5. Special Procedures and Techniques in
Radiotherapy
9/8/2021
Osama Anjak; AECS , oanjak@yahoo.com 5
.2
اإلشعاعية الجراحة
STEREOTACTIC IRRADIATION
.2.3
اإلشعاعية الجراحة في المستخدمة التجھيزات
. Equipment used for
stereotactic radiosurgery
•
التثبيت إطار
Stereotactic frame
المسند مع
fiducially markers
:
Ossama Anjak 9/8/2021
25
.2
اإلشعاعية الجراحة
STEREOTACTIC IRRADIATION
.2.3
اإلشعاعية الجراحة في المستخدمة التجھيزات
. Equipment used for
stereotactic radiosurgery
•
التثبيت إطار
Stereotactic frame
المسند مع
fiducially markers
الجرعة وتوزع
اإلشعاعية
:
Ossama Anjak
White dots in the images are the fiducial markers resulting from the
Intercept of CT slice with the fiducial marker plates.
9/8/2021
26
.2
اإلشعاعية الجراحة
STEREOTACTIC IRRADIATION
.2.3
اإلشعاعية الجراحة في المستخدمة التجھيزات
. Equipment used for
stereotactic radiosurgery
• Imaging for target localization: CT and MRI:
Ossama Anjak
CT MRI
9/8/2021
27
.2
اإلشعاعية الجراحة
STEREOTACTIC IRRADIATION
.2.3
اإلشعاعية الجراحة في المستخدمة التجھيزات
. Equipment used for
stereotactic radiosurgery
• Imaging for target localization: CT and MRI:
Ossama Anjak
CT MRI
9/8/2021
28
.2
اإلشعاعية الجراحة
STEREOTACTIC IRRADIATION
.2. 4
اإلشعاعية الجراحة تطور عن لمحة
. Historical development
•
بالسويد لستوكھولم في التقنية ھذه طبقت ما أول
Stockholm, Sweden
العالم يد على
Lars
Leksell
عام في وذلك
1951
•
أبتكر
ليكسيل
Leksell
الجراحة مصطلح
اإلشعاعية
“radiosurgery”
وصف أجل من
المجسم بالتصويب اإلشعاعية المعالجة تقنية
stereotactic
عالية إشعاعية جرعة باستخدام
واحدة بجلسة
high, single dose of
radiation
.
Ossama Anjak 9/8/2021
29
.2
اإلشعاعية الجراحة
STEREOTACTIC IRRADIATION
.2. 4
اإلشعاعية الجراحة تطور عن لمحة
. Historical development
• Acta Chir. Scand. 102, 316-319 (1951).
The Stereotaxic Method and Radiosurgery of the Brain
By
Lars Leksell
“The stereotaxic technique enables the accurate insertion
of a needle electrode into any given structure of the brain
and its destruction by electrolysis or electro-coagulation
(HORSLEY & CLARKE, 1908; SPIEGEL et al., 1947). It
would therefore seem feasible to replace the needle by
narrow beams of radiant energy directed at the target in
the brain and thereby produce a local destruction of tissue
(LEKSELL, 1951).”
Ossama Anjak 9/8/2021
30
7. Special Procedures and Techniques in
Radiotherapy
9/8/2021
Osama Anjak; AECS , oanjak@yahoo.com 7
.2
اإلشعاعية الجراحة
STEREOTACTIC IRRADIATION
.2. 4
اإلشعاعية الجراحة تطور عن لمحة
. Historical development
•
اﻟﻣﺟﺳم اﻟﺗﺻوﻳب ﺑﻳن ﻣﺎ اﻟﺟﻣﻊ ى
ﺟر
stereotaxic
اﻟﺗﺷﻌﻳﻊو
irradiation
ﺑﻳن ﻣﺎ ة
راﻟﻔﺗ ﻓﻲ
1970s and 1980s
ﻗﺑﻝ ﻣن
:
• Gamma Knife (179 cobalt-60 sources)
– 1968 L. Leksell; Stockholm
• Megavoltage x rays from isocentric linear
accelerators
– 1974 Proposed by B. Larsson; Stockholm
– 1984 First clinical application, Betti and
Derechinsky; Buenos Aires
Ossama Anjak 9/8/2021
37
.2
اإلشعاعية الجراحة
STEREOTACTIC IRRADIATION
.2. 4
اإلشعاعية الجراحة تطور عن لمحة
. Historical development
•
ﻓﻲ
1980s
اﻟﻣﺟﺳم ﺑﺎﻟﺗﺻوﻳب اﻹﺷﻌﺎﻋﻳﺔ اﺣﺔ
راﻟﺟ ﻓﻲ اﻟﺧطﻲ ع
اﻟﻣﺳر اﺳﺗﺧدم
Linac based stereotactic radiosurgery:
• Multiple converging arcs
– 1984 Betti and Derechinsky; Buenos Aires
– 1985 Colombo, Benedetti et al.; Vicenza, Italy
– 1985 Hartmann, Schlegel et al.; Heidelberg,
Germany
– 1988 Lutz, Winston et al.; Boston, MA
• Dynamic rotation
– 1987 Podgorsak, Olivier et al.; Montreal, Canada
Ossama Anjak 9/8/2021
38
.2
اإلشعاعية الجراحة
STEREOTACTIC IRRADIATION
.2. 4
اإلشعاعية الجراحة تطور عن لمحة
. Historical development
•
ﻓﻲ
1990s
اﻟﻣﺟﺳم ﺑﺎﻟﺗﺻوﻳب اﻹﺷﻌﺎﻋﻳﺔ اﺣﺔ
راﻟﺟ ﻓﻲ اﻟﺧطﻲ ع
اﻟﻣﺳر اﺳﺗﺧدم
Linac based stereotactic radiosurgery:
• Conical rotation (isocentric linac and special
treatment chair)
– 1990 McGinley, Butker et al.: Atlanta, GA
• Cyberknife (miniature linac on robotic arm)
– 1995 Adler and Cox: Stanford, California
• Tomotherapy (miniature linac on CT gantry)
– 2000 Mackie: Madison, Wisconsin
Ossama Anjak 9/8/2021
39
.2
اإلشعاعية الجراحة
STEREOTACTIC IRRADIATION
.2. 4
اإلشعاعية الجراحة تطور عن لمحة
. Historical development
•
ولكن نايف الغاما جھاز باستخدام حاليا اإلشعاعية الجراحة تتم
الناجحة اإلشعاعية الجراحة وحاالت إجراءات من والعديد
المعدلة الخطية المسرعات الستخدام تجرى
جھاز وباستخدام
نايف السوبر
CyberKnife
•
جھاز
نايف السوبر
على مرعب خطي مسرع عن عبارة ھو
آلية ذراع
robotic arm
االتجاھات كافة في للحركة قابلة
التسعينات منتصف في تطويره جرى للبرمجة وقابل
1990s
عام وفي
2005
حوالي يوجد كان
50
المعالجة مراكز في
المختلفة العالم دول في اإلشعاعية
.
Ossama Anjak 9/8/2021
40
.2
اإلشعاعية الجراحة
STEREOTACTIC IRRADIATION
.2. 4
اإلشعاعية الجراحة تطور عن لمحة
. Historical development
• Radiosurgery with 200 kVp x rays (Leksell
1950)
Ossama Anjak 9/8/2021
41
.2
اإلشعاعية الجراحة
STEREOTACTIC IRRADIATION
.2. 4
اإلشعاعية الجراحة تطور عن لمحة
. Historical development
• Radiosurgery with proton beams
Ossama Anjak 9/8/2021
42
8. Special Procedures and Techniques in
Radiotherapy
9/8/2021
Osama Anjak; AECS , oanjak@yahoo.com 8
Radiosurgical techniques
اإلشعاعية المعالجة
الغاما جھاز باستخدام
نايف
GammaKnife
.2
اإلشعاعية الجراحة
STEREOTACTIC IRRADIATION
.2.5
اإلشعاعية الجراحة تقنيات
Radiosurgical techniques
Ossama Anjak
•
تعتبر
نايف الغاما تقنية
Gamma Knife (Gamma unit)
الجھاز
خلت عقود ألربع اإلشعاعية الجراحة في المتخصص
•
تتبدل لم التشغيل وطريقة للجھاز الرئيس والتصميم التقنية ھذه
قبل من األولى نسخته صممت أن منذ كثيرا
Leksell
عام
1968
•
على نايف الغاما جھاز يحوي
201
الكوبالت من مشع مصدر
-
60
منھا لكل اإلشعاعي النشاط
1.1 TBq (30 Ci)
•
تنتج المصادر ھذه
201
نحو موجه غاما أشعة من دائرية حزمة
بؤرة
محرقية
مسافة تبعد وحيدة
SAD of 40 cm
9/8/2021
44
.2
اإلشعاعية الجراحة
STEREOTACTIC IRRADIATION
.2. 5
اإلشعاعية الجراحة تقنيات
Radiosurgical techniques
Ossama Anjak
• Leksell Gamma Knife (older models)
9/8/2021
45
.2
اإلشعاعية الجراحة
STEREOTACTIC IRRADIATION
.2. 5
اإلشعاعية الجراحة تقنيات
Radiosurgical techniques
Ossama Anjak
• Leksell Gamma Knife (older & new models)
9/8/2021
46
.2
اإلشعاعية الجراحة
STEREOTACTIC IRRADIATION
.2. 5
اإلشعاعية الجراحة تقنيات
Radiosurgical techniques
Ossama Anjak
• Main components of the
Gamma Knife:
– Source core.
– 201 cobalt-60 sources.
– Shutter mechanism.
– Helmet and secondary
collimators.
– Treatment couch.
9/8/2021
47
.2
اإلشعاعية الجراحة
STEREOTACTIC IRRADIATION
.2. 5
اإلشعاعية الجراحة تقنيات
Radiosurgical techniques
Ossama Anjak
• Main body of the machine
containing 201 cobalt-60 sources
each with a nominal activity of 30
Ci = 1.1103 GBq (Total: 6.03kCi)
• Treatment table
• Collimator helmet deployed for
treatment.
• For collimator helmets are
available producing circular
fields with diameters of 4mm,
8 mm, 14 mm, and 18 mm.
9/8/2021
48
State of the art Gamma Knife (Model 4C) showing:
9. Special Procedures and Techniques in
Radiotherapy
9/8/2021
Osama Anjak; AECS , oanjak@yahoo.com 9
.2
اإلشعاعية الجراحة
STEREOTACTIC IRRADIATION
.2. 5
اإلشعاعية الجراحة تقنيات
Radiosurgical techniques
Ossama Anjak 9/8/2021
49
.2
اإلشعاعية الجراحة
.2.5
اإلشعاعية الجراحة تقنيات
Ossama Anjak 9/8/2021
50
Collimator helmet
.2
اإلشعاعية الجراحة
STEREOTACTIC IRRADIATION
.2. 5
اإلشعاعية الجراحة تقنيات
Radiosurgical techniques
Ossama Anjak 9/8/2021
51
.2
اإلشعاعية الجراحة
STEREOTACTIC IRRADIATION
.2. 5
اإلشعاعية الجراحة تقنيات
Radiosurgical techniques
• The hemispherical system
employs an array of 201
cobalt sources shielded in a
cast iron body, each mounted
in line with a beam channel
• The beam channel consists of
a source-bushing assembly, a
pre-collimator of tungsten
alloy, a primary stationary
collimator and a secondary
conical collimator located in a
helmet
9/8/2021
Ossama Anjak
52
.2
اإلشعاعية الجراحة
STEREOTACTIC IRRADIATION
.2. 5
اإلشعاعية الجراحة تقنيات
Radiosurgical techniques
• The cone geometry system
differs significantly from the
hemispherical system : 1 192
cobalt sources are positioned in
a cone section arranged in 8
sectors.
• A single sector contains 24
sources and 72 collimators;
• A single collimator of tungsten
replaces the previously
described primary and
secondary collimator system.
• No collimator helmet is
used;
9/8/2021
Ossama Anjak
53
.2
اإلشعاعية الجراحة
STEREOTACTIC IRRADIATION
.2. 5
اإلشعاعية الجراحة تقنيات
Radiosurgical techniques
• Cone geometry system.
• No collimator helmet is used;
9/8/2021
Ossama Anjak
54
14. Special Procedures and Techniques in
Radiotherapy
9/8/2021
Osama Anjak; AECS , oanjak@yahoo.com 14
•
نايف السوبر
CyberKnife
ھو
:
مصغر مسرع
Miniature
linac
للبرمجة قابلة آلية ذراع على مركب
robotic arm
Ossama Anjak
.2
اإلشعاعية الجراحة
.2.5
اإلشعاعية الجراحة تقنيات
•
المعالجة في التقنية ھذه تستخدم
:
–
بطاقة فوتونات حزمة يصدر الحجم صغير خطي مسرع جھاز
6 MV
الحركة آلية ذراع على مركب
industrial robotic
manipulator
–
تصوير باستعمال الھدف تحديد يتم
Non-invasive image guided
target localization
ًالبد ،المريض حركة خالل الھدف موضع يتابع
التقليدي المسرع باستعمال المعالجة في المستخدم التثبيت إطار عن
.
•
نحصل الذي الدقة من المستوى بنفس التقنية بھذه المعالجة تتم
التثبيت بإطار المريض بتثبيت المعالجة تطبيق عند علية
.
Ossama Anjak
.2
اإلشعاعية الجراحة
.2.5
اإلشعاعية الجراحة تقنيات
Ossama Anjak
6MV Linac Radiation
Source
Infrared camera
5 DOF Table
stereo X-Ray
camera
6 DOF KUKA
robot
Built in stereo X-
Ray Detector
9/8/2021
81
.2
اإلشعاعية الجراحة
.2.5
اإلشعاعية الجراحة تقنيات
نايف السوبر جھاز من المنبعثة الفوتونات حزمة ميزات
Photon Beam Specification
• Dosimetry System A two-channel primary/secondary dosimetry system is provided
• X-ray Energy 6MV Nominal Photon Energy
• Depth of Maximum
Dose (Dmax)
15 mm ±2 mm
• Dose Rate
1000 MU/min ±10% measured at SAD = 800 mm at a depth of 15
mm in water equivalent using the 60 mm fixed collimator
• Temperature and
Pressure
Adjustments
Within the specified operating temperature and pressure range,
the dose rate and MU to dose calibration is independent of
temperature and pressure
• Dosimetry
Linearity
• Dosimetry linearity: over an accumulated range of 1 cGy to
100 cGy is less than ±5% or ±1 cGy, whichever is smaller,
measured at SAD = 800 mm with 15 mm build up, within the
operating temperature and pressure range
• Dosimetry linearity: over an accumulated range of 100 cGy
to 1000 cGy is less than ±1% or ±1 cGy, whichever is greater,
measured at SAD = 800 mm with 15 mm build-up,
9/8/2021
82 Ossama Anjak
800 mm
400 mm
X-Ray source
60mm fixed
collimator
60mm
(nominal
maximum
field
size)
1000 MU/min
9/8/2021
83 Ossama Anjak
.2
اإلشعاعية الجراحة
.2.5
اإلشعاعية الجراحة تقنيات
CyberKnife features
الوريقات المتعدد المحدد ميزات
InCise™ Multileaf Collimator
•
يتألف الوريقات متعدد محدد نايف السوبر جھاز على يركب
من
fixed, IRIS™ variable aperture
و
InCise™ Multileaf
Collimators .
•
من يتألف الوريقات المتعدد المحدد
InCise™ MLC - 41 leaf
pairs (max field 10x12cm at SAD=80cm).
9/8/2021
84 Ossama Anjak
18. Special Procedures and Techniques in
Radiotherapy
9/8/2021
Osama Anjak; AECS , oanjak@yahoo.com 18
ﻋﺔ
اﻟﺟر ﺧط ﻳﻐطﻲ
50 %
)
isodose surface
(
ﻫذﻩ ﻓﻲ أﻳﺿﺎ وﻟﻛن ﺟﻳد ﺑﺷﻛﻝ اﻟﻬدف
ﺑﺎﻟﻬدف اﻟﻣﺣﻳطﺔ اﻟﺳﻠﻳﻣﺔ اﻟﻧﺳﺞ ﻣن ﻛﺑﻲ ﻣﻘدار ﺗﺷﻌﻳﻊ ﻳﺗم اﻟﺣﺎﻟﺔ
.
ﻋﺔ
اﻟﺟر ﺧط ﻋن ﻋﺔ
اﻟﺟر وﺻف ﺗم إذا
50 %
اﻟﻬدف ﻋﺔ
ﺟر ﻓﻲ اﻟﺗﺟﺎﻧس ﻋدم ﻓﺈن
ﻣﺛﺎﻟﻳﺔ ﻋﺔ
اﻟﺟر ﺗﻛون وﻟﻛن ًا
رﻛﺑﻳ ﻳﻛون
optimized
.
Ossama Anjak
Target coverage with various isodose surfaces:
.2
اإلشعاعية الجراحة
.2.7
بالجلسة والجرعة اإلشعاعية الجرعة
50% Isodose surface
.2
اإلشعاعية الجراحة
.2.7
بالجلسة والجرعة اإلشعاعية الجرعة
• MDPD is defined by the RTOG (Radiotherapy Oncology
Group) as the ratio of maximum dose to prescription
dose inside the target volume and thus describes the
dose homogeneity within the target.
• 1.0 MDPD 2.0 Per protocol
• 2.0 < MDPD < 2.5 Acceptable minor deviation
• MDPD > 2.5 Major and unacceptable deviation.
Ossama Anjak
.2
اإلشعاعية الجراحة
.2.7
بالجلسة والجرعة اإلشعاعية الجرعة
• PITV is defined by the RTOG (Radiotherapy Oncology
Group) as the ratio of the prescription isodose volume
to the target volume and thus describes the conformity
of the prescription isodose volume to the target volume.
– 1.0 PITV 2.0 Per protocol
– 2.0 < PITV < 2.5
– 0.9 < PITV < 1.0
– PITV > 2.5 Major and unacceptable deviation.
Ossama Anjak
Acceptable minor deviation
• Dose-volume histogram (DVH) is a powerful tool
used to summarize and quantify complex
radiosurgical dose distributions.
• DVHs can be used for assessment of tumour
volume coverage as well as for the evaluation of
the dose delivered either to healthy tissue
surrounding the target or to specific structures in
the vicinity of the target such as the brain stem or
the optic nerve.
Ossama Anjak
.2
اإلشعاعية الجراحة
.2.7
بالجلسة والجرعة اإلشعاعية الجرعة
.2
اإلشعاعية الجراحة
.2.7
بالجلسة والجرعة اإلشعاعية الجرعة
Treatment of irregular target
using circular field and
– (A) single isocentre
– (B) two isocentres
Ossama Anjak
• Dose-volume histogram (DVH) for treatment of an
irregular target volume with one, two or five isocentres.
Ossama Anjak
.2
اإلشعاعية الجراحة
.2.7
بالجلسة والجرعة اإلشعاعية الجرعة