IMRT in der Charité. Einleitung. Inhalt. 1. Prostatakarzinom. Varian IMRT-System. Planungsbeispiele. Einleitung. Das Varian IMRT-System

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1 Einleitung IMRT in der Charité Klinik für Strahlentherapie Charité Campus Mitte, Berlin Varian IMRT-System Erstmals installiert im Nov Stabiler Betrieb seit Sommer 1999 Erste Patientenbestrahlung: Nov Routinebetrieb seit Juli 2000: ~ 60 Patienten Planungsbeispiele Prostatakarzinom 40 Patienten Mammakarzinome 2 Patienten HNO-Tumore 13 Patienten Technology for people Inhalt 1. Prostatakarzinom Dynamische MLC Simultaneous modulated accelerated radiotherapy 3D-CRT PTV: 1.8 Gy Gy 41 Fraktionen SMART IMRT CTV: 2.0 Gy Gy PTV CTV: 1.8 Gy Gy 41 Fraktionen

2 1. Prostatakarzinom Konventionell IMRT 2. Mammakarzinom 3. HNO-Karzinome Problem: komplexes Targetvolumen (IMMS- Lymphknotenkette) Risikoorgane: Lungen, Herz, kontralaterale Mamma konventionelle Technik oft unbefriedigend Patienten Ziel kleine HNO Tumore Postoperativ konformale Erfassung des Zielvolumens Schonung der Parotis keine Elektronenfelder SMART boost

3 Inhalt Dynamische MLCs 3. HNO-Karzinome Projekt mit der Uniklinik Leuven Suche nach einer allg. Lösung: Konturierung Dosisrandbedingungen Feldanordnung hat gezeigt, daß die größten Probleme bei der Konturierung auftreten - Mehraufwand für Ärzte für Physik nach Implementierung der IMRT in den Routinebetrieb weniger problematisch Helios Das integrierte IMRT-System Imaging Plantransfer Konturierung Dosisbedingungen für ZV und RO Einstrahlrichtungen Fluenzoptimierung Dosisberechung Evaluation LMC VARiS VARiS Vision Clinac dmlc Portal Vision

4 Die IMRT-Komponenten Helios Das Optimierungsmodul HELIOS Berechnung der Fluenzmatrizen aus vorgegebenen Dosisrandbedingungen Das Modul LMC (leaf motion calculator) Berechnung der Lamellenbewegung des DMLC Der Dynamische Multileafkollimator DMLC Realisierung des intensitätsmodelierten Felder Modul für IMRT-Planung in Cadplan- Umgebung optimiert Feldfluenzen nach den vorgegebenen Dosisrandbedingungen - bis zu 10 Konturen Inverse Planungsmethode Änderung der Randbedingungen während der Optimierung Inhalt Dynamische MLCs Helios ZV und RO DVH Dosisbedingungen Optimierungsfkt.

5 Helios Dosis am Punkt i d ( x) = a x = a x a x i i i1 1 in N x j = Gewicht des j-ten Strahls (Fluenzen) a ij = Dosis am Punkt i vom Strahl j x j i Helios Optimierungsparameter Physikalische Dosisrandbedingungen zwei Arten von Randbedingungen Soft constraints Dose-volume constraints D D D > D V V ( Dc) Vc :kein Effekt ( D ) > V :Strafterm w ( D D ) 2 c c c c :kein Effekt ( ) 2 :Strafterm w D D i c c Helios Helios Zielfunktion F ( x) = ( d p) obj i i 2 x j i Algorithmus Strahl j, Intensität x j Definiere Dosis-Randbedingungen Berechnet dose-deposition coefficients a ij Minimierung i Berechnet Fluenzmatrix durch F obj r r r r ( x) = C ( x) + C ( x) C ( x ) T Soft + DVH d = i j a ij x j Minimierung der Zielfunktion F obj (x j ): ( r ) ( r ) ( r Fobj x C x C x) C ( r = + x ) T Soft + DVH

6 Inhalt Der Dynamische MLC Dynamische MLCs hohe Zuverlässigkeit mechanische Präzesion höher als 0.1 mm stabiler Betrieb schneller und einfacher Routinecheck Nachteil höherer Motorenverschleiß Der Dynamische MLC Der Dynamische MLC Multileafkollimator, der während der Bestrahlung seine Leafs bewegen kann Dosis wird durch Gapbreite bestimmt Autom. Anpassung von Dosisrate und Leafgeschwindigkeit dmlc-parameter: Geometrie, Transmission, Geschwindigkeit,... Eigenschaften Geometrie: z.b. abgerundete Kanten Transmission: z.b. in der Charité 1.9 % bei allen Energien maximale Geschwindigkeit minimaler Leafgap

7 Inhalt Sliding Window Dynamische MLC Vergleich Step and Shoot mit SW Dosis Multiple static segments Sliding Window Leafpaarposition Der LMC Sliding Window Leaf Motion Calculator Bestandteil von Cadplan Umwandlung von optimalen in reale Fluenzen Helios: Optimale Fluenzen dmlc-parameter: Transmission, Geometrie,... LMC Sliding Window / Step and Shoot Reale Fluenzen Cadplan: Dosisverteilung Step and shoot Standard MLC jedes Strahlungsfeld kann im Prinzip überprüft werden längere Behandlungszeit Sliding window Dynamischer MLC nur die Enddosis kann überprüft werden glattere Anpassung der Dosisverteilung Behandlungszeit wird verkürzt Vermeidung von Einschalt- Problemen, des Beschleunigers

8 Inhalt Komissionierung Dynamische MLCs DMLC Einfluß von Postionsfehlern auf die Dosis LoSasso et al., Med.Phys. 2, 1998 IMRT und Qualitätssicherung Komissionierung Planungssystem - wie vorher LMC - Anpassung der Modellparameter Dynamischer MLC - Justage, Stabilität DMLC Justage Standard Varian Prozedur DMLC Stabilität (Chui et al., Med.Phys. 23,1996) Stabilität der Leafgeschwindigkeit Beam-On/Beam-Off Stabilität Überprüfung der Leafposition (Routine-Check)

9 Routinecheck DMLC Routinecheck: Stabilitätstest Gartenzauntest alle Leafs mit konst. Geschwindigkeit und 1 mm Gap an bestimmten Positionen halten die Leafs kurz an visuelle Kontrolle des Films ± 0. mm Genauigkeit DMLC ist sehr stabil mech. Genauigkeit besser als 0.2mm stabil schnelle und einfache Routinechecks Y [mm] X [mm] Routinecheck: Gravitationstest Routinechecks Leafgap von 0.4cm IC frei in der Luft in ISZ Output bei versch.gantrywinkeln 0.1mm pos. Veränderung 2.% Output Differenz QA Test Description Acceptance 1. MLC adjustment 2. Leaf speed stability 3. Beam on/off Stability 4.Gravity Test. Garden Fence Test Standard MLC adjustment procedure. Sweeping leaf pairs with gaps of constant but different size create stripes of homogeneous but different dose levels on a dosimetric film which can be compared to the corresponding open field doses. Test 2 is repeated, but beam is switched off and on intentionally at predefined leaf positions. Resulting dose patterns are compared to the results of test 2. The output of a sweeping leaf gap field (gap=0.4cm) is measured by an ion chamber placed at the central axis free in air and normalized to the corresponding output of an open field. This is repeated for 0, 90 and 270 gantry angles. A measured difference of 1% corresponds to a positional difference of 0.04mm. All leaf pairs move closed to equidistant positions, where they are opened to a gap of 1mm. On a dosimetric film this results in a garden fence like pattern of dark equidistant lines of constant width. Positional errors of single leafs of 0.mm can be visually detected. Better than 0.1mm. Dose difference < 2%. No measurable influence. Positional variation better than 0.2mm. Dark lines at the film are straight, no varying line width visible.

10 DMLC-Tests Messungen an Phantomen Welche Tests? Wie oft? Dauer? Justage nach PMI 60 min Geschwindigkeit nach PMI 30 min Beam On / Off nach PMI 30 min Gravitationstest nach PMI 20 min Gartenzauntest wöchentlich min Gel-Dosimetrie (M.Pfänder, G. Grebe et al.) Simulation eines HNO-Falles Inhalt Messungen an Phantomen: Gel Dynamsiche MLCs Cadplan Gel Isodoses: 9%, 70%, 0%

11 Messungen an Phantomen Messungen am Alderson-Phantom Filmdosimetrie Inhalt Dynamische MLCs Messungen an Phantomen: Film Routine QA -Patientenbestrahlung Film Cadplan Positionierung Dosisverteilung

12 Patienten - QA Routine-QA: Bestrahlungsfelder Behandlungs- Plan MU Geometrie Intensitätsprofile Testplan MLC motion plan MU Geometrie DRR - EPI Vergleich Vergleich der Dosisverteilung Routine QA: Positionskontrolle Routine-QA: Bestrahlungsfelder Simulatorbild EPI-Bild Phantom: PTW IMRT Dosismessung: PTW 0.12ccm Ionenkammer Film: XOMAT V ready pack Scanner: PTW FIPS plus Automatische Analyse - Gammawert- Berechnung

13 Routine-QA: Bestrahlungsfelder Patienten-QA: Gammawert Filmdaten Cadplan-Daten D.A. Low et al. Med. Phys. 2, (1998) Dosis Vergleichsbild Referenzbild Ort Kriterien: DD = 3 % Dd = 2 mm 2 2 D r min Dmax d γ Routine-QA: Bestrahlungsfelder Patienten-QA: Gammawert

14 Inhalt Dynamische MLCs Ausblick b-test von Eclipse Optimierung der Routineabläufe Schwerpunktverlagerung physikalische - medizinische Aspekte Leuven-Projekt