Segmental o step-and-shoot IMRT

Esistono varie tecniche per erogare la radiazione nella IMRT. Riporto un semplice elenco in inglese dal critical review:

Scanned photon and electron beam IMRT
Serial tomotherapy IMRT
Helical tomotherapy IMRT
Physical modulator (compensating filter) IMRT
Sliding window or dynamic MLC IMRT (DMLC-IMRT)
Step-and-shoot o stop-and-shoot o segmental MLC IMRT (SMLC-IMRT)
Intensity-modulated arc therapy
Robotic linear accelerator IMRT

La 5), 6) e 7) sono anche classificate come conventional MLC IMRT.

Per ora non spiegherò le varie tecniche ma parlerò solo della SMLC che è utilizzata dall’acceleratore del mio ospedale (il Synergy).
Nella tecnica segmental MLC si usano dei fasci con degli angoli fissi. Ogni fascio è suddiviso in sottofasci chiamati segmenti (subfields or segments). Ogni segmento ha una sua disposizione di lamelle e una sua fluenza di radiazione (ovvero, in linguaggio più specifico, eroga un certo numero di unità monitor).
Il numero di segmenti per ogni fascio è stabilito dal TPS al momento dell’ottimizzazione e risulta variabile (spesso da 5 a 10). La dose del singolo fascio risulta quindi la somma delle dosi dei singoli segmenti.
L’espressione step-and-shoot deriva dal fatto che la radiazione di ogni singolo segmento è rilasciata solo dopo che le lamelle del MLC hanno raggiunto la configurazione assegnata per il dato segmento
(il termine step indica lo spostamento delle lamelle e shoot indica l’erogazione della radiazione).

L' immagine seguente mostra la configurazione del MLC per il fascio 2 nel caso di un trattamento della prostata (in cui ho usato 5 fasci). In questa figura delle lamelle è evidenziata in bianco solo la parte dentro il rettangolo verde, mentre il PTV (in questo caso la prostata) è rappresentata in rosso.
Le immagini seguenti le ho ottenute dal nostro TPS (Pinnacle3).

Il set di immagini seguente mostra le cosidette ODM (Open Density Matrix) dei cinque fasci dello stesso piano di trattamento. Le ODM sono una rappresentazione della distribuzione spaziale della radiazione di ogni singolo fascio (in seguito darò una definizione più precisa). I valori dell'intensità della radiazione sono associati a dei livelli di grigio, come è facile immaginare più il grigio è chiaro più è alta l'intensità della radiazione.

Introduzione all' IMRT

Riporto un riassunto, con qualche mia integrazione, del critical review (Int. J. Radiation Oncology Biol. Phys. Vol. 51, No. 4, pp. 880-914, 2001) del Collaborative Working Group sull' IMRT del National Cancer Institute. Tale review ha lo scopo di sviluppare delle linee guida e delle raccomandazioni per l'implementazione dell' IMRT.

L’IMRT (Intensity Modulated Radiation Therapy) è una forma avanzata di 3D-CRT (Tridimensional Conformal Radiation Therapy) cioè di radioterapia conformazionale.
Nella 3D-CRT l’obbiettivo è conformare la dose prescritta al targhet utilizzando un set di fasci di intensità uniforme lungo il campo (salvo l’aggiunta di modificatori come cunei, filtri ecc.). La forma di ogni singolo fascio viene adattata alla proiezione del target utilizzando un collimatore a lamelle chiamato in genere MLC (Multi Leaf Collimator). Le due figure seguenti mostrano la testata dell’acceleratore insieme alle lamelle e al fascio risultante.

(fig. by http://www.lexmed.com/ e http://www.welchcancercenter.org/)

La figura seguente mostra invece le lamelle che si adattano alla proiezione del target così come è vista da uno dei fasci (fig. by http://www.radonc.uchicago.edu/):



Come vedremo più avanti vi sono varie tecniche IMRT. In seguito parlerò principalmente della tecnica SMLC che utilizza un set di fasci e il collimatore a lamella come nella 3D-CRT convenzionale, solo che ogni fascio presenta un profilo di dose non omogeneo (presenta cioè una intensità modulata). La figura seguente mostra una vista tridimensionale del paziente, del target, e degli organi a rischio (OAR=Organ At Risk ) che in questo caso sono le parotidi e il midollo spinale. Sono rappresentati i profili di dose di 9 fasci dove i livelli di grigio indicano il valore dell’intensità. Dalla figura si vede l’intensità di ogni fascio tende ad essere bassa in corrispondenza degli organi a rischio, cosa che è molto evidente per il il midollo spinale

(fig. by http://medicalphysics.csufresno.edu/whatis/radiationoncology.htm).

Nell’IMRT la dose totale, somma delle dosi dei singoli fasci, risulta molto più conformata al target di qualunque altra tecnica che utilizza fotoni. Ciò risulta particolarmente evidente quando il target oppure gli OARs hanno forme complesse.

Per raggiungere questo grado di conformità è necessario un 3D-TPS (Tridimentional Treatment Planning Software, oppure 3D-RTP=Tridimentional Radiation Treatment Planning) che ottimizzi in modo automatico i profili di intensità dei singoli fasci. Il termine Tridimentional, cioè tridimensionale, sta ad indicare che il software lavora su una TAC (Tomografia Assiale Computerizzata, o anche CT=Computed Thomography) cioè su un set tridimensionale di dati che rappresentano la densità dei tessuti del paziente. L’ottimizzazione automatica è spesso indicata come pianificazione inversa (inverse planning) perché si procede in modo opposto alla 3D-CRT convenzionale, cioè si definisce la dose desiderata e il numero di fasci e poi il software li ottimizza (in un modo che vedremo in seguito).

La figura sottostante mostra una distibuzione di dose ben conformata per un trattamento alla prostata con l’IMRT. Un valore alto di dose è associato al colore rosso, mentre il blu corrisponde a valori bassi. (fig. by http://www.epworthcancercentre.com/)