80% 95.90% 81.8% 96.9% 95.8% 25 4.0% cor ant 96.90% 99.70% 98.00% 95.80% 99.10% 95.50% 99.30% Cro 94.5% 97.2% -2.0% 98.60% 92.00% 92.2% 93.0% 96.0% 26 0.0% 93.00% 96.00% Hid 95.2% 95.9% 93.7% 97.4% 96.3% 2.5% 91.00% 99.90% 91.0% 92.9% 27 2.0% cor poste 92.90% 98.40% 85.10% 97.60% Cava 97.9% -0.9% 100.0% 94.6% 28 94.60% 97.90% 97.40% 98.20% Migani 99.0% -1.0% cor anter 93.10% 96.20% 93.1% 29 3.0% 96.10% Bian 98.3% 99.2% 99.8% 99.9% 82.0% 30 99.00% 82.00% 94.40% 90.50% 95.70% Lep 2 1.9% 98.90% 100% 98.9% 92.5% 31 92.50% 95.60% Ferr 96.5% 97.1% 88.60% 96.60% 88.6% 92.0% 92.3% 32 1.5% 97.20% 92.30% 98.70% 87.90%

Resultados del Protocolo Actual de QA para la puesta en servicio de los tratamiento en nuestro Centro absoluto relativo Criterios 3mm/3% 4mm/4%   Gi 98.5% 96.3% 99.5% 94.4% 2.3% axial cau 97.1% 97.4% 33 0.0% cor ant 97.10% 99.90% 98.30% 99.80% cor post 97.40% 91.00% 97.80% x Dan 97.8% 99.0% -0.5% 91.70% 98.70% 94.60% 99% 91.7% 96.2% 97.0% 34 96.20% 99.30% 99.60% 97.00% 99.40% 94.80% 99.50% V 95.1% 97.5% 95.5% 95.8% -1.6% 93.60% 99.00% 100% 93.6% 97.9% 94.1% 35 97.90% 100.00% 96.70% 94.10% 93.50% 98.00% Go 99.4% 98.3% 96.5% 99.1% 99.3% 2.1% 92.10% 95.20% 99.70% 92.1% 93.0% 36 2.0% 3.0% 93.00% 98.60% 98.40% 96.7% 85.5% Repetición Coronales con FACOR 97.30% 99.10% 85.50% 96.10% 92.00% De G 96.6% 98.4% 100.0% 0.4% 99.20% 99.8% 91.8% 37 94.50% 91.80% 95.00% Promedio 95.7% 93.2% 3mm 3% axial cor. post. cor. Ant Puesta en servicio de 1 tratamiento: Preparado de Archivos para QC + montaje + aceptación individual + Dos. Absoluta todo el tratamiento Cámara + Dos. Absoluta todo el Tratamiento 1Film Axial + 2 Coronales = 9 Horas Full time 2 Físicos

AGRADECIMIENTOS