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Physique/CAL 2012-20131 Rth de haute technicité 1- La RCMI S. Marcié Unité de Physique Centre Antoine-Lacassagne (CAL) Nice.

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1 Physique/CAL Rth de haute technicité 1- La RCMI S. Marcié Unité de Physique Centre Antoine-Lacassagne (CAL) Nice

2 Physique/CAL Historique Pourquoi cette technique ? Pourquoi cette technique ? Pourquoi maintenant ? Pourquoi maintenant ? –Multilames (depuis 10 ans), –Pilotage des accélérateurs, –Puissance des systèmes de calcul

3 Physique/CAL

4 4

5

6 x2

7 Physique/CAL Méthodes Statique dite « step and shoot » Statique dite « step and shoot » Dynamique dite « sliding windows » ou dynamique Dynamique dite « sliding windows » ou dynamique Arcthérapie modulée Arcthérapie modulée

8 Physique/CAL Matériels Accélérateur avec collimateur multilames, Accélérateur avec collimateur multilames, Système de calcul avec logiciel inverse, Système de calcul avec logiciel inverse, Moyens de contrôle de qualité Moyens de contrôle de qualité

9 Physique/CAL

10 10

11 Physique/CAL Le collimateur multilames du Primus

12 Physique/CAL Several MLC

13 Physique/CAL Several MLC MLC Y backup jaw X ELEKTA replacement Of the upper jaw SIEMENS replacement of the inferior jaw - Arc movement- VARIAN additionnal collimator MLC jaw Y MLC jaw Y jaw X C.Mubata, SFPH Tours 99)

14 Physique/CAL

15 Physique/CAL

16 Physique/CAL

17 Physique/CAL

18 Physique/CAL

19 Physique/CAL

20 Physique/CAL

21 Physique/CAL

22 Physique/CAL

23 Physique/CAL Les collimateurs multilames Contrôles de qualité

24 Physique/CAL MLC and IMRT: "overtravel" axis Intensity levels Profiles (Step-Shoot) 4 segments and 3 levels Leaves displacement right left

25 Physique/CAL MLC and IMRT: "overtravel" Complex profiles => "overtravel" about 1/2 width of the max field Complex profiles => "overtravel" about 1/2 width of the max field Dynamic mode

26 Physique/CAL MLC and IMRT: leaves width Study of the homogeneity and the % dose in OAR in IMRT (Shepard et al., Med.phys ) e => better homogeneity in the target, dose reduction in OAR

27 Physique/CAL MLC and IMRT: leakage / transmission In Step and Shoot, segments number: In Step and Shoot, segments number: In SS, MU number x 3 / 3DCRT => leakage and transmission x 3 In SS, MU number x 3 / 3DCRT => leakage and transmission x 3 => Transmission /leakage MLC Transmission /leakage MLC < 2% (IEC , 1998) If transmission MLC of 1%: T totale = 9 seg x10 MU x1% = 0.9 UM = 1,8% total dose UM

28 Physique/CAL MLC and IMRT: leakage / transmission In SW, during irradiation, each field point has more time under the MLC : about 4 to 6% of the total dose totale isdue to the transmission In SW, during irradiation, each field point has more time under the MLC : about 4 to 6% of the total dose totale isdue to the transmission => better modelisation by the TPS

29 Physique/CAL MLC and IMRT: geometry (1) The segmentation algorithm suppose the independance of adjacent leaves => the MLC must at minimum be focused in the direction of adjacent leaves The segmentation algorithm suppose the independance of adjacent leaves => the MLC must at minimum be focused in the direction of adjacent leaves Idealy, the MLC is also focused in the direction of opposite leaves Idealy, the MLC is also focused in the direction of opposite leaves MLC double focused

30 Physique/CAL MLC and IMRT: geometry (2) non focused leaves and rounds (cste penombra) : non focused leaves and rounds (cste penombra) : - Variation of the transmission along the leaf (=> offset of 1 mm) - Correspondance light/irradied field ? => corrections (files/offset) LoSasso et al., Med. Phys. (25) 1998 Offset de 1mm

31 Physique/CAL Effet « tongue and groove » ou tenon- mortaise

32 Physique/CAL MLC and IMRT: geometry (3) 50% tongue groove 1st segment 2nd segment Under-dosage Shape "tongue-and-groove" of adjacent leaves ( to limite leakages ) gives an under- dosage at the junction Shape "tongue-and-groove" of adjacent leaves ( to limite leakages ) gives an under- dosage at the junction => the segmentation can avoid this effect

33 Physique/CAL MLC and IMRT: accuracy of leaves Static mode: Static mode: –Superposition of segments => lines of junction on the edges of segments –Accuracy of the positioning => affects the dose distribution on the field edges –Variation of "Output Factor" OF for small fields => influence on the dose/ small segment

34 Physique/CAL MLC : accuracy of leaves (SS) B. Rhein, DKFZ, Heidelberg => Step-and-shoot: MLC accuracy 1cm)

35 Physique/CAL Multileaf collimator

36 Physique/CAL MLC and IMRT: accuracy of leaves Dynamic mode: Dynamic mode: – Positioning errors of leaves => errors on the dose over the field gap Prescribed position Real position Real dose different From prescribed dose

37 Physique/CAL MLC and IMRT: leaves position => dynamic: accuracy MLC < 0.2 mm LoSasso et al., Med. Phys. (25) 1998 gap Tolerance on the leaf position

38 Physique/CAL "classics" tests in 3DCRT: "classics" tests in 3DCRT: –Perpendicularity of leaves –Rotation axis of MLC, of gantry –Penumbra –Gravity effect –... MLC: quality control MLC: quality control

39 Physique/CAL Leakage and transmission 10 cm On Primus Ratio dose under the MLC closed, dose for a 10x10 cm² field at the reference depth (film, chamber) - tolerance: 2% - Once a year

40 Physique/CAL in plane (mm) Dose for 1200 UM Profile axis Influence on dose profile of misalignment of some leaf Ideal profile Measured profile

41 Physique/CAL x 40 cm² Dose Distance (mm) 100% 50% Example of DKFZ, Siemens Example of DKFZ, Siemens - tolerance +/- 1mm in SS - once a month On Primus Leaves calibration (SS)

42 Physique/CAL Real/prescribed position (SS) Superposition of 2 x1/2 fields (junction line ) Superposition of 2 x1/2 fields (junction line ) - tolerance +/- 1mm in SS - twice a week Prescribed position On Primus

43 Physique/CAL fields of 0,4 x 40 cm² at different axis distances 5 fields of 0,4 x 40 cm² at different axis distances - The leaves must be aligned - The leaves must be aligned - The 5 lines must have the same width - Twice a week 0.4 x 40 cm² On Primus Accuracy of leaves position (SS)

44 Physique/CAL mm mm mm mm Volontaries errors LoSasso et al., Med. Phys. (25) 1998 "Continous stripe test": "Continous stripe test": To verify the leaves position, the speed, the acceleration /deceleration To verify the leaves position, the speed, the acceleration /deceleration- - if v=cste => uniform dose - twice a week Quality control of the MLC (SW) position UM 1 mm Lame gauche Lame droite

45 Physique/CAL LoSasso et al., Med. Phys. (23) 1996 Speed stability Speed stability The adjacent leaves move at different speeds but cste => bands of different but uniform intensities The adjacent leaves move at different speeds but cste => bands of different but uniform intensities - uniform dose profiles if speed is stable Quality control of MLC (SW) position MU Left leaf Right leaf N°1 N°2 N°3 N°2 N°1

46 Physique/CAL Sliding window: Sliding window: To verify the gravity effect + position + speed + acceleration To verify the gravity effect + position + speed + acceleration For 4 angles of the gantry, a field of 0,5 x 25 cm² move uniformly For 4 angles of the gantry, a field of 0,5 x 25 cm² move uniformly - the dose and the dose profiles must be uniform for the 4 positions Quality control of MLC (SW) LoSasso et al., Med. Phys. (25) 1998 Stop of leaves can be previous (effect of the acceleration and deceleration) Acceleration effect

47 Physique/CAL Autres points

48 Physique/CAL Small number of MU - Small number of MU : flatness, symetry, dose = f(MU) On Primus

49 Physique/CAL Dosimetry of Small Monitor Unit Segments in IMRT Delivery Deviation from Mean Dose for 30 Fraction Segment for 1 MU. Deviation from Mean Dose for 20 Fraction Segment for 2 MU. Deviation approaches 5) MU Courtesy by Fox Chase Cancer Center, Philadelphia

50 Physique/CAL Verification of homogeneity and symmetry of LOW MU Beam Flatness (PRIMUS): % (in-plane) % (cross-plane) Symmetry: % (in-plane) % (cross-plane) Results for 1-10 MU Courtesy by Fox Chase Cancer Center, Philadelphia

51 Physique/CAL Mean width (cm), Gantry 270° Mean width (cm), Gantry 90° Mean witdh (cm), Gantry 0° Axis distance (cm) Experience du CAL : positions des lames pour différentes positions du bras

52 Physique/CAL Others problems Rawlinson et alii Medical Physics 29, 2002 Activation Dark current radiation in step and shoot This effect has been studied for a Primus. The IPFN to PFN ratio will be > 0.8. Cheng et alii Medical Physics 29, 2002

53 Physique/CAL La RCMI : la planification inverse

54 Physique/CAL

55 Physique/CAL Planification inverse Définir des objectifs. Définir des objectifs. Obtenir la forme des faisceaux et leur poids. Obtenir la forme des faisceaux et leur poids. Eventuellement les angles des faisceaux. Eventuellement les angles des faisceaux.

56 Physique/CAL Parties Optimisation. Optimisation. Segmentation. Segmentation. Calcul de la dose. Calcul de la dose.

57 Physique/CAL Contraintes Sur le ou les volumes cibles. Sur le ou les volumes cibles. Sur les organes à risques. Sur les organes à risques. Poids de chacune des contraintes. Poids de chacune des contraintes. Exemples : dose minimale pour un VC, dose de prescription sur 95 % du volume, dose maximale. Exemples : dose minimale pour un VC, dose de prescription sur 95 % du volume, dose maximale. Exemples : dose moyenne sur 50 % du volume, dose maximale sur X % du volume. Exemples : dose moyenne sur 50 % du volume, dose maximale sur X % du volume.

58 Physique/CAL Exemple ORL 2 ou 3 PTV 54, 60, 66 à 70; 2 ou 3 PTV 54, 60, 66 à 70; 2 ou 3 CTV 54, 60, 66 à 70; 2 ou 3 CTV 54, 60, 66 à 70; Les 2 parotides; Les 2 parotides; La moelle et moelle +5; La moelle et moelle +5; Tronc cérébral et TC +5; Tronc cérébral et TC +5; Larynx; Larynx; Cavité buccale; Cavité buccale; Maxillaire; Maxillaire; peau.; peau.; Zones pour limiter doses hors de tous les volumes ci-dessus. Zones pour limiter doses hors de tous les volumes ci-dessus.

59 Physique/CAL Données Angles des faisceaux. Angles des faisceaux. Nombre de segments (statique). Nombre de segments (statique). Taille du segment le plus petit (statique). Taille du segment le plus petit (statique). Nombre dunités moniteur minimum. Nombre dunités moniteur minimum. Plusieurs ouvertures (statique). Plusieurs ouvertures (statique).

60 Physique/CAL Exemple

61 Physique/CAL

62 Physique/CAL Fonction objectif Respecter toutes les contraintes. Respecter toutes les contraintes. Sinon sen approcher mais donner priorité à quoi ?. Sinon sen approcher mais donner priorité à quoi ?. Problème des volumes superposés Problème des volumes superposés Problème des volumes près de la surface. Problème des volumes près de la surface.

63 Physique/CAL

64 Physique/CAL

65 Physique/CAL Segmentation Transformer une fluence (fonction continue) en positions des lames (fonction discontinue) Transformer une fluence (fonction continue) en positions des lames (fonction discontinue) Avec respect des contraintes de laccélérateur Avec respect des contraintes de laccélérateur Et de celles saisies par lopérateur Et de celles saisies par lopérateur Si résultat pas satisfaisant, recommencer. Si résultat pas satisfaisant, recommencer.

66 Physique/CAL Segmentation

67 Physique/CAL Double ouverture

68 Physique/CAL Ouvertures isolées

69 Physique/CAL Segment asymétrique et étroit

70 Physique/CAL Calcul de dose Au final, calcul de la dose Au final, calcul de la dose Avec algorithmes différents Avec algorithmes différents Avec matrice de maille plus fine Avec matrice de maille plus fine

71 Physique/CAL Phase dirradiation des RCMI Tous les segments senchaînent, Tous les segments senchaînent, Suivant les logiciels et les machines, la rotation du bras peut aussi senchaîner. Suivant les logiciels et les machines, la rotation du bras peut aussi senchaîner. Il y a donc juste à surveiller le patient et quil ny ait pas dobstacle sur la trajectoire du bras. Il y a donc juste à surveiller le patient et quil ny ait pas dobstacle sur la trajectoire du bras.

72 Physique/CAL Evolutions Optimisation de la position du bras Optimisation de la position du bras Optimisation directe des lames Optimisation directe des lames Arcthérapie modulée Arcthérapie modulée

73 Physique/CAL Applications principales LORL LORL La prostate (autorisée sil y a possibilité de faire un contrôle quotidien de la position de la prostate soit une imagerie portale tous les jours) La prostate (autorisée sil y a possibilité de faire un contrôle quotidien de la position de la prostate soit une imagerie portale tous les jours) Le pelvis Le pelvis En cas de récidives En cas de récidives Le sein, localisations cérébrales,…. Le sein, localisations cérébrales,….

74 Physique/CAL

75 Physique/CAL

76 Physique/CAL

77 Physique/CAL

78 Physique/CAL

79 Physique/CAL

80 Physique/CAL Physique/CAL


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