This document discusses the use of stereotactic body radiation therapy (SBRT) for liver tumors. It provides details on common liver tumors including hepatocellular carcinoma and metastases. It describes SBRT as a treatment option for inoperable early stage tumors, as a bridge to transplant, and for intermediate or locally advanced stages. Key factors for patient selection and treatment planning such as tumor size, number and location, as well as liver function are summarized. The document also briefly discusses proton beam therapy and current clinical trials investigating SBRT for liver cancer.
Heavy ion therapy uses ions heavier than helium for radiation therapy. The National Institute of Radiological Sciences in Japan and the GSI in Germany were early adopters of heavy ion therapy using carbon ions. Additional facilities in Japan, China, and Germany have since come online, demonstrating the increasing use of heavy ion therapy globally. Key advantages of heavy ion therapy over photon therapy include improved targeting of tumors and reduced radiation exposure of surrounding healthy tissue.
This document provides contouring and treatment planning guidelines for stereotactic body radiation therapy (SBRT). It discusses indications, contraindications, simulation, target volume delineation, organ at risk contouring, dose prescription, and plan evaluation for SBRT treatment of lung, spine, liver, and other cancers. Key considerations include ensuring accurate tumor targeting given organ motion, minimizing dose to nearby organs at risk, and prescribing ablative doses in a small number of fractions to achieve tumor control.
SOP CONFERENCE PROTOCOLS FOR BEGINNERSKanhu Charan
This document provides guidelines and standard operating procedures for stereotaxy radiosurgery and stereotactic body radiation therapy. It discusses patient selection criteria and protocols, simulation, treatment planning, quality assurance procedures, responsibilities of clinical team members, and patient follow-up. Standardized checklists and protocols are recommended to ensure safety and accuracy in patient localization, treatment planning and delivery for different anatomical sites. Strict quality assurance of equipment, imaging, treatment planning systems and patient-specific validation tests are essential parts of the procedures.
Radiotherapy in hepatocellular carcinomasPratap Tiwari
External Radiotherapy in hepatocellular carcinomas (HCC). A brief summary of the guidelines statements on radiotherapy role in hepatocellular carcinoma (hcc).
This document discusses the use of stereotactic body radiation therapy (SBRT) for liver tumors. It provides details on common liver tumors including hepatocellular carcinoma and metastases. It describes SBRT as a treatment option for inoperable early stage tumors, as a bridge to transplant, and for intermediate or locally advanced stages. Key factors for patient selection and treatment planning such as tumor size, number and location, as well as liver function are summarized. The document also briefly discusses proton beam therapy and current clinical trials investigating SBRT for liver cancer.
Heavy ion therapy uses ions heavier than helium for radiation therapy. The National Institute of Radiological Sciences in Japan and the GSI in Germany were early adopters of heavy ion therapy using carbon ions. Additional facilities in Japan, China, and Germany have since come online, demonstrating the increasing use of heavy ion therapy globally. Key advantages of heavy ion therapy over photon therapy include improved targeting of tumors and reduced radiation exposure of surrounding healthy tissue.
This document provides contouring and treatment planning guidelines for stereotactic body radiation therapy (SBRT). It discusses indications, contraindications, simulation, target volume delineation, organ at risk contouring, dose prescription, and plan evaluation for SBRT treatment of lung, spine, liver, and other cancers. Key considerations include ensuring accurate tumor targeting given organ motion, minimizing dose to nearby organs at risk, and prescribing ablative doses in a small number of fractions to achieve tumor control.
SOP CONFERENCE PROTOCOLS FOR BEGINNERSKanhu Charan
This document provides guidelines and standard operating procedures for stereotaxy radiosurgery and stereotactic body radiation therapy. It discusses patient selection criteria and protocols, simulation, treatment planning, quality assurance procedures, responsibilities of clinical team members, and patient follow-up. Standardized checklists and protocols are recommended to ensure safety and accuracy in patient localization, treatment planning and delivery for different anatomical sites. Strict quality assurance of equipment, imaging, treatment planning systems and patient-specific validation tests are essential parts of the procedures.
Radiotherapy in hepatocellular carcinomasPratap Tiwari
External Radiotherapy in hepatocellular carcinomas (HCC). A brief summary of the guidelines statements on radiotherapy role in hepatocellular carcinoma (hcc).
The document discusses the use of Tomotherapy for radiation treatment planning and delivery. It provides examples of how Tomotherapy allows for:
1) Highly conformal radiation plans that sculpt dose around complex tumor target shapes while minimizing dose to nearby organs.
2) Daily image guidance that enables adjustment of targets to account for changes in patient anatomy and tumor size during treatment.
3) Delivery of simultaneous integrated boosts to multiple tumor sites.
This document discusses various modern radiation therapy techniques including IMRT, IGRT, MVCBCT, and KVCBCT. It provides background on 2D and 3D conformal radiation therapy. IMRT uses intensity modulated beams and inverse planning to improve dose distribution. IGRT uses imaging before and during treatment for precise targeting. MVCBCT and KVCBCT provide volumetric imaging using megavoltage and kilovoltage sources, with KVCBCT offering better soft tissue contrast. Errors in patient positioning can be detected and corrected using these image-guided techniques.
Final ICRU 62 ( International commission on radiation units and measurements)DrAyush Garg
The document discusses recommendations from reports by the International Commission on Radiation Units and Measurements (ICRU) for defining volumes used in radiation therapy planning and reporting. ICRU Report 62 provides additional details on volumes such as the internal target volume (ITV) and planning organ at risk volume (PRV), and introduces metrics like the conformity index. It also further classifies organs at risk as serial, parallel or serial-parallel based on their radiosensitivity.
Stereotactic body radiotherapy (SBRT) delivers high-dose radiation to tumors in a small number of fractions using high precision. For prostate SBRT, the target and organs at risk are contoured on planning CT. A dose of 35-38Gy in 5 fractions is used as primary treatment for low risk prostate cancer. Rigid image guidance and intrafraction monitoring are important to minimize setup errors. ExacTrac X-ray positioning co-registers X-rays with digitally reconstructed radiographs and corrects for rotational and translational deviations, achieving sub-millimeter accuracy. This allows safe dose escalation for prostate SBRT.
Palliation brain, spinal and bone metsDrAyush Garg
The document summarizes guidelines for palliation of brain, spinal cord, and bone metastases. It addresses epidemiology and clinical presentation of brain metastases and recommendations for various treatment approaches including whole brain radiation therapy, surgical resection, radiosurgery, chemotherapy, and management of recurrent metastases. It also covers prophylactic use of anticonvulsants and steroids. Key recommendations include that surgical resection plus WBRT is superior to WBRT alone for single brain metastases, and radiosurgery is effective for lesions under 3cm and not causing significant midline shift.
Motion in radiotherapy can negatively impact treatment by causing a mismatch between the intended and actual radiation dose delivered to the target and surrounding tissues. There are several sources of motion, including patient setup errors, breathing/coughing, and target deformation. Systematic errors are generally more detrimental than random errors as they consistently underdose parts of the target. Motion management techniques aim to limit motion and its effects. These include patient immobilization, multiple CT scans, robust treatment planning, gating radiotherapy to specific breathing phases, and asking patients to briefly hold their breath.
Step-by-Step Stereotactic Radiotherapy Planning of Vestibular Schwannoma: A G...Kanhu Charan
This document provides a step-by-step guide to stereotactic radiotherapy planning for vestibular schwannoma. It describes the case of a 40-year-old male patient presenting with symptoms of tinnitus, dizziness, and facial twitching. Imaging including CT and MRI confirmed a right-sided vestibular schwannoma. The tumor was graded and treatment options were discussed. The patient was planned for fractionated stereotactic radiotherapy to a dose of 25Gy in 5 fractions based on guidelines. The planning process is then described in detail, including CT simulation, MRI protocol, contouring of targets and organs at risk, plan evaluation criteria, and subsequent treatment.
This document discusses lung stereotactic body radiotherapy (SBRT) for the treatment of early stage non-small cell lung cancer (NSCLC). It covers treatment indications for SBRT, methods used to account for tumor motion including 4DCT planning and respiratory gating, treatment planning guidelines, evidence from studies showing high rates of local control and survival, and results from RTOG trials of SBRT for lung cancer. In particular, it highlights that SBRT achieves local control rates of 85-95% and overall survival rates of 50-95% at 3-5 years for early stage NSCLC.
DEBATE ON HIPPOCAMPAL SPARING IN WHOLE BRAIN RADIATION IN BRAIN METSKanhu Charan
The document discusses sparing the hippocampus during whole brain radiotherapy (WBRT) to prevent cognitive decline. The hippocampus is important for forming new memories. Studies like RTOG 0933 and RTOG 0614 found that hippocampal-avoidant WBRT reduced cognitive failure rates by 26% compared to traditional WBRT. However, concerns include the low risk of hippocampal metastases and cost of complex planning. Overall, the author argues that sparing the hippocampus is worthwhile given improved survival rates in cancer patients and recurring costs of cognitive impairment. Further research on sparing other structures is also recommended to take a more holistic approach to brain radiotherapy.
This document provides an overview of image-guided radiation therapy (IGRT) for lung cancer. It discusses the role of IGRT in managing tumor motion through techniques like breath hold methods, free breathing with gating or tracking, and 4D imaging. Segmentation of the tumor and organs at risk on 4D CT scans is covered. Dose fractionation schedules and biological effective dose calculations for hypofractionated stereotactic body radiation therapy are reviewed. Toxicities, outcomes, and challenges of IGRT in lung cancer are also mentioned.
ICRU 83 report on dose prescription in IMRTAnagha pachat
this slide is about the report 83 which is published by international commission for units and measurements on the topic dose prescription reporting and recording in intensity modulated radiation therapy . it is useful for personals and students in the field of radiation oncology.
This document provides information about total body irradiation (TBI). It discusses that TBI uses megavoltage photon beams to destroy the recipient's bone marrow and tumor cells prior to bone marrow transplantation. It is used to treat various diseases like leukemia, lymphoma, and multiple myeloma. TBI can be delivered at high or low doses, to half the body, or total nodes. Techniques include parallel opposed beams from linear accelerators or cobalt-60 machines. Dosimetry and in vivo dosimetry are important due to the large fields and difficulty achieving uniform dose. Complications can include sterility, secondary cancers, and growth issues.
This document discusses hemi body irradiation (HBI) technique used to treat metastatic cancer. HBI involves irradiating only the upper or lower half of the body using parallel opposed radiation fields. It has advantages over total body irradiation like smaller field size and less side effects. HBI is used to palliate widely metastatic disease and as adjuvant therapy for certain cancers. Potential complications include nausea, diarrhea, pneumonitis and hematological effects. The document also provides an overview of cancer registries in India, which systematically collect cancer data to help understand cancer patterns and guide control programs. Population-based and hospital-based registries use active and passive methods to collect data on cancer incidence, stages and survival.
TBI is the radiotherapy technique to irradiate whole body before doing stem cell transplant. The main purpose of doing TBIB is to condition the immune system of body so that there will be maximum chance of transplant acceptance.
Motion management strategies in radiation therapy aim to account for tumor movement during treatment. Key strategies include gating methods that deliver radiation only during specific respiratory phases, breath hold methods that immobilize tumors during deep inhalation or exhalation, tracking methods that follow tumor motion in real-time and adjust beam targeting accordingly, and encompassing methods that define larger target volumes to cover full respiratory excursion. No single approach is clearly superior, as appropriate management depends on tumor location, motion extent, and available technology. The goal of all motion management is to safely escalate dose to tumors while reducing dose to surrounding healthy tissues.
This document provides an overview of planning systems in radiotherapy and discusses various topics related to clinical treatment planning using computerized treatment planning systems. It begins with an introduction to the author and their experience with different treatment planning systems. It then covers definitions and concepts important for clinical treatment planning such as volumes, dose specifications, patient data acquisition, beam combinations, and dose statistics. The document also discusses virtual simulation, image fusion, treatment aids, oblique incidence corrections, and portal imaging. It provides details on the hardware, calculations algorithms, and commissioning of computerized treatment planning systems. In summary, the document offers a comprehensive review of clinical treatment planning processes and considerations for computerized treatment planning systems.
The document discusses the use of Tomotherapy for radiation treatment planning and delivery. It provides examples of how Tomotherapy allows for:
1) Highly conformal radiation plans that sculpt dose around complex tumor target shapes while minimizing dose to nearby organs.
2) Daily image guidance that enables adjustment of targets to account for changes in patient anatomy and tumor size during treatment.
3) Delivery of simultaneous integrated boosts to multiple tumor sites.
This document discusses various modern radiation therapy techniques including IMRT, IGRT, MVCBCT, and KVCBCT. It provides background on 2D and 3D conformal radiation therapy. IMRT uses intensity modulated beams and inverse planning to improve dose distribution. IGRT uses imaging before and during treatment for precise targeting. MVCBCT and KVCBCT provide volumetric imaging using megavoltage and kilovoltage sources, with KVCBCT offering better soft tissue contrast. Errors in patient positioning can be detected and corrected using these image-guided techniques.
Final ICRU 62 ( International commission on radiation units and measurements)DrAyush Garg
The document discusses recommendations from reports by the International Commission on Radiation Units and Measurements (ICRU) for defining volumes used in radiation therapy planning and reporting. ICRU Report 62 provides additional details on volumes such as the internal target volume (ITV) and planning organ at risk volume (PRV), and introduces metrics like the conformity index. It also further classifies organs at risk as serial, parallel or serial-parallel based on their radiosensitivity.
Stereotactic body radiotherapy (SBRT) delivers high-dose radiation to tumors in a small number of fractions using high precision. For prostate SBRT, the target and organs at risk are contoured on planning CT. A dose of 35-38Gy in 5 fractions is used as primary treatment for low risk prostate cancer. Rigid image guidance and intrafraction monitoring are important to minimize setup errors. ExacTrac X-ray positioning co-registers X-rays with digitally reconstructed radiographs and corrects for rotational and translational deviations, achieving sub-millimeter accuracy. This allows safe dose escalation for prostate SBRT.
Palliation brain, spinal and bone metsDrAyush Garg
The document summarizes guidelines for palliation of brain, spinal cord, and bone metastases. It addresses epidemiology and clinical presentation of brain metastases and recommendations for various treatment approaches including whole brain radiation therapy, surgical resection, radiosurgery, chemotherapy, and management of recurrent metastases. It also covers prophylactic use of anticonvulsants and steroids. Key recommendations include that surgical resection plus WBRT is superior to WBRT alone for single brain metastases, and radiosurgery is effective for lesions under 3cm and not causing significant midline shift.
Motion in radiotherapy can negatively impact treatment by causing a mismatch between the intended and actual radiation dose delivered to the target and surrounding tissues. There are several sources of motion, including patient setup errors, breathing/coughing, and target deformation. Systematic errors are generally more detrimental than random errors as they consistently underdose parts of the target. Motion management techniques aim to limit motion and its effects. These include patient immobilization, multiple CT scans, robust treatment planning, gating radiotherapy to specific breathing phases, and asking patients to briefly hold their breath.
Step-by-Step Stereotactic Radiotherapy Planning of Vestibular Schwannoma: A G...Kanhu Charan
This document provides a step-by-step guide to stereotactic radiotherapy planning for vestibular schwannoma. It describes the case of a 40-year-old male patient presenting with symptoms of tinnitus, dizziness, and facial twitching. Imaging including CT and MRI confirmed a right-sided vestibular schwannoma. The tumor was graded and treatment options were discussed. The patient was planned for fractionated stereotactic radiotherapy to a dose of 25Gy in 5 fractions based on guidelines. The planning process is then described in detail, including CT simulation, MRI protocol, contouring of targets and organs at risk, plan evaluation criteria, and subsequent treatment.
This document discusses lung stereotactic body radiotherapy (SBRT) for the treatment of early stage non-small cell lung cancer (NSCLC). It covers treatment indications for SBRT, methods used to account for tumor motion including 4DCT planning and respiratory gating, treatment planning guidelines, evidence from studies showing high rates of local control and survival, and results from RTOG trials of SBRT for lung cancer. In particular, it highlights that SBRT achieves local control rates of 85-95% and overall survival rates of 50-95% at 3-5 years for early stage NSCLC.
DEBATE ON HIPPOCAMPAL SPARING IN WHOLE BRAIN RADIATION IN BRAIN METSKanhu Charan
The document discusses sparing the hippocampus during whole brain radiotherapy (WBRT) to prevent cognitive decline. The hippocampus is important for forming new memories. Studies like RTOG 0933 and RTOG 0614 found that hippocampal-avoidant WBRT reduced cognitive failure rates by 26% compared to traditional WBRT. However, concerns include the low risk of hippocampal metastases and cost of complex planning. Overall, the author argues that sparing the hippocampus is worthwhile given improved survival rates in cancer patients and recurring costs of cognitive impairment. Further research on sparing other structures is also recommended to take a more holistic approach to brain radiotherapy.
This document provides an overview of image-guided radiation therapy (IGRT) for lung cancer. It discusses the role of IGRT in managing tumor motion through techniques like breath hold methods, free breathing with gating or tracking, and 4D imaging. Segmentation of the tumor and organs at risk on 4D CT scans is covered. Dose fractionation schedules and biological effective dose calculations for hypofractionated stereotactic body radiation therapy are reviewed. Toxicities, outcomes, and challenges of IGRT in lung cancer are also mentioned.
ICRU 83 report on dose prescription in IMRTAnagha pachat
this slide is about the report 83 which is published by international commission for units and measurements on the topic dose prescription reporting and recording in intensity modulated radiation therapy . it is useful for personals and students in the field of radiation oncology.
This document provides information about total body irradiation (TBI). It discusses that TBI uses megavoltage photon beams to destroy the recipient's bone marrow and tumor cells prior to bone marrow transplantation. It is used to treat various diseases like leukemia, lymphoma, and multiple myeloma. TBI can be delivered at high or low doses, to half the body, or total nodes. Techniques include parallel opposed beams from linear accelerators or cobalt-60 machines. Dosimetry and in vivo dosimetry are important due to the large fields and difficulty achieving uniform dose. Complications can include sterility, secondary cancers, and growth issues.
This document discusses hemi body irradiation (HBI) technique used to treat metastatic cancer. HBI involves irradiating only the upper or lower half of the body using parallel opposed radiation fields. It has advantages over total body irradiation like smaller field size and less side effects. HBI is used to palliate widely metastatic disease and as adjuvant therapy for certain cancers. Potential complications include nausea, diarrhea, pneumonitis and hematological effects. The document also provides an overview of cancer registries in India, which systematically collect cancer data to help understand cancer patterns and guide control programs. Population-based and hospital-based registries use active and passive methods to collect data on cancer incidence, stages and survival.
TBI is the radiotherapy technique to irradiate whole body before doing stem cell transplant. The main purpose of doing TBIB is to condition the immune system of body so that there will be maximum chance of transplant acceptance.
Motion management strategies in radiation therapy aim to account for tumor movement during treatment. Key strategies include gating methods that deliver radiation only during specific respiratory phases, breath hold methods that immobilize tumors during deep inhalation or exhalation, tracking methods that follow tumor motion in real-time and adjust beam targeting accordingly, and encompassing methods that define larger target volumes to cover full respiratory excursion. No single approach is clearly superior, as appropriate management depends on tumor location, motion extent, and available technology. The goal of all motion management is to safely escalate dose to tumors while reducing dose to surrounding healthy tissues.
This document provides an overview of planning systems in radiotherapy and discusses various topics related to clinical treatment planning using computerized treatment planning systems. It begins with an introduction to the author and their experience with different treatment planning systems. It then covers definitions and concepts important for clinical treatment planning such as volumes, dose specifications, patient data acquisition, beam combinations, and dose statistics. The document also discusses virtual simulation, image fusion, treatment aids, oblique incidence corrections, and portal imaging. It provides details on the hardware, calculations algorithms, and commissioning of computerized treatment planning systems. In summary, the document offers a comprehensive review of clinical treatment planning processes and considerations for computerized treatment planning systems.
1. Podstawy planowania leczenia
w radioterapii
Część I: Tworzenie wirtualnego pacjenta
Tomasz Piotrowski1,2
1 Zakład Elektroradiologii, Wydz Nauk o Zdrowiu, Akademia Medyczna, Poznań
2 Zakład Fizyki Medycznej, Wielkopolskie Centrum Onkologii, Poznań
2. Radioterapia (Teleterapia)
1. Napromienianie zewnętrznymi źródłami promieniowania jonizującego
(akceleratory medyczne, bomby kobaltowe, …).
2. W zależności od zaawansowania choroby oraz stanu ogólnego pacjenta
radioterapię dzieli się na radykalną oraz paliatywną.
Radioterapia paliatywna
Cel: zmniejszenie bólu i polepszenie czynności
życiowych pacjenta.
Zastosowanie: bardzo zaawansowane procesy
chorobowe np. napromienianie przerzutów
do kości lub narządów wewnętrznych.
Radioterapia radykalna
Cel: wyleczenie pacjenta
Zastosowanie: mniejszy stopień zaawansowania
choroby (bez przerzutów odległych).
Podział: konformalna, nie konformalna.
3. Radioterapia radykalna
Terapia konformalna
Zastosowanie: pacjenci, dla których konieczne jest wykorzystanie
dodatkowych akcesoriów modyfikujących rozkład dawki w celu jej
jednorodnego rozkładu w obszarach:
1. Napromienianej zmiany nowotworowej.
(obszary napromieniania: PTV, CTV, GTV)
2. Ochrony narządów i struktur zdrowych znajdujących się w pobliżu guza.
(narządy krytyczne, OAR – organ at risk)
Warunki konieczne (dodatkowe):
1. Wykonanie przekrojów poprzecznych pacjenta (skanów) na tomografie
komputerowym (konieczność), MR (opcja), PET (opcja).
2. Wizualizacja obszaru napromieniania i narządów krytycznych oraz
umożliwienie opracowania planu leczenia na komputerowych systemach
planowania leczenia (TPS - treatment planning system)
Przykłady radioterapii konformalnej (koplanarnej i niekoplanarnarnej):
3DCRT, IMRT, IGRT, Cone Beam (adaptative) radiotherapy, radioterapia
stereotaktyczna
4. Radioterapia radykalna
Terapia nie konformalna
Zastosowanie: nieskomplikowane lokalizacje zmiany
nowotworowej, dla których proces przygotowania do
radioterapii nie wymaga dużej ilości skanów (dokładna
wizualizacja obszaru napromieniania i OAR) na TPS
i opiera się głównie na wyznaczeniu pól terapeutycznych
przez lekarza na symulatorze RTG.
We wszystkich przypadkach radioterapii radykalnej konieczne jest precyzyjne
unieruchomienie pacjenta w celu zapewnienia jak największej odtwarzalności
leczenia.
Przykłady akcesoriów unieruchamiających:
6. Gabinet lekarski
1. Kwalifikacja pacjenta
2. Wybór metody leczenia (radykalna, nieradykalna) uwarunkowany lokalizacją
oraz rodzajem nowotworu.
Podstawowe lokalizacje zmiany nowotworowej:
a/ obszar mózgowia, b/ obszar głowy i szyi, c/ płuca, d/ klatka piersiowa,
e/ miednica mniejsza, f/ inne.
3. Opracowanie strategii terapeutycznej:
a/ sposób unieruchomienia, b/ decyzje dotyczące sposobu frakcjonowania
dawki, geometrii napromieniania oraz przebiegu leczenia
(wybrane schematy frakcjonowania, geometria napromieniania, metody
dystrybucji dawki: Część II wykładu)
W radioterapii obowiązuje zasada wyboru takiego sposobu frakcjonacji dawki
promieniowania, który stwarza dla indywidualnego chorego największą
szansę miejscowego wyleczenia guza nowotworowego i równocześnie wiąże
się z najniższym ryzykiem odczynu popromiennego tkanek zdrowych. Zarówno
szansa miejscowego wyleczenia guza jak i ryzyko powikłań popromiennych są
szacowane na podstawie badań klinicznych i zależą od szeregu czynników
biologicznych guza i zdrowych tkanek oraz od fizycznych i technicznych
parametrów frakcjonowanego napromieniania.
7. Kwantyfikacja obszaru napromieniania
1. GTV (gross tumor volume):
obszar litego guza określonego w trakcie badań diagnostycznych
2. CTV (clinical target volume):
obszar litego guza powiększony o objętość subklinicznego rozsiewu guza
nowotworowego.
Obszar subkliniczny rozsiewu:
- nie można stwierdzić istnienia
litego guza,
- prawdopodobieństwo występowania
pojedynczych komórek zmienionych
nowotworowo jest bardzo wysokie.
3. PTV (planning target volume):
planowany obszar napromieniania
w którym należy zawrzeć:
- GTV + CTV lub sam CTV w przypadku braku GTV
- obszar ruchomości własnej (miomowolnej) CTV: IM (internal margin)
- dodatkowy obszar uwzględniający potencjalny błąd ułożenia pacjenta na
aparacie – SM (setup margin) (określanie, weryfikacja oraz dopuszczalne
wartości IM, SM: Część III wykładu)
8. Narządy krytyczne
1. Podział na cztery podstawowe grupy:
a/ narządy szeregowe proste (np. rdzeń kręgowy)
b/ narządy równoległe proste (np. płuca)
c/ narządy o hierarchii podzespołowej - szeregowo-równoległe (np. serce)
d/ struktury mieszane (np. nefron)
9. Dwie strony medalu: TCP i NTCP
1. TCP (tumor control probability) – zależność prawdopodobieństwa wyleczenia
od wartości i sposobu (frakcjonowanie) podania dawki promieniowania
jonizującego.
Szereg modeli radiobiologicznych spośród których należy wymienić:
- model oparty na rozkładzie Poissona, Munro & Gilbert [6], „podwaliny” modelu
liniowo-kwadratowego opisującego zależność „dawka-odpowiedź”
TCP = exp[-Noexp(-αD-βDd)]
- model logistyczny, model analityczno-matematyczny,
brak prostej interpretacji radiobiologicznej
TCP = exp(u)/[1+exp(u)]
u=a0+a1D+a2Dd+….
2. NTCP (normal tissue complication probability)
prawdopodobieństwo powikłań w tkankach
zdrowych.
Modele opisujące narządy:
- szeregowe
- równoległe
10. Źródło podstawowych informacji o anatomii
pacjenta, wykorzystywanych w planowaniu RT
1. Tomografia komputerowa (CT)
podstawowa metoda wizualizacji anatomii pacjenta, wykorzystywana w
procesie komputerowego planowania leczenia (TPS) w radioterapii.
Podstawowy argument:
ścisła zależność pomiędzy wartościami skali szarości [HU] i gęstościami
(dla pikseli „czystych” skanów CT bez kontrastu) - uwzględniana w trakcie
obliczeń dawek.
Niedoskonałości metody:
- niezadowalająca wizualizacja
struktur anatomicznych o zbliżonych
gęstościach (tkanki miękkie).
- brak informacji o metabolizmie
guza i tkanek zdrowych.
11. Źródła dodatkowych informacji o anatomii
pacjenta, wykorzystywanych w planowaniu RT
1. Rezonans magnetyczny (NMR)
szczegółowe informacje o anatomii tkanek miękkich poprzez
pomiar sygnału NMR jąder wodoru umieszczonych w silnym polu
magnetycznym, naświetlanych falą elektromagnetyczną o częstości
odpowiadającej częstości precesji Larmora tych jąder.
2. Tomografie emisyjne (PET, SPECT)
wizualizacja metabolizmu guza możliwa dzięki pomiarowi lokalnego
wchłaniania substancji znakowanej radionuklidem (np. tlenu, glukozy,
aminokwasów) poprzez detekcję produktów rozpadu promieniotwórczego
(PET: β+, SPECT: γ).
3. Dodatkowe CT z kontrastem
szczegółowe informacje anatomiczne dotyczące wybranych struktur
(rozmiary, kształt oraz lokalizacja i orientacja przestrzenna) poprzez badanie
CT ze środkiem kontrastującym ( uropolina - pęcherz, baryt - odbytnica).
12. Idea tworzenia obrazów tomograficznych
Wyznaczenie dwuwymiarowego (2D) lub trójwymiarowego (3D)
rozkładu wybranej wielkości fizycznej na podstawie serii
jednowymiarowych (1D) pomiarów
1. Promieniowania X (CT)
mapa współczynników osłabienia promieniowania X
2. Rezonansu magnetycznego (NMR)
rozkład np. gęstości lub czasów relaksacji protonów
3. Pozytonowa tomografia emisyjna (PET)
rozkład aktywności izotopu β+- promieniotwórczego
4. Emisyjna tomografia komp. pojedynczych fotonów (SPECT)
rozkład aktywności izotopu γ - promieniotwórczego
Rozkłady 2D i 3D – wyznaczone na podstawie algorytmów opartych na
identycznych założeniach
13. Idea tworzenia obrazów tomograficznych (CT)
1. Układ pomiarowy: lampa rtg + detektor
2. Wiązka promieniowania
- monoenergetyczna i skolimowana
- parametry: h (grubość warstwy), w (podstawa)
3. Sekwencja pomiaru CT
a. pomiar I ->przesunięcie o w (n powtórzeń)
b. przesunięcie całego układu o kąt φ
c. powtórzenie procedury (a)
14. Idea tworzenia obrazów tomograficznych (CT)
1. Liniowy współczynnik osłabienia µ - funkcja 2D w układzie pacjenta (x,y)
3. Układ lampa-detektor: (t,s)
t = xcosφ + ysinφ
s = -xsinφ + ycosφ
4. Sekwencja pomiarowa:
wykonanie n pomiarów dla
różnych wartości t (krok co w)
przy ustalonym kącie φ
5. Wartość natężenia I(φ, t) :
PROJEKCJA µ (transformacja Radona µ)
15. Idea tworzenia obrazów tomograficznych (CT)
Dyskretna postać funkcji ciągłych:
- projekcji µ: p(φ,t)
- liniowego współczynnika osłabienia: µ(x,y)
Podział obiektu na N = n x n kwadratowych
elementów – pixeli. µ(x,y) stałe w obrębie pixela
wjk - współczynnik
wagowy dla j-tej projekcji
k-tego pixela
Metody rekonstrukcji obrazu tomograficznego:
iteracyjne, wstecznej projekcji, trans. Fouriera
16. Idea fuzji obrazów tomograficznych
Nałożenie dwóch obrazów
tomograficznych o zbliżonych
koordynatach przestrzennych
przedstawiających ten sam obszar
CT MR
Geometria: 2D-2D, 3D-3D, 2D-3D
Podstawowe transformacje:
sztywne proste i złożone,
projekcyjne, krzywoliniowe Transformacja
przy użyciu wybranego algorytmu
Działanie algorytmów
wykorzystywanych w procesie
fuzji obrazów: manualne,
automatyczne, pół-automatyczne
FUZJA
Anglojęzyczne określenia fuzji
(nakładania) obrazów:
registration, fusion, matching,
merge, superimposition
17. Fuzja – metody transformacji
Klasyfikacja metod transformacji według możliwych operacji przeprowadzanych
na nakładanym obrazie:
1. Sztywne proste (rigid)
- przesunięcia, rotacja
2. Sztywne złożone (affine)
- przesunięcia, rotacja
- skalowanie, docinanie
3. Projekcyjne (projective)
- przesunięcia, rotacja
- skalowanie, docinanie
- skalowanie perspektywiczne
4. Krzywoliniowe (curved)
- krzywoliniowa deformacja
pikseli obrazu nakładanego
względem podstawowego
18. Fuzja – metody transformacji
Przykład – „matematyka transformacji” rigid i affine (rotacja i przesunięcie):
yi=aijxj
Parametry: yi –przed przesunięciem, xi –przed przesunięciem
r – rotacja, t – przesunięcie
19. Fuzja – podstawowe algorytmy matematyczne
Klasyfikacja algorytmów matematycznych na podstawie wykorzystanej metody
transformacji:
1. Transformacje sztywne (rigid, affine):
- metoda punktów odwzorowań (landmark based);
- dopasowanie konturów / wybranych
powierzchni (segmentation based); wykorzystywane
- dopasowanie na podstawie własności w radioterapii
pikseli / wokseli (voxel based);
- na podstawie DICOM lub manualne.
2. Transformacje krzywoliniowe (curved) i projekcyjne (projective):
- metody elastycznego dopasowania pikseli / wokseli
- metody perspektywicznego zniekształcania pikseli / wokseli
20. Fuzja (algorytmy) – punkty odwzorowań
1. Określenie charakterystycznych punktów na obrazie
pierwszym (podstawowym – CT) i odwzorowanie ich na
obrazie drugim (nakładanym – MR, PET, CT + kontrast).
2. Lokalizacja punktów odwzorowań:
- zewnętrzne (extrinsic) – markery / uchwyty
unieruchamiające zlokalizowane poza ciałem pacjenta,
- wewnętrzne (intrinsic) – charakterystyczne struktury
anatomiczne ciała pacjenta.
3. Automatyczne dopasowanie obrazów (przesunięcie, rotacja,
skalowanie) na podstawie punktów (superpozycja).
4. Automatyczne (komputerowe, na podstawie analizy
numerycznej) określenie maksymalnej i średniej różnicy
przesunięcia i rotacji punktów względem siebie.
5. Akceptacja lub korekcja (zmiana lokalizacji pkt) fuzji obrazów.
21.
22.
23.
24.
25. Fuzja (algorytmy) – dopasowanie konturów
1. Komputerowa filtracja (wyodrębnienie):
- krawędzi – granica pomiędzy dwoma strukturami
różniącymi się znacząco gęstościami np.
kość - tkanka miękka, tkanka miękka - powietrze),
- wybranych struktur anatomicznych (np. kości).
2. Automatyczne dopasowanie wyodrębnionych
struktur/krawędzi (przesunięcie, rotacja, skalowanie).
3. Podstawowe metody numeryczne:
- algorytm „Head and Hat” – wyszukuje najbardziej optymalną metodę
dopasowania, do obrazu podstawowego (Head), obrazu nakładanego (Hat).
Metoda działania podobna do punktów odwzorowań jednak liczba
porównywanych punktów w obszarze struktur/krawędzi (ustalonych w
trakcie próbkowania jest zdecydowanie większa)
- algorytm ICP (Iterative closest point) – dopasowanie iteracyjne odbywające
się na podstawie porównania parametrów najbliższych punktów na
obrazach podstawowym i nakładanym do momentu uzyskania najlepszej
zgodności pomiędzy obrazami.
26.
27. Fuzja (algorytmy) – dopasowanie piksel/woksel
1. Porównanie wartości skali szarości zawartej w każdym wokselu / pikselu w
celu jak najlepszego dopasowania obrazu nakładanego do podstawowego.
2. Najczęściej wykorzystywane metody numeryczne – metody korelacyjne
28.
29.
30.
31.
32.
33. Fuzja (algorytmy) – DICOM, manualne
1. Korzystanie z informacji
zawartych w pliku DICOM tj:
- lokalizacja i orientacja
przestrzenna,
- rozmiar okna (wielkość
wizualizowanego obszaru np.
512x512 pikseli)
- rozmiar piksela / woksela
(informacje o skali).
2. Nie uwzględnianie informacji
dotyczących kształtu, struktur
anatomicznych, skali szarości.
3. Możliwość manualnej korekcji
pliku wynikowego (przesunięcie,
rotacja)
39. Fuzja – metody optymalizacji
Większość specjalistycznych programów wykorzystywanych w procesie fuzji
obrazów wyposażona jest w dodatkowe metody optymalizujące automatyczny
bądź pół automatyczny proces nakładania obrazów.
Podstawowymi przesłankami stosowania dodatkowych procedur
optymalizacyjnych są:
- skrócenie czasu obliczeń numerycznych,
- korekcja pliku wynikowego fuzji zwiększająca dopasowanie obrazów.
Najczęściej stosowanymi procedurami optymalizacyjnymi są:
- metoda Powella,
- metoda Downhill Simplex,
- metoda Brendta,
- metoda Levenberga-Marquardta,
- iteracja Newtona-Raphsona
- metoda wyszukiwania stochastycznego.
40. Fuzja – sposoby prezentacji obrazów
metoda „szachownicy” lub podziału przezroczystość obrazu nakładanego
koloryzacja obrazu nakładanego metoda „spy glass” (przezroczystej lupy)
41. Symulacja leczenia
WSTĘPNA SYMULACJA:
1/ zlokalizowanie i określenie rozmiarów obszaru napromieniania oraz
narządów krytycznych
2/ określenie wstępnej geometrii promieniowania (ilość, wielkość, kształt i
pozycja pól terapeutycznych),
SYMULACJA WERYFIKACYJNA (Szczegółowy opis – Część III wykładu):
1/ weryfikacja zaprojektowanego na TPS planu leczenia
2/ wykonanie tatuażu na skórze pacjenta (masce) dla każdego z pól w celu
późniejszej odtwarzalności na aparacie terapeutycznym,
3/ wykonanie zdjęć rtg w celu późniejszego porównania ich z komputerowymi
rekonstrukcjami wykonanymi na TPS (DRR, digital reconstructed radiograph)
oraz ze zdjęciami wykonanymi na aparacie terapeutycznym.
Wyróżnia się dwie metody symulacji – klasyczną oraz wirtualną
42. Symulacja leczenia
SYMULACJA KLASYCZNA:
1/ symulator RTG:
- Aparat wyposażony w lampę rentgenowską oraz układ detektorów
rejestrujących różnice osłabienia promieniowania rentgenowskiego
przenikającego przez ciało pacjenta.
- Umożliwia odwzorowanie wszystkich możliwych ustawień geometrii
promieniowania aparatu terapeutycznego – począwszy od obrotu głowicy,
poprzez obrót kolimatora do zmiany rozmiaru pól i odległości pomiędzy źródłem
promieniowania a pacjentem (SSD, skin source distance).
- Pacjent układany jest na stole symulacyjnym będący odpowiednikiem stołu
terapeutycznego.
- Przed wykonaniem zdjęcia symulacyjnego weryfikuje się ułożenie pacjenta za
pomocą symulacji świetlnej odwzorowującej kształt pola na skórze, weryfikując
odległość SSD oraz położenie pacjenta w stosunku do punktu przecięcia się
trzech prostopadłych do siebie wiązek laserowych (odległość od źródła do tego
punktu jest zawsze równa jednej określonej wartości, punkt ten określamy
mianem izocentrum).
43. Symulacja leczenia
SYMULACJA WIRTUALNA:
1/ Pracownia TK.
- Odbywa się ona na zrekonstruowanym przez komputer (na podstawie skanów
TK) trójwymiarowym obszarze ciała pacjenta (3D).
- W zrekonstruowanym obszarze 3D określa się obszar napromieniania oraz
narządy krytyczne.
- W celu lepszego zobrazowania wybranych struktur możliwe jest zastosowanie
filtrów graficznych. Podstawowymi filtrami stosowanymi w VS są: 1/ filtr dla
tkanki kostnej, 2/ powietrza, 3/ tkanek miękkich oraz 4/ filtr mieszany.
- Następnie, dobiera się geometrię oraz ilość planowanych pól
terapeutycznych.
- Dla każdego z pól możliwe jest utworzenie obrazu DRR.
- Dane dotyczące pól wysyłane są do systemu laserów odwzorowujących ich
kształt na skórze pacjenta.
44. Obrysowywanie obszaru napromieniania i OAR
„Czysty” skan TK jest interpretowany przez TPS jako zwykłe zdjęcie, czyli zbiór
pikseli. Podobnie interpretowana jest rekonstrukcja 3D – jako zbiór voxeli.
Dlatego też należy określić powierzchnię na skanie bądź obszar rekonstrukcji
3D, w którym kalkulowany będzie rozkład dawki promieniowania. Obszarem
takim jest ciało pacjenta.
[2,2,2] [1,2,2]
Po określeniu obszaru
kalkulacji dawki należy określić [2,2,1] [2,1,2]
[1,2,1] [1,1,2]
Skan 2
w nim obszar napromieniania
[2,1,1] [1,1,1]
oraz OAR. Skan 1
Najczęstszymi narządami / strukturami krytycznymi są:
1/ dla obszaru mózgowia – skrzyżowanie nerwów wzrokowych, gałki oczne lub/i
soczewki oczu, pień mózgu, zdrowa część mózgu; 2/ dla obszaru głowy i szyi –
rdzeń kręgowy, pień mózgu lub/i podstawa czaszki, gałki oczne lub/i soczewki
oczu, ślinianka przyuszna, staw skroniowo-żuchwowy, krtań, skóra; 3/ dla płuc
– płuca, serce, rdzeń kręgowy; 4/ dla obszaru klatki piersiowej – płuca, skóra;
5/ dla obszaru miednicy/brzucha – odbytnica, pęcherz, głowa kości udowej,
jelita, nerki, wątroba, rdzeń kręgowy, śledziona.
Każdy z wymienionych narządów może być w przypadku zajęcia przez komórki
nowotworowe także obszarem napromieniania.
45. Metody obrysowywania
1/ Ręczna - obrysowywanie „od punktu do punktu” bądź metodą free hand
(znane w większości programów do grafiki wektorowej).
2/ Pół automatyczna - w celu rozpoczęcia obrysowywania pół automatycznego
definiuje się jeden punkt (piksel) znajdujący się na wybranym skanie, poza
ciałem chorego (w przypadku obrysowywania ciała) bądź wewnątrz wybranej
struktury (w przypadku obrysowywania narządów / struktur wewnętrznych).
Algorytm odpowiedzialny za obrysowywanie rozpoczyna przeszukiwanie w linii
poziomej, pixeli różniących się
znacząco pomiędzy sobą wartością wyszukiwanie dwóch pixeli różniących
się pomiędzy sobą wartością
zaczernienia mierzonej w [jH]. zaczernienia
W przypadku znalezienia dwóch
takich pikseli rozpoczyna się
proces obrysowywania, który
kontynuowany jest do momentu początkowy
pixel rozpoczęcie
zamknięcia się konturu bądź konturowania
zdefiniowania przez użytkownika kolejnego punktu.
3/ Automatyczna („selekcji podobnych pixeli”) - opiera się na predefiniowalnych
wartościach zaczernienia poszczególnych narządów wyrażonej w [jH]. Na
przykład chcąc zobrazować tkankę kostną zbitą określamy zakres wartości
zaczernienia od +800 jH do +1000 jH. Algorytm odpowiedzialny za selekcję
przeszukuje wszystkie pixele wybierając te, które spełniają powyższy warunek.
47. Literatura uzupełniająca
1. Piotrowski T, Skrobała A, Jodda A, Malicki J. Wybrane zagadnienia dotyczące
planowania leczenia w radioterapii. Skrypt dla studentów.
2. Ekberg L, Holmberg O, Wittgren L, Bjelkengren G, Landberg T. What margins should
be added to the Clinical Target Volume in radiotherapy treatment planning for lung
cancer?, Radiat.Oncol. 1998, 48, 71- 77.
3. Källman P, Agren A, Brahme A. Tumor and normal tissue responses to fractionated
non uniform dose delivery, Int.J.Radiat.Oncol.Biol.Phys. 1992, 62, 249-262.
4. Leunens G, Menten J, Weltens C, Verstraete J, Vanderschueren E. Quality
assessment of medical decision making in radiation oncology: variability in target volume
delineation for brain tumors, Radiother.Oncol. 1993, 29, 169-175.
5. Withers HR, Taylor JMG, Maciejewski B. Treatment volume and tissue tolerance,
Int.J.Radiat.Oncol.Biol.Phys.1988, 59, 751-759
6. Munro TR, Gilbert CW. The relation between tumour lethal doses and the
radiosensitivity of tumour cells. Br J Radiol 1961, 34, 246-51
48. Literatura uzupełniająca
7. Steel GG. Basic Clinical Radiobiology. Arnold, London 1997
8. Swayne LC, Kaplan IL. Image Fusion in Medicine: An Overview using the CT-SPECT
Model. J Nucl Med 1989;17:31-35
9. M. van Herk and H. M. Kooy, Automatic three-dimensional correlation of CT-CT, CT-
MRI, and CT-SPECT using chamfer matching, Med. Phys. 21, 1163–1178 (1994)
10. J. B. Maintz and M. A. Viergever, "A survey of medical image registration," Med.
Image Anal, 2, 1–36 (1998).
11. J. G. Rosenman, E. P. Miller, G. Tracton, and T. J. Cullip, Image registration: an
essential part of radiation therapy treatment planning, Int. J. Radiat. Oncol., Biol., Phys.
40, 197–205 (1998).
12. Pruszyński B, Diagnostyka obrazowa, podstawy teoretyczne i metodyka badań,
PZWL, Warszawa 2000
13. Khan FM, Potish RA. Treatment Planning in Radiation Oncology. Lippincott
Williams&Wilkins, New York 1998
49. Ćwiczenia do części I wykładu
Podział na trzy grupy
Pacjent - fantom anatomiczny RANDO Alderson
Modelarnia, Tomograf Komputerowy, System Planowania Leczenia
Ćw 1. Zapoznanie się z akcesoriami unieruchamiającymi, wykonanie maski
unieruchamiającej - obszar głowy i szyi (45 min)
Przygotowanie skanów TK pacjenta: a/ Obszar głowy i szyi, b/ Obszar
płuc, c/ Obszar miednicy (30 min)
Ćw 2. Fuzja obrazów: a/ metody punktów odwzorowań, dopasowania pikseli –
TPS Eclipse, b/ dopasowanie konturów – TPS BrainLab (75 min)
Ćw 3. Tworzenie bryły 3D na podstawie skanów komputerowych (15 min)
Obrysowywanie OAR i obszaru napromieniania (60 min)