Innehåll 1. Bakgrund 2. Grundläggande dosimetri 3. Radiobiologi 4. Radioterapiprocessen 5. Klinisk dosimetri 6. Behandlingsoptimering
1. Bakgrund
http://www.radiofysik.se 4
Cancer http://www.cancerfonden.se 5
Cancer Antal cancerfall 2012: 57270 Beräknad 5-års överlevnad 72% http://www.cancerfonden.se 6
SBU utredningen http://www.sbu.se 7
Strålbehandling har en viktigt roll, och kan inte ersättas av annan behandling ges till nästan hälften av alla cancerpatienter under något sjukdomsskede kombineras ofta framgångsrikt med kirurgi eller medicinsk behandling med cytostatika/hormoner ges ibland som ensam terapi, antingen i syfte att bota sjukdomen (kurativ behandling) eller att lindra dess verkningar (palliativ behandling) är en billig behandlingsform! 8
Strålbehandling har biverkningar, och omgivande frisk vävnad måste därför skyddas är en komplicerad och teknologiskt avancerad process med många steg, anpassad till varje enskild patient är ett lagarbete med en lång rad specialister, onkologer, kirurger, radiologer, sjukhusfysiker, onkologisjuksköterskor, och ingenjörer 9
Regelverk Socialstyrelsen, om tex nationella riktlinjer kompetensbeskrivningar Läkemedelsverket, om tex radioaktiva läkemedel Strålsäkerhetsmyndigheten Strålskyddslagen SFS 1988:220 utfärdades för att skydda människor, djur och miljö mot skadlig verkan av strålning Tillsynsmyndighet är Strålsäkerhetsmyndigheten, som därmed har rätt att utfärda föreskrifter SSMFS 2008:33 om medicinsk strålbehandling 10
2. Grundläggande dosimetri
Strålslag Elektromagnetisk strålning Fotonstrålning (~ 4-20 MV) Röntgen Gamma Partikelstrålning Elektroner (~ 4-20 MeV) Protoner, alfa, joner Neutroner 12
The treatment unit - linac
Linac gantry
Treatment head
Simplified beam geometry Electron beam Target Primary collimator Flattening-filter Ion chamber Wedge Y-jaws (MLC) X-jaws
Beam-shaping device
Radiation field analysis Semiconductors
Depth dose - photons 1.0 0.9 10x10 cm 2, SSD=100 cm 0.8 0.7 0.6 4MV 6MV 10MV 18MV Dos 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0 5 10 15 20 25 30 Djup (cm) 19
Depth dose - electrons 20x20 applikator, FHA=100 cm 100 90 80 Dos (%) 70 60 50 40 30 20 4 MeV 6 MeV 8 MeV 10 MeV 12 MeV 15 MeV 18 MeV 20 MeV 22 MeV 10 0 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 Djup (cm) 20
Reference dosimetry Measurable broad-beam quantity Water tank
In the radiotherapy clinic
International measurement system
Primary standard laboratory 0,00024 ºC ~ 1 Gy
Primary standard laboratory 0,00024 ºC ~ 1 Gy
Reference dosimetry protocols ~ 1.5% uncertainty
3. Radiobiologi
Biological effect
Radiation damage of biomolecules repair viable cell mis-repair mutation cancer not repaired cell death From Folkard
Survival, S Cell survival vs. dose 1 0.1 0.01 0.001 0.0001 0 2 4 6 8 10 D (Gy)
Cell survival and oxygen hypoxia O 2
Cell survival and LET
Fractionated radiotherapy Single dose Fractionation
Total absorbed dose
Serial and parallel organs From: Ågren Cronqvist et al, 1995
Medulla 1.00 Spinal cord Endpoint : Myelitis/necrosis 0.90 0.80 0.70 NTCP 0.60 0.50 0.40 0.30 v= 1.00 v= 0.75 v= 0.67 v= 0.50 v= 0.33 v= 0.25 0.20 0.10 0.00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Dose (Gy)
NTCP lunga 1.00 Lung Endpoint : Pneumonitis NTCP 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 v= 1.00 v= 0.75 v= 0.67 v= 0.50 v= 0.33 v= 0.25 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Dose (Gy)
The therapeutic window Probability Tumour control (TCP) Complications (NTCP) P TCP ( 1 NTCP)
4. Radioterapiprocessen
Radiotherapy process Skiktröntgen (CT) Fixation Inritning av tumör och riskorgan Dosplanering Verifikation Behandling 40
Example of a good fixation
Gross tumor volume (GTV) Example: oesophagus cancer
Clinical Target Volume (CTV)
Planning Target Volume (PTV)
Planning Target Volume (PTV)
Dirk Verellen et al. 2010. Nature Reviews Cancer
Organs At Risk
More OARs: Left lung
More OARs: Right lung
More OARs: Heart PTV overlapping OAR
OAR
Dose distribution
ICRU reference point
Dose Volume Histogram (DVH) ICRU recom: -5% to +7% OK Differential DVH
Cone-beam CT Elekta Synergy, XVI (X-ray Volume Imaging) Varian, OBI (On-Board Imager)
Information from imaging
Matching CT data
Dancing prostate
Intra-fractional movement Max.Inspiration Min.Inspiration PTV Lung tumour example
5. Klinisk dosimetri
Incidents and accidents
2D measurements
2D measurements Dose matrix from TPS Measured dose on array Error in dose calculation!
3D measurements From Sofie Ceberg
In vivo measurements
Placing tube in patient
Imaging and localisation Lead marker position TLD position ISO
Comparing with treatment plan
6. Behandlingsoptimering
Forward calculation!!
Inverse calculation???
Rotational techniques Elekta TomoTherapy
Decision variable
Optimized beam intensity
Realisation using MLC
Step and shoot Leaf A Leaf B Per Engström 2007
Step and shoot Intensity Step wise modulation Per Engström 2007 Position
Dynamic MLC Leaf A Leaf B Intensity Continuous modulation Position Per Engström 2007
Prostata treatment Accumulerad absorberad dos i patienten Slide: courtesy of Anton Mans (NKI, Amsterdam)
Multiple targets and risk organs
Multiple objectives
Trade-off for different systems Dynamic (Varian) Step-and-shoot (Nucletron) TomoTherapy
Example: Total marrow irradiation
Example: Cranio-spinal irradiation
Example: Multiple targets
Be ware of hot- and cold-spots 58 Gy
Intra-fractional motion Static tumour Moving tumour
The low dose bath Låg dos till stor volym av Tomo och IMRT. Väga risken av framtida maligniteter mot en bättre behandling? Svårt värdera den ökade relativa risken av sekundära maligniteter.
It makes a difference!
Radiotherapy with protons and ions
Radiotherapy with protons and ions Från Jonas Johanssons avhandling 2006
Spot scanning Scanning proton beam http://radmed.web.psi.ch/asm/pt_project.html
Dose planning for spot scanning at PSI 95
96
Diameter ca 10 m, vikt ca 120 ton Gantry
Heidelberg: Isocentric proton & ion gantry 98
Proton gantry in Boston
Swedish national center (2015)
Thank you!