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

2 Physique/CAL 2012- 20132Historique 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 2012- 20133

4 4

5

6 x2

7 Physique/CAL 2012- 20137 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 2012- 20138 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 2012- 20139

10 10

11 Physique/CAL 2012- 201311 Le collimateur multilames du Primus

12 Physique/CAL 2012- 201312 Several MLC

13 Physique/CAL 2012- 201313 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 2012- 201314

15 Physique/CAL 2012- 201315

16 Physique/CAL 2012- 201316

17 Physique/CAL 2012- 201317

18 Physique/CAL 2012- 201318

19 Physique/CAL 2012- 201319

20 Physique/CAL 2012- 201320

21 Physique/CAL 2012- 201321

22 Physique/CAL 2012- 201322

23 Physique/CAL 2012-201323 Les collimateurs multilames Contrôles de qualité

24 Physique/CAL 2012- 201324 MLC and IMRT: "overtravel" 1 2 3 4 axis Intensity levels Profiles (Step-Shoot) 4 segments and 3 levels Leaves displacement right left

25 Physique/CAL 2012- 201325 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 2012- 201326 MLC and IMRT: leaves width Study of the homogeneity and the % dose in OAR in IMRT (Shepard et al., Med.phys 26 1212-1221) e => better homogeneity in the target, dose reduction in OAR

27 Physique/CAL 2012- 201327 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 601-2-1, 1998) If transmission MLC of 1%: T totale = 9 seg x10 MU x1% = 0.9 UM = 1,8% total dose 1 23 4 67 89 UM 10 20 30 40 50 5

28 Physique/CAL 2012- 201328 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 2012- 201329 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 2012- 201330 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 2012- 201331 Effet « tongue and groove » ou tenon- mortaise

32 Physique/CAL 2012- 201332 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 2012- 201333 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 2012- 201334 MLC : accuracy of leaves (SS) B. Rhein, DKFZ, Heidelberg => Step-and-shoot: MLC accuracy 1cm)

35 Physique/CAL 2012- 201335 Multileaf collimator

36 Physique/CAL 2012- 201336 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 2012- 201337 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 2012- 201338 "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 2012- 201339 1.5 1.0 0.5 2.0 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 2012- 201340 -50-40-30-20-1001020304050 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 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 2012- 201341 3 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 2012- 201342 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 2012- 201343 5 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 2012- 201344 - 0.5 mm + 0.5 mm - 0.2 mm + 0.2 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 2012- 201345 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 2012- 201346 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 2012-201347 Autres points

48 Physique/CAL 2012- 201348 Small number of MU - Small number of MU : flatness, symetry, dose = f(MU) On Primus

49 Physique/CAL 2012- 201349 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 2012- 201350 Verification of homogeneity and symmetry of LOW MU Beam Flatness (PRIMUS): 1.48-1.78% (in-plane) 1.45-1.7% (cross-plane) Symmetry: 0.24-1.26% (in-plane) 0.53-1.08% (cross-plane) Results for 1-10 MU Courtesy by Fox Chase Cancer Center, Philadelphia

51 Physique/CAL 2012- 201351 0.990.950.949.5 0.950.92 4.5 0.950.890.920 0.960.840.90-5.5 0.910.860.92-10.5 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 2012- 201352 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 2012-201353 La RCMI : la planification inverse

54 Physique/CAL 2012- 201354

55 Physique/CAL 2012- 201355 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 2012- 201356 3 Parties Optimisation. Optimisation. Segmentation. Segmentation. Calcul de la dose. Calcul de la dose.

57 Physique/CAL 2012- 201357 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 2012- 201358 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 2012- 201359 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 2012- 201360 Exemple 222 322 322

61 Physique/CAL 2012- 201361

62 Physique/CAL 2012- 201362 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 2012- 201363

64 Physique/CAL 2012- 201364

65 Physique/CAL 2012- 201365 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 2012- 201366 Segmentation

67 Physique/CAL 2012- 201367 Double ouverture

68 Physique/CAL 2012- 201368 Ouvertures isolées

69 Physique/CAL 2012- 201369 Segment asymétrique et étroit

70 Physique/CAL 2012- 201370 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 2012- 201371 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 2012- 201372 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 2012- 201373 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 2012- 201374

75 Physique/CAL 2012- 201375

76 Physique/CAL 2012- 201376

77 Physique/CAL 2012- 201377

78 Physique/CAL 2012- 201378

79 Physique/CAL 2012- 201379

80 Physique/CAL 2012- 20138080 Physique/CAL 2012-2013


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