Aspectos Dosimetricos

de la Tecnica VMAT – RapidArc

&

Planificacion de un Caso de

Prostata

Dante E. Roa PhD

Clinical Professor

University of California - Irvine

Varian Medical Systems Guidelines for Intended Use & Safety Statements

For use with Sales or on the internet, please incorporate the following requirements:

• Use General Slide when providing an overview of multiple products. (See Slide #3)

• Use Product Specific Slide when presenting detailed product information.

• Use the Product Specific Slide for each product when presenting detailed information on multiple

products.

• All of these slides should appear at the beginning of the presentation after title slide.

For other advertising and promotional materials and areas, PRC will assist with determining which

slides and how much of the disclaimers may be required. Any questions may be directed to Bill

Waller or Sherri Matteo.

Varian Medical Systems Eclipse Fair Balance Safety Statement

Intended Use Summary

The Eclipse Treatment Planning System (Eclipse TPS) is used to plan radiotherapy treatments for

patients with malignant or benign diseases. Eclipse TPS is used to plan external beam irradiation

with photon, electron and proton beams, as well as for brachytherapy treatments. In addition, the

Eclipse Proton Eye algorithm is specifically indicated for planning proton treatment of neoplasms of

the eye. Eclipse should only be used by qualified medical professionals.

Important Safety Information

Radiation treatments may cause side effects, which, in some cases, may be serious. Severity can

vary depending on the part of the body being treated. Side effects are related to the type of

treatments delivered and should be discussed between the clinician and the patient.

Medical Advice Disclaimer

Varian as a medical device manufacturer cannot and does not recommend specific treatment

approaches. Individual treatment results may vary.

Additional Disclosures

Receiving an honorarium to deliver this presentation

Reflects my own opinions and not those of Varian or UC Irvine Radiation Oncology Department

Conflicts of interest to report: • None • Varian Speaker Bureau Presenter

4

• Using Eclipse Treatment Planning System

Strictly Confidential - Do Not Distribute

UC Irvine – Douglas Hospital

424 Patient Beds

UC Irvine Medical Center Orange County, California

A 5 minutos de Disneyland

Calypso VisionRT

Treatments Offered – External Beam TrueBeam

STX Trilogy

Treatments Offered: Electronic Brachytherapy

Xoft IORT

Treatments Offered: Acuity Simulator & Brachytherapy Suite

Donation from a

grateful patient

Provides in-room x-ray

imaging for patients

undergoing

brachytherapy

Avoids patient

transport between

rooms

Increased patient

comfort/privacy

CT Simulator with Ambient Experience

Parte 1:

Aspectos Dosimetricos

de la

Tecnica VMAT

Video Promocional de RapidArc – Varian 2008

Intensity-Modulated Arc Therapy – IMAT - 1995

Cedric Yu, Sc.D.

Introduccion

C X Yu Phys. Med. Biol. 40, 1435-1449, 1995

Reproduced from C. Yu presentation. 2010

AAPM Annual Meeting - Philadelphia, PA

• Entrega una dosis optimizada y distribuida con el gantry rotando alrededor del paciente

• La forma del campo cambia de manera continua durante la rotacion del gantry

• El arco es dividido en varios campos estaticos de igual separacion angular y cada campo tiene sub-campos. Dependiendo de los sub-campos requeridos, la separacion angular puede ser reducida. Tambien dependiendo de la complejidad, mas arcos pueden ser definidos

• En otras palabras, cada arco entrega una dosis de manera similar a la tecnica de step-and-shoot en IMRT que consiste en sub-campos que son superposicionados para modular la fluencia del haz

• En IMAT cada arco entrega un sub-campo y requiere por lo menos 3 arcos para entregar todos los sub-campos

Caracteristicas de IMAT

Campo Sub-campos

Demostracion de un caso de prostata en un maniqui usando IMAT. Se usaron 10 sub-campos para generar el plan

C X Yu Phys. Med. Biol. 40, 1435-1449, 1995

…Entonces, que paso con IMAT?

Ausencia de una herramienta de planificacion robusta y comercialmente disponible para IMAT debido a la complejidad de esta tecnica.

Desafio en desarrollar una interconeccion entre diferentes formas de campo definidos por el sistema de multihojas durante rotacion del gantry de un angulo al siguiente angulo.

Limitacion en el numero de formas de campos debido a limitaciones en la velocidad de desplazamiento de las multihojas

D. M. Shepard et. al., Med. Phys. 34, 464, 2007

C X Yu Phys. Med. Biol. 40, 1435-1449, 1995

Adapted from D. Cao – Swedish Medical Center, Seattle, Washington

Dependencia de formas de campo en la velocidad de desplazamiento del sistema multihojas (MLCs)

Single-Arc Therapy – VMAT - 2007

Otto K. Med. Phys. 35, 310-7, 2008

Karl Otto, Ph.D.

De IMAT (1995) a VMAT (2007)

Restricciones de Eficiencia - Efficiency

Constraints

1. La velocidad de rotacion maxima del gantry de un linac Varian es 360 grados en 60 segundos => dθ/dt = 6.0 deg/s

2. La velocidad de desplazamiento maxima del sistema

multihojas es => dx/dt = 3.0 cm/s

3. De 1 & 2, el desplazamiento de las multihojas en funcion del angulo de rotacion del gantry es => dx/dθ = 0.5 cm/deg “Desplazamiento maximo por grado”

Otto K. Med. Phys. 35, 310-7, 2008

4. De 1 & 3, si el desplazamiento maximo por grado es 0.5 cm/deg, se puede deducir lo siguiente:

Desplazamiento total de las multihojas en un arco de 360 grados x = (dx/dθ) x 360 deg = 180 cm

Tiempo total de movimiento de multihojas T = 180 cm / (dx/dt) = 60 segundos [donde dx/dt = 3.0 cm/s] (similar al tiempo de rotacion del gantry)

Otto K. Med. Phys. 35, 310-7, 2008

5. Restricciones en las unidades monitor (MU) son basadas en la velocidad de rotacion maxima del gantry y la taza de dosis maxima (maximum dose rate):

dMU/dθ = (dMU/dt) / (dθ/dt) Si las restricciones de eficiencia son cumplidas, la distribucion de dosis y funcion costo son calculadas.

Otto K. Med. Phys. 35, 310-7, 2008

Otto K. Med. Phys. 35, 310-7, 2008

Incremento Progresivo de Campos y

Posiciones de Multihojas

Error de calculo de dosis para diferentes separacion angular de campos y desplazamiento de multihojas

Tiempo de CPU para optimizacion en funcion de separacion angular, desplazamiento de multihojas y costo final

Diferencia en funcion de costo final de una optimizacion con separacion angular fija versus optimizacion con separacion angular progresiva (VMAT optimization)

Otto K. Med. Phys. 35, 310-7, 2008

Histograma dosis-volumen para un caso de nasofaringe usando VMAT de un solo arco y comparado con un plan IMRT

Otto K. Med. Phys. 35, 310-7, 2008

VMAT using RapidArc – Varian User’s Manual

VMAT con RapidArc

Eclipse Version 8.5 – before 10

VMAT – RapidArc: Progressive Resolution Optimizer (PRO)

VMAT – RapidArc: Progressive Resolution Optimizer (PRO)

VMAT – RapidArc: Progressive Resolution Optimizer (PRO)

E. Vanetti et. al., Med. Phys. 38

(11), 5844, Nov. 2011

Definicion de Segmento de Alta Resolucion

*Eclipse Inverse Planning Manual

Ventana de Optimization – Eclipse v10.0

Ventana de Optimization – Eclipse v13.6

2007 - RapidArc unveiled at ASTRO - Los Angeles, CA.

2008 - Became clinically available in USA – University of Alabama.

2009/January – Became clinically available at UC-Irvine.

Caracteristicas Generales:

• Entrega de una dosis de tratamiento usando mas de un arco.

• Taza de dosis variable (e.g. Trilogy: 0-600 MU/min, 0-1000 MU/min;

TrueBeam: 0-600 MU/min, 0-1400 MU/min, 0-2400 MU/min).

• Velocidad de rotacion del gantry es variable.

• Movimiento bi-directional de multihojas con velocidad de

desplazamiento variable.

VMAT - RapidArc

35

Comentarios

Hoy en dia en UC Irvine el ~95% de pacientes que requieren tratamientos modulados son tratados con VMAT – RapidArc. VMAT es de gran beneficio para tratamientos de cabeza-y-cuello, SRS, SBRTs debido al corto tiempo de irradiacion.

Parte 2:

Planificacion de un Caso

de Prostata

Introduccion

Courtesy of Dan Schiffner, MD

Courtesy of Dan Schiffner, MD

Courtesy of Dan Schiffner, MD

From CTV To PTV

Courtesy of Dan Schiffner, MD

VMAT / IMRT

Courtesy of Dan Schiffner, MD

Courtesy of Dan Schiffner, MD

Delineacion de Blanco y OARs

RT Femoral Head LT Femoral Head

Rectum

Bladder

Rectum

Prostate

Prostate PTV

Urethrograma para identificacion del bulbo penial

Contrast from

urethrogram changed

to water HU

Penile Bulb

Penis clamp changed to

air

Estructuras de Optimizacion

La dosis prescrita para el PTV puede ser alcanzada, por lo general, sin

necesidad de crear un opti_PTV incluso cuando el PTV incluye parte de

estructura(s) de riesgo (OARs). Pero si la dosis maxima de un OAR en

la region dentro del PTV is mas alta de lo recomendado, es necesario

crear un opti_PTV que excluya esta region para reducir la dosis maxima

al OAR.

En planes de VMAT y/o IMRT, restricciones de dosis a OARs se pueden

alcanzar definiendo estructuras de optimizacion (e.g. opti_recto,

opti_vejiga, etc). Un opti_OAR es el OAR pero con la region dentro del

PTV excluida y con una separacion additional de 3-5 mm en 3D del PTV.

En un plan de VMAT-RapidArc es muy importante definir estructuras de

optimizacion para separar regiones de OAR que estan dentro del PTV.

Esta estrategia facilita: optimizacion de dosis prescrita para el PTV,

restriccion de dosis a los OARs, es eficiente, y da buenos resultados.

3mm separation gap

in all directions

Opti_rectum

Opti_bladder

Avoidance Structure for good Dose conformity around PTV

Planeamiento con VMAT - RA

Caracteristicas de VMAT-RapidArc: • 1 o mas arcos de tratamiento.

• Taza de dosis variable (e.g. 0-600 MU/min, 0-1000 MU/min).

• Velocidad de rotacion variable.

• MLCs movimiento Bi-directional y con velocidad variable.

Courtesy of Dan Schiffner, MD

Prostate - Red

PTV - Cyan

Bladder Rectum

Small

Bowel

Penile

Bulb

RT Femoral LT Femoral

Delineacion de blanco, estructuras de riesgo (OAR) y en particular

estructuras de optimizacion es de importancia para garantizar un

plan de tratamiento de buena calidad sea VMAT o IMRT.

Es importante comprender la limitacion y balance de dosis

(constraints and trade-offs) especialmente a estructuras de riesgo

para un plan VMAT.

Es probable que el proceso de optimizacion para VMAT-RapidArc

tome mas tiempo comparado con IMRT, pero el tiempo de

irradiacion es mas corto que IMRT. Este corto tiempo es de

beneficio para el paciente.

Finalmente, planeamiento de un tratamiento es un arte y a

consequencia hay varias estrategias para generar un plan de

buena calidad. Lo importante es que el plan final cumpla con los

requisitos de dosis prescrita y dosis limite a los OARs.

Conclusiones

Dante E. Roa PhD, Clinical Professor Department of Radiation Oncology UNIVERSITY OF CALIFORNIA – IRVINE HEALTHCARE Chao Family Comprehensive Cancer Center 101 The City Drive South, Building 23, Rm 130 Orange, CA 92868 Phone: 714.456.8088 | Fax: 714.456.7170 Email: droa@uci.edu USA

Gracias por su atencion!