Intensitätsmodulierte Protonentherapieplanung mit CMS
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IntensitätsmodulierteProtonentherapieplanung mit CMS
Dr. Gustav Meedt
AK IMRT, Heidelberg, 30. März 2007
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Protontherapie: Vorteile
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Protonentherapie - Prinzipien
•Charakteristische Tiefendosiskurve•„Bragg“ - Maximum ist energieabhängig
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Passive Scattering
•Blende mit projiziertenZielvolumen
•Energiemodulation(z.B. Modulation-wheel-> Spread Out Bragg Peak)
•Keine Berücksichtigung von Risikoorganen!
•Kompensator(Patientenkontur bzw.Dichterverteilung)
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Intensitäts- und EnergiemodulierteProtonentherapie:
Magnet
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Das RPTC in München
Rinecker Proton Therapy Center
– CMS entwickelte Therapiplanungssoftware.– 4 Gantries, ein Fixedbeam - Raum.– Augen–und H&N Planung–Passive Scattering.– Gantries: IMPT Therapieplanung.
– Kommissionierung der 1. Gantry: (02–05 2006).– CE–zertifizierte Software installiert.
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IMPT
•Definition von Energieschichten (Reichweiten)•Für jede Reichweite, definiere rechteckiges Feld•Optimiere jeden einzelnen Nadelstrahl
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Spot Scanning Planung:Dosis-Berechnung mit erweiterten Nadelstrahl
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Dosisberechnungsalgorithmus: Spot-scanningNadelstrahl-Verfahren Soukup et al.Prinzipiell ähnlich zu Hogstroms Nadelstrahlverfahren:
• f(E,) –Stoppingpower-ratio
• T(z) –Integral Depthdose measured in water.
• L(x,y;z) –Lateral distribution (2 D Gaussian with x(z), y(z))"Multiple Coulomb scattering of 160 MeV protons" by B. Gottschalk, A. M. Kohler, R. J. Schneider, J.M. Sisterson, and
M.S Wagner, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B74 (1993), p. 467-490.
„Cosmic-Ray Theory„Rossi et al., Reviews of Modern Physics, 13/1941
• Zeff –Effective (radiologische equivalente) Tiefe im Patient.(*) M. Fippel, M. Soukup (2004):“A Monte Carlo dose calculation algorithm for proton therapy”, Med. Phys 31(8) 2263-73
);,()(),(),,( effeff zyxLzTEfzyxT
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ICRU 44 phantombone=1.46g/cm2
lung =0.26g/cm2
st =1.03g/cm2
Martin Soukup, UniversitätsklnikumTübingen 2004
Dosisberechnungsalgorithmus: Spot-scanning
LungeKnochen
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Dosisberechnungsalgorithmus: Spot-scanning
Laterale Inhomogenitäten: Zerlegung der Nadelstrahlen in Subspots
A Precision 0: 1 SubspotB Precision 1: 9 SubspotsC Precision 2: 25 SubspotsD Precision 3: 49 SubspotsE Precision 4: 81 SubspotsF Precision 5: 121 Subspots
Beitrag der nuklearen Wechselwirkungen an lateraler Streuung
PB MC
Martin Soukup, Universität Tübingen 2004
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Basisdaten
•Integrale Tiefendosiskurvefür ausreichend vieleEnergien
•Spot-Profile im Zentralstrahl:Gauss‘sche Sigma für x, y und alle Energien
Gemessenes Profil 2D Gauss- Fit Differenz-Plot
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•Abhängigkeit der Spotgröße von Ablenkung
•MU-Kalibrierung für jede Energie
•Maschinendefinition (Magnetposition)
•Integrale Tiefendosiskurve für Modifiers
(Rangeshifter, Ripplefilters)
•Spot–Divergenz in Luft
•CT-Kalibrierung auf Massendichte
Basisdaten
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Therapieplanung in XiO: Beamsetup
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Therapieplanung in XiO: Beamsetup
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Therapieplanung in XiO: Verschreibung
1. Beispiel: Nur primäres Zielvolumen
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Therapieplanung in XiO: Optimierung
•Anfangsfluenz aller Spots: 100 MU
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•Vorgewichtung der Spotfluenzen•Hier: Keine Optimierung
Therapieplanung in XiO: Optimierung
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Therapieplanung in XiO: Optimierung
•Optimierung aller Spot-Fluenzen•Conjugate gardient
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Therapieplanung in XiO: Verschreibung
•Berücksichtigung der rechtenParotide
•Bis zu 5 DVH Punkte verschreibbar
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Therapieplanung in XiO: Optimierung
Fluenzprofil der vorherigen Optimierung
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Therapieplanung in XiO: Optimierung
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Therapieplanung in XiO: Optimierung
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Planung in XiO: Spotpositionen
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Planung in XiO: Intensitäten
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Planning in XiO: Komplexere Verschreibung
•Alle Risikoorgane in Strahlrichtung müssen berücksichtigt werden.•Optimierung aller Einstrahlrichtungen:
•Einzeln (Einfrieren aller anderen)•Simultan
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Planung in XiO: Komplette Optimierung
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Planung in XiO: QA des Gesamtplanes
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Erste Ergebnisse –Tests an gantry 1
• Film
• Ionisationskammern(Dosismessungen)
• Ionisationskammer-Array(2-D Dosisinformation)
Messungen in unterschiedlichenPMMA Tiefen mitInhomogenitätsphantom
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Erste Ergebnisse –Tests an gantry 1
- Zielvolumen: 1.8 l (15 x 15 x 8 cm3)
- PMMA phantom mit Inhomohgenitätsphantom (Knochen, W.t.g, Lunge)
- 13 Energieschichten
- Gesamtdosis 10Gy/ 10 fx
- 2 Einstrahlrichtungen, 0° and 90°, 1 Gy pro Feld
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Erste Ergebnisse –Tests an gantry 1
0,9921,004
1,0361,024
1,0111,014
1,0151,015
1,0131,007
IonisationskammernPTW type 31010
Dosis [Gy]
- gemessen
- berechnet(in Isozentrumsebene)
max. Abweichung: 1.2%
Beam 1, 6 cm0.869 / 0.8670.868 / 0.8660.875 / 0.8810.885 / 0.8860.947 / 0.951
Beam 1, 14.5cm1.036 / 1.0241.015 / 1.0151.011 / 1.0141.013 / 1.0070.992 / 1,004
Gemessen vs. Berechnete Dosis [Gy]
1.025 / 1.023 Beam 2 90°1.025 / 1.0241.035 / 1.0331.031 / 1.0200.944 / 1.020
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Erste Ergebnisse –Tests an Gantry 1
Messung in 6 cm PMMA Tiefe
XiO vs. 2D array XiO vs. Film
measured
XiO
measured
XiO
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Erste Ergebnisse –Tests an Gantry 1
Plan:
-„L“ förmiges Zielvolumen, 0.36 l
- PMMA Phantom,Inhomogenitätsphantom
- 18 Energieschichten
- 2000 Spots
- 10 Gy/10 fx
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Erste Ergebnisse –Tests an Gantry 1
berechnet
gemessen
FilmMessung
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Erste Ergebnisse –Tests an Gantry 1
Dosis [Gy]
- gemessen
- berechnet
max. Abweichung: 7.4%
(Dosisgradienten!)
1,0071,007
1,0001,010
1,0081,004
0,7500,698
0,0300,000
14.5 cm1.007 / 1.0071.025 / 1.0241.035 / 1.0330.750 / 0.6980.030 / 0
TiefeGemessen vs. Berechnete Dosis [Gy]
1.008 / 1.010
0.952 / 0.927
19.5 cm
6 cm
0.845 / 0.8810.046/ 0.0400.007 / 0.0020.002 / 0
0.882 / 0.9190.779 / 0.7480.379 / 0.3760.008 / 0
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Erste Ergebnisse –Tests an Gantry 1
Tiefe
Film 2D IC array gamma index
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Zusammenfassung –IMPT
•Aus den Erfahrungen des Passive Scattering Verfahrensund der Photonen IMRT:Großes Potential der IMPT, hochkonformale Radiotherapie
•CMS erweiterte XiO-IMRT mit der Option fürIntensitätsmodulerte Protonentherapie (IMPT)
•IMPT Planung analog zur IMRT Planung
•IMPT ähnlich wie IMRT verlangt nach IGRT oder ART
•Klinische XiO Version (4.3.2) für Spot Scanning wurde amRPTC/München installiert
•Erste Ergebnisse zeigen gute Übereinstimmung zwischenXiO und Messungen.
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Danksagung
•Dr. Jürgen Heese
•Accel Team in München
•RPTC-Physikern
•Dr. Martin Soukup, Universität Tübingen