Agostinelli TBI

Argomenti• Introduzione alla Total Body Irradiation (TBI)• Il trattamento TBI presso l’IST di Genova• Sistema di calcolo e dosimetria• Dosimetria in-vivo

Introduzione alla TBIDove trova applicazione?• Regime di condizionamento pre-trapianto allogenicoo autologo di stem cells emopoietiche (HCT)Lo scopo è triplice:• Citoablativo (eradicazione residuo neoplastico)• Immunosoppressivo (GVDH)• Mieloablativo (azzerrare il sistema emopoietico perconsentirne il ripopolamento)

Introduzione alla TBIRapporto ISTISAN 02/39• TBI mieloablativa(dose sovraletale: 7-16 Gy)• TBI non-mieloablativa(dose ≤ 2 Gy seduta unica)• TBI citoablativa(1-1,5 Gy frazionati)

Introduzione alla TBIPatologie trattate (anni 2000):• Leucemia Mieloide Acuta/Cronica (LMA/LMC)• Leucemia Linfatica Acuta (LLA)• Malattie autoimmuni (es. Sclerodermia)• Linfomi (HD o NHL)• Mieloma multiplo (MM)• Mielodisplasia• Anemia aplastica• Tumori solidi

SchedulingSeduta unica• TBI non-mieloablativa (mini-TBI)• TBI mieloablativa (es. 8 Gy) per HCT allogenicoFrazionato• 2 Gy 2/die 3 gg (schema di Seattle)• 3.3 Gy 3 gg• 3.8 Gy 3 gg• Altri... (es. 1.67 o 2.25 Gy 2/die 3 gg)Boost su testicoli per pz. con LLA (4 Gy 1 o 2 Gy 3)

SchedulingStrahlenther Onkol. 2006 Nov;182(11):672-9.Biologically effective dose in total-body irradiation andhematopoietic stem cell transplantation.Kal HB, Loes van Kempen-Harteveld M, Heijenbrok-Kal MH, Struikmans H.High BED values appear to cause less leukemiarelapses and a higher disease-free and overall survival. Withhighly fractionated schemes a high BEDleukemia can beobtained….

Tecnica di irradiazioneVolume bersaglio: intero corpoOrgani a rischio (primari)• Polmoni ++++• Reni +Organi a rischio (secondari)• Cuore• Cristallini• Fegato• Ovaio• Altri...

Tecnica di irradiazione

Tecnica di irradiazione

Tecnica di irradiazioneTecnica LF AP-PA• Se la treatment room non è molto grande (DSA 4 m)può essere necessario ruotare il collimatore a 45° ( 1.4)

Tecnica di irradiazioneTecnica LF AP-PA• Dopo il campo AP si ruota il pz e si esegue il campo PA,mantenendo la stessa DSADSA

Tecnica di irradiazioneTecnica LF Latero-Laterale (LL)• Per treatment room di medie dimensioni (DSA 3-4 m) pz su lettino inposizione semi-seduta• Per room di grandi dimensioni (DSA ≥ 4 m) pz sdraiato su lettino• Fasci orizzontali contrapposti 40 40 cm (collimatore 45°)• Si esegue prima un lato e poi l’altro dopo aver girato il pz

Tecnica di irradiazioneTecniche non-LF• Usano la sovrapposizione di più campi AP-PA(LINAC convenzionale)• Sfruttano anche il movimento del lettino(macchine dedicate o LINAC modificato)• Tecniche rotazionali ad isocentri multipli o elicoidali(Tomotherapy)Pro/Contra non-LF• Possibile maggiore risparmio OR e migliore omogeneità• Dose rate molto più alto (DSA

Tecnica di irradiazioneMed. Phys. 36 (8), August 2009Commissioning and evaluation of an extended SSD photon model forPINNACLE3: An application to total body irradiationMarie-Claude Lavallée, Luc Gingras et al.

Tecnica di irradiazioneRapporto ISTISAN 02/39Risulta consigliata....la irradiazione AP-PA....Pro AP-PA• Spessore corpo minore e ± omogeneo nei varidistretti (testa, collo, torace, addome, arti)fascio 6X e migliore omogeneitàdistribuzione di dose• Facile posizionare schermature addizionalipossibile risparmiare OR (polmoni)Contra AP-PA• Posizione di trattamento (eretta) scomoda

Tecnica di irradiazioneRapporto ISTISAN 02/39Risulta consigliata....la irradiazione AP-PA....Pro LL• Posizione di trattamento comodaContra LL• Spessore corpo maggiore e poco omogeneo(grossa sovradose a testa e collo)fascio >10X e scarsa omogeneitàdistribuzione di dose• Non possibile schermare ORnon possibile risparmiare polmoni

Tecnica di irradiazioneRapporto ISTISAN 02/39Risulta consigliata....la irradiazione AP-PA....

Tecnica di irradiazioneSintesi (trattamento LF)• TBI alte dosi frazionata (bunker ampio)AP-PA con schermature polmonariSe possibile posizione eretta (altrimenti decubito laterale)• TBI alte dosi frazionata (pediatrico in anestesia)Corpo bambini piccoli omogeneo LL con 6XBambino supino in posizione raccolta• TBI basse dosi frazionata o seduta singolaBasse dosi omogeneità non così importante LL con >10 XPz supino in posizione raccolta o estesa

Tecnica di irradiazione in ISTTBI con LF AP-PA o LL• TBI alte dosi frazionata (bunker ampio)2 Gy x 2/die x 3 gg oppure 3.3 Gy x 3 ggAP-PA con fascio 6X e schermature polmonariPosizione semi-eretta• TBI alte dosi frazionata (pediatrico in anestesia)LL con fascio 6X , se possibile schermatura cristallinoBambino supino in posizione raccolta in culla• TBI basse dosi seduta singolaTipicamente 2 Gy x 1LL con fascio 15X e compensazione dose al testa-colloPz supino in posizione semi-raccolta

Il fattore dose-rateRazionaleNumerosi studi hanno evidenziato che le tossicità ai OR (polmoni,reni, cristallini) dipendono dal frazionamento e dal dose-rateBr J Cancer. 2004 Jun 1;90(11):2080-4.Total body irradiation and pneumonitis risk: a review of outcomes.Carruthers SA, Wallington MM.A higher TBI dose rate has been shown to be an adverse prognosticfactor for developing IP…. The use of fractionated TBI at a dose rateof 7.5 cGy/min or less rather than 15 cGy/min is recommended…(NB: gli autori hanno considerato irradiazione LL con lung dose 12 Gy)

Il fattore dose-rateRapporto ISTISAN 02/39• Frazionamento della dose (≥10-12 Gy)dose-rate < 15-16 cGy/min• Somministrazione di dose singola (10 Gy low dose-rate)dose-rate

Il fattore dose-rateIl dose-rate effettivo nel pz è determinato da:• DSA• Repetion Rate del fascio (es. 200 MU/min)• Presenza di attenuatori/compensatori• Dimensioni pz

Il beam spoilerSi tratta di uno schermo in PMMA di circa 1 cm di spessore• È utile per superficializzare la distribuzione di dosein quanto produce una componente aggiuntiva di scatter cheaumenta la dose di ingresso• Lo schermo deve essere posto in prossimità del pz (10-30 cm)

Il beam spoilerSi tratta di uno schermo in PMMA di circa 1 cm di spessore• È utile per superficializzare la distribuzione di dosein quanto produce una componente aggiuntiva di scatter cheaumenta la dose di ingresso6MV - schermo a 15 cmRavichandran R, et al., Beam configuration and physical parameters of clinical highenergy photon beam for total body irradiation (TBI), Physica Medica (2010)

Il beam spoilerSi tratta di uno schermo in PMMA di circa 1 cm di spessore• Bisogna valutarne l’attenuazione (in genere dell’ordine del 5%)• Influenza la qualità del fascio (dosimetria assoluta?)Ravichandran R, et al., Beam configuration and physical parameters of clinical highenergy photon beam for total body irradiation (TBI), Physica Medica (2010)

Dose ai polmoniPolmoni• OR più critico in TBI ad alte dosi (polmonite interstiziale)• Rischio con il dose-rate (> 7.5 cGy/min secondo Carruthers et al.)• Rischio sembra essere + alto per le TBI alta dose in singola sedutaRapporto ISTISAN 02/39Sia con gli schemi in dose singola che iperfrazionata la dose alpolmone dovrebbe essere contenuta al 75-80% della dose totale,anche se in due grandi Centri (Seattle e Glasgow) nei quali non èseguito tale approccio non è stata descritta un’incidenza dipolmonite più elevata...Gli schermi potrebbero pertanto essere usatiper dare al polmone una dose equivalente a quella somministrata alresto del corpo....

Dose ai polmoniPolmoni• OR più critico in TBI ad alte dosi (polmonite interstiziale)• Rischio con il dose-rate (> 7.5 cGy/min secondo Carruthers et al.)• Rischio sembra essere + alto per le TBI alta dose in singola sedutaJ Med Phys. 2006 Jan;31(1):5-12.Whole body radiotherapy: A TBI-guideline.Quast U.Considering the increase in dose due to the low lung densityand due to scatter radiation from surrounding tissues, the lungshields have to reduce the primary radiation fluence locallyby 60-70%...

Dose ai polmoniPolmoni• OR più critico in TBI ad alte dosi (polmonite interstiziale)Clinical Oncology and Cancer Research, Volume 6, Number 1, 47-50.Study on fractionated TBI before hematopoietic stem cell transplantationTong Fang, Bo Liu and Hong Gao.It is not a linear correlation that between the lungs injury andthe reception dose, and exist a critical value between them.Keane proved a fact that the threshold dose of IP is 7.5 Gy whenabsorbed dose rate is 0.5~4Gy/min and the incidence rate of IPadd up to 50% when 9.3 Gy. In the low dose rate (1~5 cGY/min)instance, the threshold of IP could be increased to 9 Gy…

Schermi polmonariMargine

Sistema di calcoloRapporto ISTISAN 02/39Lo scopo di ogni tecnica è quello di ottenere una uniforme distribuzione didose nel corpo intero, con variazioni comprese tra ± 10%rispetto alla dose data al punto di riferimento..........Il set-up del trattamento deve tener conto dello spessore alla midlineaddominale (ombelico) per il calcolo delle Unità Monitor(UM), degli spessori nei diversi distretti corporei per la determinazione delledisomogeneità di dose e la definizione dell’impiego di compensatori, dellospessore e densità del polmone, determinati alla TC, per il calcolo dellospessore degli schermi polmonari.

Sistema di calcoloJ Med Phys. 2006 Jan;31(1):5-12.Whole body radiotherapy: A TBI-guideline.Quast U.The dose reference point (+) for dose specification to the target is definedat mid abdomen at the height of the umbilicus. The dosereference points (∗) for lung dose specification are defined as mid points ofboth lungs…

Sistema di calcoloJ Med Phys. 2006 Jan;31(1):5-12.Whole body radiotherapy: A TBI-guideline.Quast U.The spatial distribution of dose in the target can be characterized by the DVHor…by determining the dose at the specification point and the dose variation inthe target (DRef, Dmin, Dmax). This triplet of values can be derived from thelongitudinal homogeneity of dose (at selected points (•) along the midline)

Sistema di calcoloObiettivi1. PD all’emispessore dell’addome (ombelico)2. Valutazione dose all’emispessore di torace, collo,testa (•) con uniformità entro il ± 10%3. Valutazione della compensazione/schermaturaper i polmoni

Sistema di calcoloModello dosimetrico• Taratura del fascio• Curve di dose in profondità (PDD/TMR)• Profili del fascio• Fattori di scatter• Scatter dalle pareti e dal pavimento• Attenuazione del beam spoilerQuesti parametri dovrebbero essere valutati alla DSA

Sistema di calcoloTaratura del fascio• Dosimetria assoluta con c.i. secondo protocollo (es. IAEA)• Condizioni non standard (DSA, campo magnum, spoiler)• K Q è lo stesso che a SAD ?Ravichandran R, et al., Beam configuration and physical parameters of clinical highenergy photon beam for total body irradiation (TBI), Physica Medica (2010)6MV

Sistema di calcoloTaratura del fascio• Dosimetria assoluta con c.i. secondo protocollo (es. IAEA)• Condizioni non standard (DSA, campo magnum, spoiler)• K Q è lo stesso che a SAD ?Ravichandran R, et al., Beam configuration and physical parameters of clinical highenergy photon beam for total body irradiation (TBI), Physica Medica (2010)K Q inoltre dipende piuttostodebolmente dalla qualità delfascio per cui risulterà moltovicino a quello ottenuto a SAD

Sistema di calcoloTaratura del fascio• Dosimetria assoluta con c.i. secondo protocollo (es. IAEA)• Condizioni non standard (DSA, campo magnum, spoiler)• K Q è lo stesso che a SAD ?• Altri fattori correttivi (K pol e K s ) sono gli stessi?In teoria non è proprio detto...ma se si utilizza una c.i. diampie dimensioni (es. Farmer 0.6 cc) non dovrebbe essercinessun problema...… conviene comunque appurare l’influenza del cavo inconsiderazione della lunghezza irradiata

Sistema di calcoloModello dosimetrico• Taratura del fascio• Curve di dose in profondità (PDD/TMR)• Profili del fascio• Fattori di scatter• Scatter dalle pareti e dal pavimento• Attenuazione del beam spoilerPossiamo valutarla con c.i. in fantoccio o in aria

Sistema di calcolo in IST

Sistema di calcolo in IST

Dosimetria in-vivoRapporto ISTISAN 02/39Un metodo prevede la determinazione delle UM medianteprecisi modelli e algoritmi di calcolo previsionali e,successivamente, la verifica sperimentale della doseassorbita nel punto di riferimento mediante ladosimetria in vivo.Un altro metodo prevede il calcolo previsionale (stimaindicativa) delle UM e un controllo durante il trattamento delladose assorbita mediante dosimetria in vivo in alcuni punti delcorpo del paziente fino al raggiungimento del valore della doseassorbita prescritta….

Dosimetria in-vivoRapporto ISTISAN 02/39…la dosimetria in vivo deve essere prevista non solo comeuna semplice procedura di verifica ma come parte integrantedel trattamento stesso……la dosimetria in vivo permette un controllo diretto deltrattamento radiante dando la possibilità di modificare ilnumero di UM impostate al LINAC per l’irradiazione delpaziente in seguito al confronto tra il valore della doseassorbita misurata e il valore della dose assorbita prescritta nelpunto di riferimento

Dosimetria in-vivoDosimetri per dosimetria in-vivo• TLDlettura indiretta e laboriosa• MOSFETlettura diretta, piccoli, bassa attenuazione, vita breve• DIODIlettura diretta, piccoli, vita lunga, accumulo dose

Dosimetria in-vivoPer ogni distretto che si vuole investigare si pone undosimetro in ingresso ed un dosimetro in uscita…ESTRO Booklet 1 (revised 2005)METHODS FOR IN VIVO DOSIMETRY IN EXTERNAL RADIOTHERAPYJan VAN DAM, Ginette MARINELLOESTRO Booklet 5 (2001)PRACTICAL GUIDELINES FOR THE IMPLEMENTATION OF IN VIVODOSIMETRY WITH DIODES IN EXTERNAL RADIOTHERAPY WITHPHOTON BEAMS (ENTRANCE DOSE)DOMINIQUE HUYSKENS, RIA BOGAERTS et al.

Dosimetria in-vivo

Dosimetria in-vivo in ISTUtilizziamo diodi PTW con elettrometro Multidos• Diodi Si p-type di area sensibile circolare 1 mm 2• T60010M (gialli) per X < 13 MV con build-up intrinseco(Pb) di 2 g/cm 2• T60010H (rossi) per X< 25 MV con build-up intrinseco (W)di 3 g/cm 2• Attenuazione: 4-6%• Sistema supporta fino a 12 diodi (noi ne abbiamo 2)

Dosimetria in-vivo in ISTUtilizziamo diodi PTW con elettrometro Multidos• Risposta tipica: 240 nC/Gy• Leakage molto basso: < 100 fA• Leakage cavo: < 10 pC/Gycm• Dipendenza angolare contenuta (per obliquità entro±60° variazione entro il ±5% per il modello M edentro il ±2% per il modello H)• D/R supportati: 0.05...10 Gy/min• Dipendenza dal D/R migliore dello 0.5%• Variazione con la temperatura minore di 0.15% / K

Dosimetria in-vivo in ISTUtilizziamo diodi PTW con elettrometro Multidos• 1 diodo ingresso addome + 1 diodo uscita addomeMexitMentrance

Dosimetria in-vivo in ISTUtilizziamo diodi PTW con elettrometro Multidos• ….• ciascun diodo è calibrato in condizioni TBI sia iningresso che in uscita• se voglio inoltre misurare la dose in corrispondenza dei polmonidevo fare calibrazione ad-hoc (presenza blocchi)AAPM REPORT NO. 8DIODE IN VIVO DOSIMETRY FOR PATIENTS RECEIVING EXTERNAL BEAM RADIATIONTHERAPYReport of Task Group 62 of the Radiation Therapy CommitteeFebruary 2005Radiotherapy and Oncology 38 (1996) 247-251Calibration of semiconductor detectors for dose assessment in total bodyirradiationN. Jornet, M. Ribas, T. Eudaldo

Dosimetria in-vivo in ISTFentranceMentranceFexitMexit

Dosimetria in-vivo in ISTCalibrazione exit può dipendere dallo spessore del fantoccio...

Dosimetria in-vivo in ISTRadiotherapy and Oncology 335 (1998) 91-98Midplane dose determination during total body irradiationusing in vivo dosimetryMontserrat Ribasa, Nuria Jorneta, Teresa Eudaldo et al.Dmidplane = (Dentrance + Dexit) / 2 * CFdove CF è un fattore correttivo che tiene conto dellaeffettiva PDD del fascio

Dosimetria in-vivo in ISTRadiotherapy and Oncology 335 (1998) 91-98Midplane dose determination during total body irradiationusing in vivo dosimetryMontserrat Ribasa, Nuria Jorneta, Teresa Eudaldo et al.CF può essere misurato sperimentalmente con fantoccidi diverso spessore...CF = (Dmidplane) * 2 / (Dentrance+Dexit)

Dosimetria in-vivo in ISTRadiotherapy and Oncology 335 (1998) 91-98Midplane dose determination during total body irradiationusing in vivo dosimetryMontserrat Ribasa, Nuria Jorneta, Teresa Eudaldo et al.... oppure possiamo ricavare CF teoricamente dallePDD misurate o stimate dal nostro modello...CF = 2*PDD(S/2) / (PDD(dmax)+PDD(S-dmax))dove S è lo spessore del distretto misurato

Dosimetria in-vivo in IST

Dosimetria in-vivo in ISTVerifica in fantocci di vario spessore...

Dosimetria in-vivo in ISTAnalisi casistica ad oggi (avvio fine 2009)..Dose (cGy) N pz.330 23200 14100 1380 4400 143NB: IST esegue circa 70 TBI all’anno

FrequencyDosimetria in-vivo in IST12Histogram MD vs. PD1086420-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 MoreMD/PD (%)