un software per il calcolo della dose equivalente in radioterapia
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CROAVIANOMichele AvanzomiCRO: <strong>un</strong> <strong>software</strong> <strong>per</strong> <strong>il</strong> <strong>calcolo</strong> <strong>della</strong><strong>dose</strong> <strong>equivalente</strong> <strong>in</strong> <strong>radioterapia</strong>SOC Fisica Medica, Centro di Riferimento Oncologico, Aviano, PNVenezia, 19/11/2010
Game of life- J.H. Conway, 1970,Tre regole:1 Una cellula muore di fame se non conf<strong>in</strong>a con almeno 2 cellule vive2 Una cellula con con più di tre cellule vic<strong>in</strong>e muore <strong>per</strong> sovrapopolazione3 Nasce <strong>un</strong>a cellula <strong>in</strong> <strong>un</strong>a cella vuota con tre cellule vic<strong>in</strong>e
Radiobiologia cl<strong>in</strong>ica1009080NTCP/TCP %70605040302010TCP TumoreNTCPFegato30 20 10 5 sedute010 20 30 40 50 60 70 80 90 100<strong>dose</strong> (Gy)
Modello l<strong>in</strong>eare-quadratico• Risposta all’irradiazione <strong>in</strong> vitroS= ⎡e⎣-αD-βD⎤⎦2 N⎧S= frazione di cellule sopravviventi⎪ D= <strong>dose</strong> <strong>per</strong> frazione⎨⎪ N= numero di frazioni⎪⎩ α,β = parametri di radiosensib<strong>il</strong>ità <strong>per</strong> l'organo <strong>in</strong> esame
Come si confrontano due schemidi frazionamento?• Due schemi di frazionamento sono equivalenti se:⎛ α 2 ⎞ ⎛ α 2 ⎞S1=S2 ⇔ N1 ⎜ D1+D 1 ⎟ =N2 ⎜ D2+D2⎟⎝ β ⎠ ⎝ β ⎠•Noti N 1 , D 1 e D 2 l’<strong>in</strong>cognita è N 2 , oppure•Noti N 1 , D 1 e N 2 l’<strong>in</strong>cognita è D 2
Durata <strong>della</strong> terapia
Biological Effective DoseBED=⎡ND⎢1+⎣D ⎤α / β⎥⎦• Due schemi di frazionamento sono equivalenti se:BED 1 =BED 2Correzione <strong>per</strong> <strong>il</strong> ripopolamento durante la terapia:BED =⎛ND⎜1+⎝Dα / β⎞⎟ −⎠0.693 ⎛max⎜0,α⎝t− TTpk⎞⎟⎠
Ellis (1960)•Si basa sull’osservazione di reazioni cutanee acute e controllo locale delcarc<strong>in</strong>oma squamoso•F<strong>un</strong>ziona <strong>per</strong> gli effetti acuti <strong>per</strong> piccoli cambiamenti del numero di frazioni o deltempo di trattamento•Non tiene conto <strong>della</strong> diversità di sensib<strong>il</strong>ità al frazionamento dei diversi tessuti•Non f<strong>un</strong>ziona bene <strong>per</strong> gli effetti tardivi
Quali parametri servono?Tumori:α = 0.27 – 0.35 Gy -1α/β = 1.5 – 10 GyTpot = 3 – 30 ggTk = 0 – 28 ggOARs:α/β = 0.75 – 10 Gy
Quali parametri abbiamo?Tumori:prostata, cervice, mammella, squamoso testa collo, nasofar<strong>in</strong>ge,polmone
Dati α/β OARsOrgano / lesione di <strong>in</strong>teresse:α/β (Gy)cristall<strong>in</strong>o 0.75encefalo 2midollo cervicale 2midollo lombare 4osso, frattura 2.3polmone (polmonite) 4.8polmone (fibrosi) 3.4retto 3
Usare i parametri <strong>in</strong> vitro?Ipossia:Schwarz 1909,Gray 1953
Che cosa si fa quando non sihanno i parametri?
Studio del ca r<strong>in</strong>ofar<strong>in</strong>ge
Studio del ca r<strong>in</strong>ofar<strong>in</strong>geSenza chemioCon chemio
Studio <strong>della</strong> fibrosi sottocutanea• L’irradiazione scatela la produzione di <strong>un</strong> fattore di crescitacellulare, <strong>il</strong> TGF-β• Si ha <strong>un</strong>a maggior proliferazione dei fibroblasti ed <strong>un</strong>a maggiorproduzione di collagene.• Indurimento e <strong>in</strong>spessimento del tessuto sottocutaneo• Peggioramento del risultato estetico <strong>della</strong> <strong>radioterapia</strong>
Studio <strong>della</strong> fibrosi sottocutanea• Curva <strong>dose</strong> risposta da dati di PBI = partial breastirradiation, a 2 frazioni / giorno
Che cosa si fa quando non sihanno i parametri?
Sarcoma… the overall treatment time did not <strong>in</strong>fluence local control. Therefore, prolong<strong>in</strong>goverall treatment time may not lead to accelerated repopulation.There was no statistical evidence of difference for the five-year local control andoverall survivall rates between the patients who received treatment <strong>in</strong> 3, 5, 10fractions / week.
Radiobiologia <strong>in</strong> <strong>radioterapia</strong>Confrontare <strong>un</strong>o schema di frazionamento con <strong>un</strong> altro <strong>per</strong> ottenere lestesse complicanze ai tessuti sani o lo stesso controllo locale• Fowler (1950): “Ero <strong>in</strong>curiosito dai radioterapisti (così si chiamavano alloragli oncologi radioterapici) che prescrivevano 4000 rad (così si chiamavanoallora i cGy) ad alc<strong>un</strong>i pazienti e 6000 ad altri. Noi fisici sapevamo di potermisurare la <strong>dose</strong> con <strong>un</strong>’accuratezza dell’1% e di poterla erogare entro <strong>il</strong>5% <strong>per</strong> cui non capivamo quest’<strong>in</strong>certezza
Radiobiologia <strong>in</strong> <strong>radioterapia</strong>Vorrei trattare questopaziente Ho deciso <strong>in</strong> 5 frazioni di trattare <strong>in</strong>vece questoche paziente 30, che <strong>in</strong> 5 <strong>dose</strong> frazioni devo<strong>in</strong>veceche 30, dare?A causa che di cosa <strong>un</strong> guasto succede allamacch<strong>in</strong>a, all’organo <strong>il</strong> trattamento a rischio? dura 2settimane <strong>in</strong> più, che <strong>dose</strong> devodare <strong>in</strong> più <strong>per</strong> recu<strong>per</strong>are?Il paziente è stato trattato 2anni fa ricevendo <strong>un</strong>a certa<strong>dose</strong> al midollo, possoritrattarlo?
Radiotherapy <strong>dose</strong> calculator• l’o<strong>per</strong>atore deve <strong>in</strong>serire a mano i parametriradiobiologici• Induce a credere che esistano parametri “standard”• Non calcola <strong>il</strong> recu<strong>per</strong>o fermo macch<strong>in</strong>a• Non calcola <strong>il</strong> cambio del numero frazioni
miCRO• Module for Iso-effect Calculations <strong>in</strong> RadiationOncology
Caratteristiche• L’o<strong>per</strong>atore non deve <strong>in</strong>serire a mano i parametri• Gestione centralizzata parametri radiobiologici• Calcolo recu<strong>per</strong>o fermi macch<strong>in</strong>a• Calcolo x cambio numero frazioni• Generazione report
ConclusioniFisicaChimicaRadiobiologiaBiologiaMedic<strong>in</strong>aStatistica