Indywidualizacja leczenia promieniowaniem jonizującym. Paweł Kukołowicz Zakład Fizyki Medycznej

Transkrypt

1 Indywidualizacja leczenia promieniowaniem jonizującym Paweł Kukołowicz Zakład Fizyki Medycznej

2 Plan wykładu Jak rozumieć indywidualizację w radioterapii? Kilka słów o historii. Indywidualizacja zagadnienia fizyczne, Zagadnienia technologiczne, zagadnienia radiobiologiczne. Podsumowanie

3 Indywidualizacja znak czasów Fischer Vacuum Fit - individual ski boots The first boot which fits 100%

4 Indywidualizacja w radioterapii terapia radykalna Maksymalizacja kontroli miejscowej (TCP) Minimalizacja skutków ubocznych (NTCP) Dla każdego pacjenta!

5 Rozwój radioterapii Można patrzeć poprzez pryzmat indywidualizacji leczenia rozwój technologii wiedzy z zakresu radiobiologii 1960 kobalt 1920 rentgen 1990 nowoczesny akcelerator 2000 hadronoterapia

6 Rozwój radioterapii 1920 Radiobiologia 1930 terapia frakcjonowana N/N 0 Krzywa Pucka promieniowrażliwość komórek

7 Przestrzenie indywidualizacji Biologia nowotworu (radiobiologia) rozkład gęstości komórek klonogennych indywidualna promieniowrażliwość komórek nowotworowych dynamika wzrostu (całkowity czas leczenia) inne cechy wpływające na wynik leczenia Fizyka - przestrzeń dawki dopasowanie rozkładu dawki do indywidualnej anatomii pacjenta realizacja zgodna z założonym planem dla konkretnego pacjenta

8 Indywidualizacja Biologia cechy komórek nowotworowych cechy komórek (tkanek) prawidłowych Fizyka metody dostarczania energii promienistej kontrolowanie przebiegu napromieniania

9 Indywidualizacja - fizyka Przestrzeń dawki konformalizacja rozkładu dawki dopasowanie rozkładu dawki do objętości tarczowej minimalizacja dawki w narządach krytycznych rodzaj promieniowania graniczne możliwości selektywnego deponowania energii sposób realizacji leczenia precyzja i powtarzalność

10 Inddywidualizacja leczenia standardowe leczenie Prawdopodobienstwo 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 TCP Odpowiedź NTCP Daw k a zlecona (Gy) Jeżeli akceptujemy NTCP = 0.05 NTCP = 0.24

11 Leczenie zindywidualizowane konformalność Intensity Modulation Radiation Therapy Prawdopodobieństwo 0,9 1 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Odpowiedź Dawka zlecona (Gy)

12 Promieniowanie fotonowe akceleratory liniowe Akceleratory liniowe (90% pacjentów) energia 4 MV 15 MV rozkład dawki w fantomie wodnym w funkcji głębokości Ograniczenia!

13 Techniki z modulacją natężenia promieniowania

14 Indywidualizacja poprzez dobór energii i liczby wiązek Koncentracja dawki w targecie A.Pirzkall

15 Minimalizacja wysokich dawek ochrona narządów krytycznych; problem przylegania odległość 1,25 MeV

16 Point spread function rozkład dawki wokół punku oddziaływania 6 MV 15 MV Ahnesjo A, Acta Oncol. 1988;26,49.

17 Charakterystyka wiązki energia wielkość ogniska wielkość pola promieniowania Akcelerator 2 MV

18 Kolimator wielolistkowy Agility Elekta 160 listków (2 x 80) o średnicy 0,5 cm w izocentrum system Rubicon zapewniający duża precyzje i powtarzalność położenia listka wiązki światła z zakresu bliskiego UV, których obraz odbity od rubinowych kryształów umieszczonych na końcu każdego listka jest rejestrowany przez system kamer szybkość przesuwu do 6,5 cm /sek transmisja < 0,5% system nadzoru nad spójnością realizacji planu leczenia; szybkość listków, zmienna moc dawki, położenie ramienia akcelerator (w sumie 8 wielkości jest dynamicznie kontrolowane)

19 Kolimator - precyzja położenia listków Elekta Synergy MLCi2 odchylenie standardowe wartość średnia A. Bertelsen, et al. Medical Physics, 38, 4802, 2011.

20 Kolimator wielolistkowy - IMRT R Topolnjak, et al. Phys. Med. Biol. 52 (2007) Influence of the linac design on intensity-modulated radiotherapy of head-and-neck plans

21 Tomoterapia Energia X 6 MV Tryb leczenia: helical IMRT. Stała rotacja głowicy oraz przesów stołu terapeutycznego. Wiązka promieniowania 40 cm x {1, 2.5 lub 5 cm}. Wielkość obszaru napromieniania w osi C-C: od 1 cm do 140 cm. Binarny MLC. Unikalna osłonność aparatu terapeutycznego. Obrazowanie: MVCT (~3.5 MV)

22 Tomoterapia kolimator binarny kolimator zapewnia niemal dowolną modulację własność T.Piotrowski - System binarny (0-1) - Otwieranie/zamykanie sterowane systemem opartym na sprężonym powietrzu - Czas otwarcia 20 ms - 64 listki każdy o nominalnej szerokości 6.25 mm w izocentrum - Grubość listka 10 cm (95% wolframu) transmisja 0.5% w polu i 0.2% poza polem - Długość kolimatora 40 cm - 3 szerokości pola (1, 2.5, 5 cm) uzyskiwane dzieki ogranicznikom pola (nie MLC)

23 Tomoterapia możliwości Medulloblastoma Wielkopolskie Centrum Onkologii Poznań

24 Tomoterapia możliwości Napromienianie szpiku kostnego JCY Wong, et al.

25 Terapia z uwzględnieniem aktualnej anatomii - terapia adaptacyjna Elastyczna (deformable) rejestracja obrazów! C Lee, et al.

26 Terapia ruchomych targetów Indywidualizacja polega na unieruchomieniu targetu (zmniejszenie ruchów) napromienianie na wstrzymanym oddechu pacjentki z nowotworem piersi ucisk w rejonie przepony śledzenie położenia targetu CyberKnife dynamiczna zmiana położenia listków dopasowana do (przewidywanego) położenia targetu

27 CyberKnife Śledzenie położenia znaczników z zastosowaniem systemu lamp rentgenowskich lub systemu optycznego Lampa rtg detektor

28 CyberKnife Śledzenie położenia znaczników z zastosowaniem detektorów optycznych umieszczonych na powierzchni ciała - system predykcyjny z prezentacji internetowej z prezentacji internetowej

29 Kontrola położenia targetu różne sposoby użycia informacji 25 Hz System Calypso transponder źródło fali elektromagn. sygnał/detektor

30 Zastosowanie informacji o położeniu targetu Dynamiczna zmiana dopasowanie kształtu kolimatora Dynamiczna zmiana położenia pacjenta Stół HexaPOD Translacje x, y, z Obroty wokół dwóch osi - oś wertykalna - oś wzdłużna M Menten, et al.

31 Nowe możliwości fotony tomoterapia protony

32 Podsumowanie Dopasowanie rozkładu dawki zagadnienie w znacznym stopniu zostało rozwiązane przygotowano bardzo zaawansowane rozwiązania technologiczne, umożliwiające uzyskanie konformalnego rozkładu dawki ciągle jednak istnieją pewne możliwości poprawy stosowanych rozwiązań

33 Przestrzenie indywidualizacji Biologia nowotworu (radiobiologia) rozkład gęstości komórek klonogennych indywidualna promieniowrażliwość komórek nowotworowych dynamika wzrostu

34 Theragnostic imaging for radiation oncology: dose-painting by numbers Soren M Benzen, Lancet Oncol 2005; Radioterapia, w której dawka jest dostarczana z uwzględnieniem budowy guza nowotworowego gęstość komórek klonogennych promieniowrażliwość dynamiki wzrostu nowotworu proliferacja

35 Guz nowotworowy Obrazowanie molekularne informacja (pośrednia) o budowie i aktywności komórek guza metabolizm glukozy określany za pomocą badania PET [18F]FDG spektroskopia NMR umożliwia odróżnienie hyperplazji od zmiany złośliwej w gruczole krokowym

36 Protokoły terapeutyczne - leczymy średniego pacjenta TCP Dfr 2 Gy 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, Dawka całkowita (Gy) γ 1,00E+08 1,00E+07 1,00E+06 1,00E+09 1,00E+10 Średnia ln N 0 e 37%, teoria = γ 37%, kliniczne 1 4

37 Promieniowrażliwość guzów nowotworowych frakcja przeżywająca po 2 Gy Wyleczenie u 37% pacjentów: 1 komórka przeżywająca Guz w chwili rozpoczęcia leczenia 10 8 komórek (mały guz) SF2 = 0,2 12 frakcji, 24 Gy SF2 = 0,4 24 frakcje, 48 Gy SF2 = 0,6 36 frakcji, 72 Gy SF2 = 0,8 82 frakcje, 164 Gy zakres terapeutyczny dla konwencjonalnej radioterapii

38 Promieniowrażliwość komórek w guzach nowotworowych Guz nowotworowy nie jest jednorodny populacja komórek promieniowrażliwych populacja komórek opornych na promieniowanie cecha osobnicza komórek warunki środowiskowe hypoksja Indywidualizacja wymaga znajomości promieniowrażliwości komórek

39 Promieniowrażliwość komórek - badania in situ Opublikowano badania, w których nie uzyskano takiej korelacji! Wells CM, et al.

40 Promieniooporne komórki guza Hypoksja komórki bardzo oporne na promieniowania

41 Hypoksja - rozpoznawanie i selektywna terapia badanie PET fluorine-18-labeled fluoroazomycin-arabinoside - [18F]FAZA obszary zaznaczone na pomarańczowo to obszary hypoksyczne

42 Hypoksja - rozpoznawanie i selektywna terapia badanie PET fluorine-18-labeled fluoroazomycin-arabinoside - [18F]FAZA IMRT z eksalacją dawki w obszarze hypoksycznym Podwyższona dawka AL Grosu, et al.

43 Hypoksja - dose painting by numbers SM Bentzen, Lancet Oncol. 2005;6,

44 Określanie targetu Gross Tumour Volume efekt jest związany z dawką zaabsorbowaną w GTV

45 PET-CT - większa precyzja w określaniu targetów T Konert, Radiotherapy and Oncology, 2015

46 Odpowiedź tkanek prawidłowych - indywidualizacja Appelt AL., et al. Acta Oncologica, 2014; 53:

47 Podsumowanie Indywidualizacja leczenia dopasowanie rozkładu dawki do anatomii pacjenta zagadnienie niemal rozwiązane precyzyjna informacja anatomiczna urządzenia hybrydowe sterowanie wiązką terapeutyczną IMRT + IGRT zastosowanie protonów i jonów wymaga pełnego opanowania możliwości technologicznych

48 Podsumowanie Indywidualizacja leczenia radiobiologia nowotworu i tkanek prawidłowych wiele nagromadzonej wiedzy niestety generalnie ciągle jesteśmy na etapie filatelistyki wielkie nadzieje związane z osiągnięciami z przestrzeni medycyny nuklearnej biologii molekularnej

49 Bardzo dziękuję za uwagę!