MapRT – Sistema per l’impiego di tecniche di irraggiamento 4π in sicurezza ed efficienza

1. Vantaggi della tecnica di irraggiamento 4π

 

Dalla letteratura [1-15] emerge chiaramente che, quantomeno per i trattamenti SBRT e SRS, nonché per qualsivoglia tipologia di ritrattamento, l’impiego di tecniche di irraggiamento in geometria 4π, ovvero l’impiego di campi non coplanari, viene altamente raccomandato rispetto alla geometria planare (360°).

Emerge infatti che, a parità di dose ai target, rispetto alla geometria planare, la geometria 4π consente di ridurre drasticamente le alte dosi altrove (tessuti sani).

Si tratta di un concetto facilmente intuibile: nel caso della geometria di irraggiamento 4π, la dose che “fuoriesce” dal target, potrà “disperdersi” in un volume ben maggiore rispetto a quello consentito dalla geometria planare e pertanto, fuori dal target, saranno presenti valori di dose ben più bassi, dunque ben più tollerabili dai tessuti sani.

Ciò consente, allo stesso tempo, a parità di dose ai tessuti sani, di incrementare la dose al target, ovvero di ridurre il numero di sedute.

Di seguito alcuni esempi di come la distribuzione di dose con geometria di irraggiamento 4π sia visibilmente migliore rispetto a come si distribuisce in geometria di irraggiamento planare.

Tumore polmonare localmente avanzato

Drastica riduzione della fuoriuscita di dose dal target.

Geometria planare
Geometria 4π

Tumore celebrale

Drastica riduzione della dose al tronco encefalico.

Geometria planare
Geometria 4π

Tumore al pancreas

Evidente riduzione della dose ai tessuti sani che circondano il target.

Geometria planare
Geometria 4π

Metastasi vertebrale

Evidenza della riduzione della dose al midollo e dunque la possibilità di erogare una dose curativa alla vertebra.

Geometria planare
Geometria 4π

 

2. Perché la tecnica di irraggiamento 4π viene scarsamente impiegata nella pratica clinica?

Purtroppo, i trattamenti con irraggiamento in geometria 4π sono considerati ad oggi molto critici e dispendiosi, poiché la rotazione del lettino di trattamento comporta un aumento significativo dei rischi di collisione dell’unità radiante con il paziente o con i sistemi di immobilizzazione.

Questi trattamenti richiedono infatti tempi macchina aggiuntivi per consentire le opportune verifiche “a freddo” del trattamento, con il paziente sul lettino, specificatamente per assicurare che non vi siano collisioni.

Ciò comporta, oltre al tempo aggiuntivo in sala di trattamento, ulteriori risorse per l’eventuale ripianificazione e l’eventuale ripetizione del QA e dunque aumento dei costi e ritardi nel trattamento dei pazienti.

Consapevoli di ciò, durante la fase di planning, anche nell’ipotesi venga scelto l’impiego di campi non coplanari, anche qualora il piano di trattamento venga svolto da personale con maturata esperienza nelle tecniche SBRT/SRS con campi non coplanari, prevale comunque la tendenza ad un approccio molto cautelativo, ovvero limitando a priori, in maniera eccessiva, lo spettro delle possibili angolazioni Gantry-Lettino, ottenendo di conseguenza risultati sub-ottimali in termini di qualità del piano di trattamento stesso.

3. La soluzione MapRT: come funziona e in che cosa consiste

Vision RT, l’azienda leader mondiale nel settore SGRT, ha introdotto MapRT esattamente allo scopo di poter impiegare, nella routine clinica, i trattamenti a geometria 4π in maniera efficace, veloce e sicura, utilizzando l’intero spettro delle possibili angolazioni Gantry-Lettino dei moderni linac C-Arm e dunque sfruttando al 100% le loro prestazioni.

MapRT introduce il concetto di Clearance Map durante la pianificazione radioterapica.

Nonostante ci riferiamo ad un’applicazione mai stata disponibile prima, il sistema MapRT è basato sulla stessa tecnologia che viene impiegata da anni per la tecnica SGRT.

 

 

Consiste in quattro (4) telecamere HD installate in sala simulazione TC, in grado di ricostruire l’INTERA superficie corporea del paziente includendo, in maniera estremamente accurata, i sistemi di immobilizzazione impiegati. Sono proprio questi ultimi che spesso possono limitare significativamente la zona di “clearance”, per questo è fondamentale la loro individuazione accurata dalle 4 telecamere HD.

MapRT dispone poi di una libreria dettagliata ed accurata dei modelli geometrici di ogni unità di trattamento C-Arm in commercio (Elekta e Varian) in grado di erogare trattamenti con tecniche non-coplanari.

Tutto ciò consente a MapRT di fornire all’utente, durante la fase di planning, la cosiddetta “clearance map”, ovvero una mappa grafica che indica lo spettro delle possibili angolazioni Gantry-Lettino senza rischio di collisioni né con i sistemi di immobilizzazione né con il paziente, e dunque di produrre un piano di trattamento ottimale, sfruttando al 100% le potenzialità e prestazioni dell’unità di trattamento[1], con la massima produttività e sicurezza per il paziente.

Il software applicativo di MapRT, essendo web-based, è accessibile via browser da tutti i pc del reparto, incluso ovviamente le postazioni di lavoro del TPS, garantendo un flusso di lavoro ottimale.

MapRT è stato testato con i principali sistemi per piani di trattamento in commercio, tra cui Monaco®, Eclipse®, Pinnacle® e RayStation®.

 

[1] MapRT è utilizzabile per tutte le unità di trattamento C-Arm disponibili in reparto. Non richiede installazione di hardware in sala di trattamento.

4. Conclusioni

Possiamo dunque auspicare che, per i trattamenti ad intento curativo, con l’introduzione di MapRT, le tecniche di irraggiamento a geometria planare nella routine clinica potranno essere rapidamente abbandonate a favore dell’impiego di geometria 4π.

5. Bibliografia

[1] 4π Noncoplanar Stereotactic Body Radiation Therapy for Centrally Located or Larger Lung Tumors Dong P, Lee P, Ruan D, Daniel Low, Troy Long, Edwin Romeijn, Ke Sheng*. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2013;In press.
[2] 4π Non-coplanar Liver SBRT: A Novel Delivery Technique Peng Dong, Percy Lee, Dan Ruan, Troy Long, Edwin Romeijn, Yingli Yang, Daniel Low, Patrick Kupelian, Ke Sheng* International Journal of Radiation Oncology Biology Physics 2013;85:1360-1366.
[3] Feasibility of robotic radiotherapy for prostate cancer, Peng Dong, Christopher King, Yingli Yang, Daniel Low, Edwin Romeijn, Troy Long, Patrick Kupelian, Michael Steinberg, Ke Sheng*, Practical Radiation Oncology, (2014) 4, 254-260
[4] Integral Dose Investigation of Non-coplanar treatment beam geometries in Radiotherapy, Dan Nguyen, Peng Dong, Troy Long, Dan Ruan, Daniel A. Low, Edwin Romeijn, Ke Sheng*, Med. Phys. 41, 011905 (2014)
[5] Feasibility of Using Intermediate X-ray Energies for Highly Conformal Extracranial Radiotherapy Peng Dong, Victoria Yu, Dan Nguyen, John Demarco, Kaley Woods, Salime Boucher, Daniel A Low, Ke Sheng* Med. Phys. 41, 041709 (2014)
[6] A non-voxel-based dose convolution/superposition algorithm optimized for scalable GPU architectures, John Neylon, Ke Sheng, Victoria Yu, Quan Chen, Patrick Kupelian, Daniel Low, Anand Santhanam, Med. Phys. 41, 101711 (2014); http://dx.doi.org/10.1118/1.4895822
[7] 4π Noncoplanar Stereotactic Body Radiation Therapy for Head and Neck Cancers – Potential to Improve Tumor Control and Late Toxicity. Rwigema JC; Nguyen D; Heron DE; Chen AM; Lee P; Wang P-C, Vargo JA; Low DA, Huq S; Tenn S, Steinberg ML, Kupelian P, Ke Sheng* .Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2015 (91)2, pp 401–409
[8] Feasibility of extreme dose escalation for Glioblastoma Multiforme using 4π radiotherapy, Dan Nguyen Jean-Claude Rwigema Victoria Yu Tania Kaprealian
Patrick Kupelian Michael Selch Percy Lee Daniel Low and, Ke Sheng*, Radiat Oncol. 2014 Nov 7;9(1):239
[9] Evolution of Ipsilateral Head and Neck Radiotherapy , Ke Sheng*, Peng Dong, Archana Gautam, Chee-Wai Cheng, Dan Ruan, Daniel Low, Minsong Cao, Steve P. Lee and Patrick Kupelian Current Cancer Therapy Reviews, 2014 10(4), 343 – 352
[10] Noncoplanar beams improve dosimetry quality for extracranial intensity modulated radiotherapy and should be used more extensively Ke Sheng*, David M. Shepard and Colin G. Orton, Medical Physics 42, 531 (2015); doi: 10.1118/1.4895981
[11] Dose Domain Optimization of MLC Leaf Patterns for Highly Complex IMRT Plans Dan Nguyen, Daniel O’Connor, Victoria Y. Yu, Dan Ruan, Minsong Cao, Daniel A. Low, Ke Sheng*, Medical Physics 42, 1858 (2015); doi: 10.1118/1.4915286
[12] Victoria Y. Yu, Angelia Tran, Dan Nguyen, Minsong Cao, Dan Ruan, Daniel A. Low and Ke Sheng*, Moving towards treatment delivery automation of highly non-coplanar plans: the development and verification of a highly accurate collision prediction model,Medical Physics 42, 6457 (2015); doi: 10.1118/1.4932631
[13] Dan Nguyen, Dan Ruan, Daniel O’Connor, Kaley Woods, Daniel A. Low, Salime Boucher, and Ke Sheng* A novel software and hardware platform for intensity modulated radiation therapy Medical Physics 43, 917 (2016); doi: 10.1118/1.4940353
[14] Kaley Woods, Dan Nguyen, Angelia Tran, Victoria Y. Yu, Minsong Cao, Tianye Niu, Percy Lee, Ke Sheng*, Viability of Non-Coplanar VMAT for Liver SBRT as Compared to Coplanar VMAT and Beam Orientation Optimized 4 IMRT Advances in Radiation Oncology Advances in Radiation Oncology Volume 1, Issue 1, January–March 2016, Pages 67–75
[15] A Comprehensive Formulation for Volumetric Modulated Arc Therapy Planning Dan Nguyen, Qihui Lyu, Dan Ruan, Daniel O’Connor, Daniel A. Low, Ke Sheng* Medical Physics 43, 4263 (2016); doi: 10.1118/1.4953832
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