Rth de haute technicité 1- La RCMI

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

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

3 Physique/CAL

4 Physique/CAL

5

6 x2 x2 x2 x2

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

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

9 Physique/CAL

10 Physique/CAL

11 Le collimateur multilames
du Primus Physique/CAL

12 Several MLC Physique/CAL

13 additionnal collimator
Several MLC MLC jaw Y jaw Y jaw X Y backup MLC MLC jaw X ELEKTA replacement Of the upper jaw SIEMENS replacement of the inferior jaw - Arc movement- VARIAN additionnal collimator Physique/CAL 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 Les collimateurs multilames
Contrôles de qualité Physique/CAL

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

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

26 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 Physique/CAL

27 MLC and IMRT: leakage / transmission
In Step and Shoot, segments number: In SS, MU number x 3 / 3DCRT => leakage and transmission x 3 => Transmission /leakage MLC < 2% (IEC , 1998) UM If transmission MLC of 1%: Ttotale = 9 seg x10 MU x1% = 0.9 UM = 1,8% total dose 50 8 9 40 6 7 30 4 5 20 2 3 10 1 Physique/CAL

28 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 is due to the transmission => better modelisation by the TPS Physique/CAL

29 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 Idealy, the MLC is also focused in the direction of opposite leaves MLC double focused Physique/CAL

30 MLC and IMRT: geometry (2)
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) Offset de 1mm Physique/CAL LoSasso et al., Med. Phys. (25) 1998

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

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

33 MLC and IMRT: accuracy of leaves
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 Physique/CAL

34 MLC : accuracy of leaves (SS)
=> Step-and-shoot: MLC accuracy < 2 mm (field > 1cm) Physique/CAL B. Rhein, DKFZ, Heidelberg

35 Multileaf collimator Physique/CAL

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

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

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

39 Leakage and transmission
Ratio dose under the MLC closed, dose for a 10x10 cm² field at the reference depth (film, chamber) 1.5 1.0 0.5 2.0 10 cm On Primus - tolerance: 2% - Once a year Physique/CAL

40 Influence on dose profile of misalignment of some leaf
Dose for 1200 UM Profile axis Influence on dose profile of misalignment of some leaf -50 -40 -30 -20 -10 10 20 30 40 50 100 200 300 400 500 600 700 800 900 in plane (mm) Ideal profile Measured profile Physique/CAL

41 Leaves calibration (SS)
Example of DKFZ, Siemens - tolerance +/- 1mm in SS - once a month On Primus Dose 100% 50% Distance (mm) Physique/CAL 3 x 40 cm²

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

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

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

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

46 Quality control of MLC (SW)
Sliding window: To verify the gravity effect + position + speed + acceleration 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 Acceleration effect Stop of leaves can be previous (effect of the acceleration and deceleration) Physique/CAL LoSasso et al., Med. Phys. (25) 1998

47 Autres points Physique/CAL

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

49 Dosimetry of Small Monitor Unit Segments in IMRT Delivery
CLICK HERE TO ADD NARRATION SCRIPT Deviation from Mean Dose for 30 Fraction Segment for 1 MU. Deviation from Mean Dose for 20 Fraction Segment for 2 MU. Deviation approaches < 0.5% for higher (>5) MU Physique/CAL Courtesy by Fox Chase Cancer Center, Philadelphia 49

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

51 Experience du CAL : positions des lames pour différentes positions du bras
0.99 0.95 0.94 9.5 0.92 4.5 0.89 0.96 0.84 0.90 -5.5 0.91 0.86 -10.5 Mean width (cm), Gantry 270° Gantry 90° Mean witdh (cm), Gantry 0° Axis distance (cm) Physique/CAL

52 Others problems Activation Dark current radiation in step and shoot
Rawlinson et alii Medical Physics 29, 2002 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 Physique/CAL

53 La RCMI : la planification inverse
Physique/CAL

54 Physique/CAL

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

56 3 Parties Optimisation. Segmentation. Calcul de la dose.
Physique/CAL

57 Contraintes Sur le ou les volumes cibles. Sur les organes à risques.
Poids de chacune des contraintes. 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. Physique/CAL

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

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

60 Exemple 2 3 Physique/CAL

61 Physique/CAL

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

63 Physique/CAL

64 Physique/CAL

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

66 Segmentation Physique/CAL

67 Double ouverture Physique/CAL

68 Ouvertures isolées Physique/CAL

69 Segment asymétrique et étroit
Physique/CAL

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

71 Phase d’irradiation des RCMI
Tous les segments s’enchaînent, Suivant les logiciels et les machines, la rotation du bras peut aussi s’enchaîner. Il y a donc juste à surveiller le patient et qu’il n’y ait pas d’obstacle sur la trajectoire du bras. Physique/CAL

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

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

74 Physique/CAL

75 Physique/CAL

76 Physique/CAL

77 Physique/CAL

78 Physique/CAL

79 Physique/CAL

80 Physique/CAL Physique/CAL 80