MV e KV Cone Beam CT

1. XXIII Corso Residenziale di Aggiornamento
Moderna Radioterapia e Diagnostica per Immagini:
dalla definizione dei volumi alla radioterapia
«adaptive»
Il glossario per il corso:
MV AND KV CONE BEAM CT
Francesco Micciché, Mariangela Boccardi,
Laura De Filippo, Simone Castellotti, Barbara Diletto

2. MV e KV CBCT

3. Elettronvolt
Energia cinetica acquistata da un
elettrone quando è accelerato da una
differenza di potenziale di un volt.
Unità di misura dell’energia delle
radiazioni ionizzanti

4. MEV=MegaElettronVolt
• Alte energie
• Poca attenuazione
• Poca differenza di irradiazione tra i vari
tessuti
• Fasci che arrivano più in profondità
• Utilizzo nella terapia

5. Immagini Portali
Primo sistema di
controllo del set-up del
paziente
FILM
EPID

6. Dal 3D-2D al 3D-3D
3D-2D: allineamento basato sulla proiezione
• Piani di trattamento in 3D
• Controllo della delivery (2D)
3D-3D : allineamento volumetrico
• Piani di trattamento in 3D
• Controllo della delivery in 3D
Jaffray, Semin Radiat Oncol. 2005 Jul;15(3):208-16

7. Dal 3D-3D al 4D-4D
3D-3D:
• Piani di trattamento in 3D statico
• Controllo della delivery statico
4D-4D :
• Piani di trattamento in 3D dinamico (4D)
• Controllo della delivery in 3D dinamico (4D)
Jaffray, Semin Radiat Oncol. 2005 Jul;15(3):208-16

8. Controllo 3D
• MV
CT
• Single-slice CT Tecniques
• MV Cone-Beam CT on LINAC
• KV CT
• CT in bunker
• Cone-Beam CT on LINAC
Jaffray, Semin Radiat Oncol. 2005 Jul;15(3):208-16

9. MV CT: Single-slice CT
prime esperienze anni 80
Gantry
Fascio 4MV
Paziente
Lettino
Detettore CT
Simpson, Med Phys. 1982 Jul-Aug;9(4):574-9.

10. MV CT: Single-slice CT
prime esperienze anni 80
Computer
Simpson, Med Phys. 1982 Jul-Aug;9(4):574-9.

11. MV CT: Single-slice CT
un algoritmo matematico ricostruisce l’immagine 3d
Computer
Welsh, Technol Cancer Res Treat. 2004 Aug;3(4):359-64.

12. MV CT: Cone-Beam CT
Vantaggi:
- utilizzo di un solo apparecchio
- Immagini 3D
- Stesso fascio di trattamento usato per
l’acquisizione
Svantaggi
- impossibilità di acquisire le immagini
durante l’erogazione
- basso contrasto
- dosi elevate
- usura dei sistemi di rilevazione
Welsh, Technol Cancer Res Treat. 2004 Aug;3(4):359-64.

13. KEV= KiloElettronVolt
•
•
•
•
Basse energie
Maggiore attenuazione tra i vari tessuti
Maggiore contrasto
Utilizzo nella diagnostica

14. KV CT: TC nel bunker
Cheng, Phys Med Biol. 2003 Nov 21;48(22):3667-83.

15. KV CT: TC nel bunker
Cheng, Phys Med Biol. 2003 Nov 21;48(22):3667-83.

16. KV CT: TC nel bunker
Cheng, Phys Med Biol. 2003 Nov 21;48(22):3667-83.

17. KV CT: TC nel bunker
Cheng, Phys Med Biol. 2003 Nov 21;48(22):3667-83.

18. KV CT: TC nel bunker
maggiore definizione
dei tessuti (KV)
numerosi spostamenti del lettino
maggior tempo
possibili movimenti del paziente
Cheng, Phys Med Biol. 2003 Nov 21;48(22):3667-83.

19. KV CT: Cone-Beam CT
On Board Imager
Fung, Med Phys. 2002 May;29(5):724-6.

20. KV CT: Cone-Beam CT
immagine 3D con un singolo giro di Gantry
Controllo
TC
Computer
Fung, Med Phys. 2002 May;29(5):724-6.

21. KV CT: Cone-Beam CT
Controllo
RX
Fung, Med Phys. 2002 May;29(5):724-6.

22. KV CT: Cone-Beam CT
• Due volumi di acquisizione per
modalità di acquisizione differenti
Full fan Geometry per le
piccole strutture (es.
testa collo)
Half Fan Geometry
per strutture più
grandi (pelvi)

23. KV CT: Cone-Beam CT
Vantaggi:
- Alto contrasto
- controllo real time
- Immagini 3D
- Stessa dose delle immagini portali
Svantaggi
- Lunghi tempi di acquisizione (330-120 s)
- Movimenti del pz influenzano l’immagine 3D
- Esposizione addizionale a Rx significativa?
Fung, Med Phys. 2002 May;29(5):724-6.

24. siemens
• In-Line KView
utilizza il fascio di
trattamento modificato
del linac per l'imaging,
offrendo immagini kv a
basse dosi, il tutto in
tempi molto brevi

25. CTVision
•
si basa su una TC
multi-slice spirale
montata all’interno del
bunker su binari e
pedane girevoli,
utilizzando il lettino del
linac per eseguire una
scansione TC prima
della terapia radiante
con il paziente nella
medesima posizione
di terapia

26. Cone Beam CT con Megavoltaggio
Il megavoltaggio Cone Beam CT sfrutta
le caratteristiche del fascio con fotoni in
MV. È simile ad un trattamento fatto ad
arco e si basa su una serie d’immagini “a
cono” acquisite da diverse angoli intorno
al paziente. Il Linac ruota di continuo per
200° (da 270° a 110° in senso orario),
acquisendo un'immagine portale per ogni
angolo.I tempi di acquisizione sono di
circa 45 secondi. La dose totale per una
acquisizione CBCT è di pochi cGy e può
essere integrata nel computo della dose
totale, la dimensione della matrice di
ricostruzione può variare (128, 256 o
512), così come l'intervallo della “fetta”
(1, 2 o 3 mm).

27. • VARIAN OBI
• E’ un acceleratore
lineare con
l’installazione “a
bordo” di un sistema
tubo-detettori (da cui
l’acronimo inglese
OBI: On Board
Imager)
Elekta Synergy

28. Tecnologia di immagini On-Board
Imager
•
Tubo radiogeno Rx
•
2 macchie focali 0,4 e 08,mm
•
Pannello di rilevazione allo stato solido
in Silicio amorfo
–
–
•
risoluzione 2048 x 1536 pixel
15 immagini/sec.
Bracci meccanici robotizzati
–
•
completamente retraibili
Pendant a raggi infrarossi
–
Tubo Rx
(kV)
Detettore di
immagini
(kV)
controlla tutti i bracci
(PortalVision e On-Board Imager)
•
Consolle di controllo dedicata
–
movimentazione remota di tutti i bracci
della consolle
•
Movimentazione remota del lettino
PortalVision
(MV)

29. Cone Beam CT Mode
FDA 510(k)

30. Acquisition – Body Scan
14 cm
45 cm
diameter
Reconstructed
Volume

31. Sistema di Rilevazione Immagini
Silicio Amorfo (aSi )
Sistema di Rilevazione Immagini
liquid filled ionization chamber detector
X-Ray
Light
matrice : 512 x 384 pixel
(196.618)
Risoluzione: 0.784 x 0.784 mm2
Matrice 256 x 256
Risoluzione: 2.3 x 2.9 mm

32. Tipologie di acquisizione
kv
monoplanare
mv
monoplanare
cbct
volumetrica

33. Acquisizioni kv-mv

34. Acquisizione Cone Beam CT
•
Una singola rotazione produce un set
di dati volumetrici 3D completo
•
1 rotazione  500-1000 proiezioni
•
Più proiezioni  elevata qualità TC
On-Board Imager: 1 rotation = 60s

36. MV cone-beam CT
Less modification
to a conventional
LINAC
Lower contrast
6 MV Siemens Primus accelerator
High doses

37. •
To explore the effect of cone-beam imaging on dose homogeneity and
critical organ dose and the use of a new tool, adapted intensity-modulated
radiation therapy (AIMRT)
•
4 pts; 3 types of treatment plans: IMRT, IMRT-CBCT, AIMRT

38. Sidhu K et al. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2003 Mar 1;55(3):757-67

39. •
MV-CBCT to treat paraspinous tumors
in the presence of orthopedic hardware
•
MV-CBCT : a new alternative IGRT
approach for treatment of paraspinous
tumors in the presence of orthopedic
hardware by providing 3D anatomic
information in the treatment position,
with clear imaging of metallic objects
and without compromising soft-tissue
information.
Hansen KE et al. Int. J. Radiation Oncology Biol. Phys. 66, 2, 323–326, 2006

40. KV-cone beam CT
Higher contrast
Low doses

41. •
One of the first European experiences with KV-CBCT (Synergy System,
Elekta)
•
To evaluate image quality and dose delivered, and assess clinical utility for
treatment verification at a range of anatomic sites
•
30 pts, 10 anatomic sites; TLDs on skin surface
McBain CA et al. Int. J. Radiation Oncology Biol. Phys. 64, 2, 625–634, 2006

42. •Radiation doses range from 0.003 Gy in the head to 0.03 Gy in the pelvis
•Image quality excellent for all scans
•Process rapid and straightforward for both staff and patients
•Image acquisition time of 2 min did not significantly impact on overall treatment time
McBain CA et al. Int. J. Radiation Oncology Biol. Phys. 64, 2, 625–634, 2006

44. •
•
To evaluate the accuracy and the precision of an online CBCT guidance
system through the assesment of the “residual setup error” associated with
CBCT
8 prostate cancer pts were implanted with 3 radiopaque markers of highwinding coil
Letourneau D et al. Int. J. Radiation Oncology Biol. Phys. 62, 4, 1239–1246, 2005

45. Positioning of pts using skin marks
1° CBCT
KV radiographs/30 s
between the 2 CBCT to
evaluate intrafraction
motion by tracking the coils
and the bony landmarks
Determining of set-up error by fusing
the coils on the CBCT and planning CT scans
Correcting set-up pts by moving the couch
2° CBCT to evaluate
the residual target setup error
Off-line correction alligning the prostate contours on both
planning CT and CBCT images
Letourneau D et al. Int. J. Radiation Oncology Biol. Phys. 62, 4, 1239–1246, 2005

46. • Results
•
• The target set-up error was reduced and
within +/- 1.5 mm
• Accuracy from CT simulation planning 1 mm

47. MV or KV?
MV- CBCT
Less modification
conventional LINAC
KV- CBCT
to
a
Higher contrast
Low doses
No artefacts (orthopedic
hardware)
Acceptable
acquisition time
Lower contrast
Accuracy +/- 1 mm
High doses
To integrate the high doses
in the total dose delivered
image

48. UCSC
KV-cone beam CT
Good quality images
Dmean +/- 0.03 Gy
Image acquisition time 5 min