Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia
Facoltà di Medicina e Chirurgia
Corso di laurea in:
Tecniche di radiologia medica per immagini e Radioterapia
Radioterapia con controllo del respiro: valutazione ed
implementazione del Sistema Active Breathing
Coordinator e ruolo del TSRM nella procedura
Relatore:
Dott. Filippo Bertoni
Correlatore:
Dott. Bruno Meduri
Tsrm Barbara Salvi
Tesi di Laurea di:
Valentina Pedone
- Anno accademico 2010-2011-
Contenuti della tesi
Premessa
2
CAPITOLO 1- Introduzione
3
1.1 La Radioterapia: generalità
1.2 Organ motion in radioterapia
1.2.1 Organ motion intra-frazione e sua compensazione
1.2.2 Organ motion nel carcinoma della mammella
1.2.3 Sistema Active Breathing Coordinator (ABC)
CAPITOLO 2- Parte sperimentale
20
2.1 Introduzione
2.2 Materiali e metodi
2.2.1 Patient training
2.2.2 Simulazione del trattamento con Sistema ABC
2.2.3 Valutazione della riproducibilità del Sistema ABC
CAPITOLO 3- Risultati
27
3.1 Fattibilità
3.2 TC planning e riproducibilità
CAPITOLO 4- Discussione
34
CAPITOLO 5- Conclusione
37
CAPITOLO 6- Biografia
38
1
PREMESSA
L'ultimo decennio ha visto, in ambito radioterapico, l'introduzione di
tecnologie avanzate in grado di somministrare dosi terapeutiche di
radiazioni con più precisione e accuratezza soddisfacendo quello che è
l’obiettivo primario della radioterapia: somministrare un’elevata dose al
volume bersaglio e contemporaneamente erogare la dose più bassa ai
tessuti sani circostanti.
L’alta conformazione di dose ottenuta grazie a tali tecniche (3D-CRT,
IMRT) richiede un sempre più preciso posizionamento del paziente e una
accurata gestione delle incertezze riguardanti il movimento degli organi.
Solo soddisfacendo questi criteri si può essere ragionevolmente certi che
il trattamento erogato da un acceleratore lineare sia conforme al piano di
trattamento. Accurate e ripetibili verifiche di un corretto set-up e l’utilizzo di
sistemi di controllo e compensazione del movimento risultano essere un
requisito sempre più importante in campo radioterapico; questo al fine di
ridurre i margini d’errore e limitare la dose erogata al solo Planning Target
Volume (PTV), cioè al volume pianificato. A tale scopo, in ambito di ricerca
sono in corso di valutazione varie tecniche di controllo del movimento
quali: sistemi di gating, tumor tracking e di breath hold.
Scopo della presente tesi è quello di valutare un dispositivo di breath hold
(Active Breathing Coordinator) in dotazione presso l’Unità Operativa di
Radioterapia dell’Azienda Ospedaliero-Universitaria del Policlinico di
Modena
per
determinare
l’adeguatezza
e
l’impatto
organizzativo
nell’ambito della radioterapia per neoplasie mammarie, con particolare
riguardo al ruolo del Tecnico sanitario di radiologia medica (TSRM)
nell’utilizzo del sistema.
2
CAPITOLO 1- INTRODUZIONE
1.1 La Radioterapia: generalità
La Radioterapia nasce in seguito alla scoperta dei raggi X e dei fenomeni
legati alla radioattività e consiste nella somministrazione accurata di
precise dosi di radiazioni per la cura di alcune malattie, in particolare dei
tumori.
È un trattamento localizzato, indolore, che nella maggior parte dei casi
coinvolge aree ben delimitate dell'organismo. Lo scopo di questo tipo di
terapia è determinare la morte mitotica delle cellule tumorali, cercando di
risparmiare il più possibile i tessuti sani vicini al target. Il danneggiamento
dei tessuti avviene mediante l’effetto delle radiazioni sul DNA cellulare. Le
cellule normali possiedono meccanismi naturali di riparazione del DNA,
ma le cellule tumorali, dotate di maggiore velocità di riproduzione,
difettano di questa capacità, e sono pertanto esposte ad una maggiore
facilità di danneggiamento. Inoltre il danno indotto in una cellula tumorale
viene ereditato anche dalle cellule che ne derivano dopo la replicazione,
fatto che ne accelera la distruzione.
Le modalità più diffuse di applicazione dei raggi X a scopo terapeutico
sono sostanzialmente due, ossia:
1. la radioterapia esterna (detta anche a fasci esterni o trascutanea),
che consiste nell’irradiare la zona interessata dall’esterno ,
utilizzando una sorgente di radiazioni, posta
per l’appunto
all’esterno del corpo del paziente;
2. la brachiterapia, che significa “terapia da vicino” e consiste nel
portare la sostanza radioattiva in prossimità o all’interno della
massa neoplasica. In questo caso la sorgente radioattiva è posta a
diretto contatto con il bersaglio.
La radioterapia è utilizzata in oncologia in circa il 45-60 per cento di tutti i
pazienti, associata ad altre terapie (la chirurgia, chemioterapia), o da sola.
3
Negli ultimi anni la radioterapia oncologica ha assunto una notevole
importanza nella cura di quasi tutti i tumori grazie ad un rapido sviluppo
tecnologico e metodologico.
L’avvento della TC e dei primi computer destinati a ricostruire la
distribuzione della dose all’interno del corpo umano ha portato a poter
vedere il bersaglio (volume tumorale) e le strutture sane da rispettare.
Oggi è possibile somministrare dosi terapeutiche di radiazioni con più
precisione e accuratezza soddisfacendo quello che è l’obiettivo primario
della radioterapia: somministrare un’elevata dose al volume bersaglio e
contemporaneamente erogare la dose più bassa ai tessuti sani circostanti.
Lo standard attuale delle tecniche radioterapiche è rappresentato dalla
radioterapia 3D conformazionale (3D-CRT); mediante questa tecnica il
volume tumorale viene ricostruito in tre dimensioni e assieme ad esso
quello degli organi critici circostanti. Specifici computer (TPS, treatment
planning system) consentono di valutare la distribuzione tridimensionale
della dose sia al tumore bersaglio che agli organi critici, ottenendo dosi
differenziate fra queste due diverse strutture, una da colpire, l’altra da
rispettare. Un’ulteriore evoluzione delle tecniche di trattamento è
rappresentata dalla radioterapia ad intensità modulata (IMRT), che
aggiunge la possibilità di variare l’intensità della dose all’interno della
stessa zona tumorale, adattandosi meglio alla forma della massa tumorale
anche in situazioni particolarmente delicate: per esempio quando il tumore
è adiacente al midollo spinale e necessita di una distribuzione della dose
molto conformata.
È ovvio che la realizzazione di apparecchiature particolarmente avanzate,
capaci di concentrare con precisione il fascio radioattivo sulla zona
tumorale risparmiando i tessuti circostanti, ha modificato in modo
determinante l’utilizzo e le applicazioni della radioterapia, portandola da
trattamento palliativo a terapia fondamentale e in certi casi prioritaria di
diverse malattie tumorali.
4
L'implementazione di sempre piú avanzate tecniche radioterapiche
associata alla possibilità di utilizzare tecniche diagnostiche quali ad
esempio RMN e PET hanno permesso al radioterapista di definire in
maniera
ottimale
il
volume
sede
di
localizzazioni
neoplastiche
macroscopiche (Gross tumor volume, GTV) o subcliniche (Clinical target
volume, CTV). Inoltre, l'utilizzo di sistemi di immobilizzazione sempre più
personalizzati ha permesso di ottenere errori di set-up del paziente
sempre minori e una migliore riproducibilità del trattamento.
Tutto ció, però non riesce a risolvere completamente un altro problema
legato alla precisione del trattamento radiante: l'organ motion, ossia tutti
quei movimenti fisiologici degli organi interni che non sono controllabili con
i normali sistemi di immobilizzazione.
Figura 1: definizione del target in accordo con il Report ICRU 50 e ICRU 62
5
1.2 Organ motion in radioterapia
Con il termine “organ motion” si intende il movimento che alcuni organi
compiono in condizioni basali per effetto di processi fisiologici [1].
Questo fenomeno si presenta quindi nei distretti corporei nei quali i
processi fisiologici comportano spostamenti o deformazioni delle strutture
interne. Ad esempio, il distretto cranico non è soggetto ad organ motion,
mentre lo sono la zona toracica ed addominale dove l’apparato digerente,
l’apparato respiratorio, il sistema cardiocircolatorio e l’apparato escretore
generano, durante la loro attività, spostamenti non trascurabili.
I fenomeni di organ motion si possono classificare in relazione alle sedute
di radioterapia e sulla base temporale in [2]:
-
Organ motion inter-frazione, movimenti apprezzabili solo tra una
seduta di trattamento e l’altra e non all’interno della stessa seduta.
Questo fenomeno riguarda per lo più organi appartenenti
all’apparato digerente o che sono prossimi ad esso. Un esempio di
ciò può essere riscontrato durante il trattamento della prostata:
infatti, la posizione di tale organo dipende in gran parte dal
riempimento di retto e vescica e ciò fa sì che la posizione del target
possa cambiare giorno per giorno in modo strettamente correlato
con le funzioni intestinali [3]. I movimenti inter-frazione sono anche
causati da eventuali riduzioni o accrescimenti della massa
tumorale, rotazioni e traslazioni della stessa rispetto alle strutture
ossee, perdita o aumento di peso del paziente a causa della
radioterapia o di altre terapie in corso [4]. Per ridurre gli effetti
dell’organ motion inter-frazione si possono sfruttare metodi basati
sull’image guide, i quali prevedono l’acquisizione di immagini del
paziente immediatamente prima della somministrazione della dose,
con lo scopo di identificare quotidianamente l’esatta posizione dei
volumi di interesse, in particolare del “Planning target volume (PTV)
6
e degli organi critici e mettere in atto opportuni interventi correttivi.
Infatti nonostante gli sforzi effettuati per immobilizzare il paziente al
momento della terapia, permangono quasi sempre incertezze
riguardanti la posizione del tumore e dei tessuti sani. Senza l’aiuto
dell’image guide pre-trattamento eventuali spostamenti della
lesione dovuti a movimenti del paziente, modifiche dell’anatomia
interna o della forma del tumore potrebbero incidere sulla
precisione dell’irradiazione e far sì che la dose prescritta non venga
rilasciata correttamente [5].
-
Organ motion intra-frazione: movimenti apprezzabili anche
all’interno della singola seduta di trattamento. In questo caso si
ritiene che i principali responsabili del movimento siano il ciclo
respiratorio, la contrazione cardiaca e la pulsazione vascolare, in
particolare dell’aorta [3]. La respirazione è tra questi tre fattori la
causa principale dell’organ motion intra-frazione.
1.2.2 Organ motion intra-frazione e sua compensazione
Quando si parla di organ motion intra-frazione ci si riferisce a quei
movimenti visibili nel corso della seduta di trattamento e dovuti
principalmente alla respirazione.
Gli organi che si trovano nella zona toracica e addominale possono
muoversi anche di 40mm durante gli atti respiratori e l’anatomia interna
può cambiare significativamente sia durante il trattamento che tra un
trattamento e l’altro [1].
Il movimento respiratorio, in fase di simulazione, ha come effetto una
degradazione della qualità dell’immagine, può causare artefatti tali da
produrre distorsioni rilevanti, soprattutto nella direzione di avanzamento
della scansione, con errori nella valutazione della forma e del volume della
regione anatomica in esame: ciò impone al medico radioterapista l’utilizzo
7
di un margine abbastanza ampio da dare al CTV per creare il PTV da
considerare nella fase di pianificazione e trattamento.
Il movimento del tumore dovuto alla respirazione potrebbe indurre artefatti
non solo geometrico-volumetrici ma anche avere di fatto ricadute
sull’accuratezza del trattamento in termini dosimetrici legate alle
incertezze nella stima della distribuzione di dose teorica o calcolata (dose
blurring).
Tutto ciò spiega il crescente interesse per lo studio degli effetti del respiro
e per lo sviluppo di metodi di controllo e compensazione di tali effetti.
L’obiettivo di questi metodi è: ottenere immagini libere da artefatti da
movimento così da migliorare la qualità e l’accuratezza diagnostica delle
immagini; valutare i movimenti delle lesioni e degli organi circostanti, al
fine di ottenere una più accurata definizione del piano di cura; riduzione
dell’internal margin da aggiungere al CTV e delle variabilità geometriche e
densitometriche durante la pianificazione del trattamento.
1.2.2 Organ motion nel carcinoma della mammella
La radioterapia è un importante presidio terapeutico per le neoplasie
mammarie in tutte le loro fasi evolutive ed in particolare come trattamento
adiuvante dopo la chirurgia conservativa e rappresenta oggi un importante
quota del carico di lavoro delle Unità Operative di Radioterapia (circa 2025%). La tecnica più utilizzata e l’attuale standard radioterapico di cura per
i tumori mammari in fase precoce è rappresentato dalla radioterapia
conformazionale 3D con l’utilizzo di due o più fasci opposti tangenti alla
parete toracica, con geometrie tali da poter minimizzare l’esposizione a
cuore e polmoni.
A causa della curvatura della parete toracica infatti una parte di volume
polmonare e cardiaco è inclusa nei campi di irradiazione e ciò pone
8
problemi di risparmio per gli organi vicini in riferimento anche alle
modifiche degli stessi nel corso della seduta di radioterapia.
La ghiandola mammaria infatti è un organo che si trova in sede toracica,
quindi il tumore che può colpire tale organo e gli OAR (organi a rischio)
adiacenti risentono della problematica dell’organ motion inter-frazione. Il
movimento della mammella è dovuto prevalentemente al movimento
respiratorio.
Come citato precedentemente, gli organi che si trovano nella zona
toracica e addominale sono infatti maggiormente soggetti all’organ motion
intra-frazione e il movimento respiratorio ne rappresenta la principale
causa.
Per tener conto dei possibili errori di set up e del movimento del paziente
durante l’irradiazione si ricorre generalmente all’aggiunta di un margine di
sicurezza al volume mammario irradiato per ottenere il PTV. I margini tra
CTV-PTV convenzionali sono di norma di 1-2cm e pertanto una maggior
quantità di OAR sono compresi nel campo di trattamento [6].
Alcuni studi hanno riportato che tecniche di controllo del respiro,
particolarmente quelle che consentono di bloccare il respiro in fase di
inspirazione, possono essere utilizzate al fine di limitare e individualizzare
i margini tra CTV e PTV e ridurre la quantità di radiazioni rilasciata a cuore
e polmoni. Queste tecniche, infatti, permettono una separazione spaziale
del cuore dal target e, grazie all'espansione polmonare, una riduzione
della densità del parenchima polmonare irradiato [7,8].
Le principali tecniche oggetto di ricerca per la risoluzione del problema
dovuto al movimento respiratorio sono:
•
GATING RESPIRATORIO
•
TUMOR TRACKING
•
DEEP INSPIRATION BREATH HOLD (DIBH)
9
La tecnica di GATING RESPIRATORIO prevede che i pazienti respirino
liberamente e che l’irradiazione sia sincronizzata con una prestabilita fase
respiratoria in cui il tumore presenta una ridotta mobilità.
La tecnica del TUMOR TRACKING consiste nel sincronizzare l’apertura
del fascio di radiazioni ottenuta mediante un multileaft dinamico con il
movimento del tumore indotto dalla respirazione.
La DIBH prevede che il paziente mantenga lo stesso livello d’inspirazione
forzata durante le fasi di simulazione e di trattamento; l’obiettivo è quello di
garantire che l’erogazione delle radiazioni avvenga solo in concomitanza
di una specifica manovra e fase respiratoria. Un esempio di sistema DIBH
è rappresentato dal Sistema Active Breathing Coordinator, il quale arresta
automaticamente la respirazione al momento opportuno, rendendo la
sospensione del respiro più riproducibile [9].
Il Sistema Active Breathing Coordinator™ (ABC, Elekta, UK) è stato
testato per ridurre l'impatto negativo dell'organ motion in varie neoplasie.
Molti autori hanno riportato un vantaggio potenziale dell'ABC nel ridurre
l'irradiazione degli organi sani nelle neoplasie mammarie [6].
1.2.3 Sistema Active Breathing Coordinator (ABC)
Il Sistema ABC è un dispositivo che permette di controllare/monitorare il
respiro del paziente che si deve sottoporre a trattamento radioterapico e di
valutare per quanti secondi il paziente è in grado di tenere in sospeso la
respirazione; tutto questo al fine di ridurre i margini di movimento causati
dalla normale respirazione.
Viene attualmente proposto per i tumori localizzati al torace e addome
superiore con lo scopo di irradiarli esclusivamente durante la sospensione
del respiro; in questo modo la somministrazione della dose al volume
bersaglio sarà più precisa e con un massimo risparmio dei tessuti sani
circostanti [10].
10
Questo apparecchio è utilizzato durante tutte le fasi dell’iter radioterapico:
dalla fase di addestramento del paziente (dove il paziente conosce,
impara e familiarizza con il sistema) alla Tac di centratura e durante tutto
il trattamento.
I suoi principali componenti sono [11]:
•
sistema carrello;
•
sistema di respirazione del paziente;
•
sistema di supporto dello specchio;
•
monitor feedback;
•
interruttore di controllo del paziente;
•
computer portatile e trasmettitore;
•
layout dello schermo ( schermata principale).
11
SISTEMA CARRELLO
Grazie alle quattro ruote di cui è dotato è possibile spostare il sistema da
una
sala
all’altra;
ad
esempio,
dall’ambulatorio
in
cui
avviene
l’addestramento del paziente può essere portato alla sala in cui verrà fatta
la TAC di centratura e alla sala di trattamento. È composto da tre ripiani
nei quali sono posizionati le seguenti parti:
1. Monitor LCD feedback
2. Modulo di controllo
3. Alimentatori
4. Ricevitore o trasduttore del sistema estensione PC
5. Cavo seriale RS-232
6. Cavo di alimentazione
12
SISTEMA DI RESPIRAZIONE DEL PAZIENTE
Come mostrato in figura, il sistema di respirazione è connesso al sistema
di supporto degli specchi. Il boccaglio è collegato ad un tubo di
respirazione regolabile e ad un kit di filtraggio, collegato al trasduttore
digitale di volume. Al paziente viene chiesto di respirare normalmente
attraverso questo sistema fino a quando non si avvia la fase di
trattenimento del respiro. L’uso di una molletta naso impedisce errori di
valutazione nel calcolo dell’aria in ingresso e in uscita dal polmone del
paziente.
Il boccaglio, i filtri e la molletta nasale sono intesi come dispositivi
monouso.
1. Boccaglio e kit di filtraggio
2. Raccordo di connessione del sistema di supporto dello specchio
3. Turbina del trasduttore e gruppo di rivelazione
4. Raccordo trasduttore/valvola a palloncino
5. Valvola a palloncino
6. Cavo del trasduttore (si connette al modulo di controllo)
7. Cavo della valvola a palloncino (si connette al modulo di controllo)
13
SISTEMA DI SUPPORTO DELLO SPECCHIO E MONITOR FEEDBACK
Il paziente è in grado di osservare il monitor feedback mediante un
sistema di specchi. Lo schermo che viene visto dal paziente è identico a
quello dell’operatore (TSRM), permettendo in tal modo un contatto diretto
tra i due. I pazienti sono in grado di vedere la propria curva respiratoria sia
in fase di respiro libero sia in fase di trattenimento, quando il TSRM attiva
il sistema che dà il via alla fase di trattenimento della respirazione e la
durata di quest’ultima quando la curva supera il valore soglia.
1. Specchio superiore – il paziente guarda questo specchio
2. Specchio inferiore – riflette l’immagine del monitor feed-back sullo
specchio superiore
3. Regolazione in rotazione
4. Regolazione orizzontale
14
5. Scala dell’altezza graduata in mm
6. Regolazione verticale
7. Raccordo di connessione del sistema di supporto dello specchio
8. Base
9. Poggiatesta regolabile per il paziente
10. Regolazione in rotazione del sistema di respirazione del paziente.
INTERRUTTORE DI CONTROLLO DEL PAZIENTE
L’interruttore di controllo consente al paziente di interrompere la sessione
di trattenimento del respiro. Il paziente dovrebbe tener sempre premuto
l’interruttore e rilasciarlo solo in caso di emergenza/disagio, cioè qualora
non riuscisse a trattenere il respiro per il tempo stabilito; nel momento in
cui il paziente rilascia l’interruttore il sistema consentirà immediatamente la
ripresa della normale respirazione.
Quando il pulsante viene tenuto premuto dal paziente la curva respiratoria
è di colore BLU; qualora il pulsante venga rilasciato la curva respiratoria
sarà di colore ROSSO.
15
COMPUTER PORTATILE E TRASDUTTORE
Il computer portatile insieme al proprio trasduttore sono posizionati nella
sala consolle, separati quindi dal resto dei componenti del Sistema ABC
posizionati nella sala di imaging e di trattamento.
Il portatile viene utilizzato dall’operatore e mediante questo comanda e
controlla la respirazione del paziente. La schermata del computer è la
stessa visualizzata sul monitor feedback ed è quindi vista dal paziente
mediante il sistema di specchi.
1. Trasmettitore
2. Connettore video del cavo seriale RS-232
3. Connettore del cavo personalizzato
4. Porta di connessione del cavo CAT5
5. Computer portatile
6. Connettore video del cavo personalizzato
7. Connettori per mouse e tastiera
8. Cavo seriale RS-232
9. Cavo personalizzato
10. Ingresso alimentazione del trasmettitore
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LAYOUT DELLO SCHERMO DEL SOFTWARE DI CONTROLLO
Per layout dello schermo del software di controllo si intende la
schermata principale visibile sia al computer portatile sia al monitor
feedback; è suddivisa in diverse finestre:
1. Finestra di visualizzazione del volume respiratorio del paziente
2. Finestra informazioni paziente
3. Finestra tempo sessione
4. Finestra messaggio utente
5. Finestra di informazione impostazioni del sistema
6. Finestra del conto alla rovescia di sospensione della respirazione
7. Acquisizione dati: pulsanti di pausa e registrazione
8. Barra dei menu
9. Area del volume di soglia
10. Valore del volume di soglia in litri
11. Visualizzazione volume in tempo reale
17
1. Finestra
di
visualizzazione
del
volume
respiratorio
del
paziente.
Fornisce una visualizzazione grafica del volume di aria che si sposta
attraverso il trasduttore in funzione del tempo. L’asse Y (volume in litri)
e l’asse X (tempo in secondi) sono regolabili in base ai diversi pazienti.
Una pendenza positiva sul grafico indica un’inspirazione del paziente,
mentre una pendenza negativa indica una espirazione.
2. Finestra informazioni paziente.
La finestra delle informazioni del paziente visualizza Nome, ID e
numero di Sessione del paziente in corso.
3. Finestra tempo sessione.
Permette di vedere il tempo in cui è stato attivato il sistema a partire
dal momento in cui il paziente è stato caricato, nel formato
ore:minuti:secondi.
4. Finestra messaggio utente.
Permette di comunicare all’operatore gli errori, lo stato operativo e i
messaggi di istruzioni del sistema. Comunica inoltre all’utente quando
è stato attivato il segnale di disagio del paziente visualizzando un
indicatore lampeggiante rosso e un messaggio di avviso.
5. Finestra di informazione impostazioni del sistema.
La finestra delle informazione sul sistema visualizza
i seguenti
parametri:
-
dimensioni trasduttore
-
modalità trigger: inspirazione o espirazione
-
durata sospensione respirazione in secondi
-
stato valvola a palloncino
6. Finestra
del conto alla
rovescia
di sospensione
della
respirazione.
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È illuminata in giallo quando è attivato il conto alla rovescia di
sospensione della respirazione; visualizza i secondi rimanenti del
periodo di sospensione della respirazione.
7. Acquisizione dati: pulsanti di pausa e registrazione.
I pulsanti Registra e Pausa avviano e arrestano la registrazione delle
informazioni della curva respiratoria.
8. Barra menu.
Permette l’accesso ai parametri del sistema.
9. Volume area di soglia.
La regione di soglia indica il volume da cui inizia la sospensione della
respirazione. Dopo l’attivazione del sistema, questa regione si illumina
di verde e una volta che questa viene superata da parte del paziente,
inizierà l’apnea.
10. Valore del volume soglia.
Volume d’aria che deve attraversare il trasduttore prima che il
palloncino si gonfi. Quando il palloncino è gonfio il paziente non riesce
a respirare perché questo gli blocca il normale respiro, una volta che è
finito il tempo di sospensione della respirazione, il palloncino si sgonfia
e il paziente tornerà a respirare.
11. Visualizzazione volume in tempo reale.
La visualizzazione del volume in tempo reale mostra il volume d’aria
che viene misurato in tempo reale dal trasduttore.
19
CAPITOLO 2- PARTE SPERIMENTALE
2.1 Introduzione
Con l’istallazione del nuovo acceleratore Synergy, l’Unità Operativa di
radioterapia del Policlinico di Modena ha acquisito anche il dispositivo
Active Breathing Coordinator nell’ambito di un progetto collaborativo di
ricerca propedeutico allo sviluppo della 4D-RT.
In questa tesi affrontiamo le problematiche dell’implementazione del
sistema valutando il ruolo del TSRM, l’impatto organizzativo e l’affidabilità
della procedura in termini di ripetibilità e precisione nel garantire la
correttezza delle geometrie di irraggiamento.
Il nostro studio ha analizzato il processo suddiviso in tre diverse fasi:
• Patient training
• Simulazione del trattamento con Sistema ABC
• Valutazione della riproducibilità del Sistema ABC.
2.2 Materiali e metodi
2.2.1 Patient training
Sono state reclutate pazienti affette da carcinoma mammario per le quali
era stata posta indicazione per un trattamento radiante adiuvante.
Lo scopo dell’addestramento è stato quello di consentire al paziente di
familiarizzare con il sistema e con le operazioni che dovrà eseguire, quali
mantenere un respiro regolare con l’uso del boccaglio e trattenere il
respiro al momento richiesto e per un tempo adeguato [12]. Un
addestramento accurato consente di migliorare l’aderenza del paziente
alla procedura, di migliorare le sue capacità al fine di sentirsi più preparato
al momento dell’uso dell’apparecchio durante la fase di simulazione e del
successivo
trattamento
radiante.
La
fase
di
addestramento
è
fondamentale, inoltre, per individuare importanti parametri: il valore di
volume soglia (il volume d’aria presente nei polmoni dopo l’inspirazione
20
forzata) e la durata dell’apnea (tempo di breath hold). Tali valori sono
specifici per ogni paziente.
Ogni paziente è stata addestrata lo stesso giorno della TC di simulazione
e ad ognuna è stato spiegato il corretto posizionamento del boccaglio e
l’importanza di mantenere una buona tenuta ermetica con l’aiuto delle
labbra [13]. Le pazienti hanno eseguito la procedura nella stessa
posizione prevista per il trattamento; è stato richiesto loro di respirare
liberamente attraverso il boccaglio e con il tappa-naso inserito, fin ad
ottenere una curva respiratoria regolare. Le pazienti sono state invitate ad
eseguire un’inspirazione profonda e trattenere l’aria per un intervallo di
tempo il più possibile lungo, ma tale da non provocare disagio. Le apnee
in inspirazione profonda sono state ripetute per almeno quattro volte,
intervallate da fasi di respiro libero. Sono stati registrati il volume
inspiratorio massimo (MIV), il volume di breath hold (volume soglia),
fissato ad un valore pari al 70% del MIV, il tempo di breath hold, definito
come la media della durata delle 4 apnee in inspirazione profonda. Il
valore del volume soglia e il tempo di breath hold sono stati inseriti nel
software ABC, nel file specifico della paziente.
2.2.2 Simulazione del trattamento con Sistema ABC
Avendo reclutato pazienti affette da carcinoma alla mammella, è stato
simulato un trattamento radioterapico specifico per la ghiandola
mammaria e quindi fatto riferimento ai tempi di trattamento standard delle
sedute radioterapiche per la mammella (circa 3 minuti di beam-on); questi
3 minuti (180 secondi) sono stati divisi per il tempo di breath hold stabilito
nella fase di training per ottenere il numero di apnee necessarie per il
tempo di reale esecuzione della seduta. Maggiori sono i secondi di apnea
e minore è il numero di apnee da far eseguire alla paziente per eseguire la
seduta di radioterapia.
21
Ogni paziente è stata riposizionata sul lettino nelle stesse condizioni della
fase di training, poi è stato attivato il Sistema ABC e collegato alla
paziente. Stabilizzato il respiro, è stato chiesto alla paziente di fare
un’inspirazione profonda al termine della quale il sistema ha iniziato la
fase di breath hold (figura 2). Durante la procedura venivano comunicati
alla paziente i secondi rimanenti in modo da aiutarla a trattenere il respiro
per tutta la durata programmata; una volta terminato il conto alla rovescia,
la paziente riprendeva a respirare liberamente.
Al termine di ogni fase di breath hold si è attesa la regolarizzazione del
ciclo respiratorio per poi ripetere la stessa procedura per il numero di
apnee necessarie per coprire un periodo di tempo di beam-on di 3min.
Volume soglia
1= Respiro libero del paziente.
2= Inspirazione profonda del paziente (il sistema viene attivato).
3= Superamento del volume soglia e inizio apnea.
Figura 2: Schema che mostra il ciclo respiratorio del paziente: respiro libero,
inspirazione profonda e trattenimento del respiro.
22
Alla conclusione della simulazione della seduta di radioterapia prevista per
il trattamento, è stata interrotta la registrazione della curva e si è registrato
il numero di apnee eseguite.
Per ogni paziente sono stati registrati i tempi dell’intera procedura di
simulazione del trattamento (dal momento in cui è stato posizionato il
boccaglio fino al completamento dell’ultima apnea) per poi stimare
l’impatto organizzativo legato all’utilizzo del Sistema ABC in fase di
trattamento.
Alla fine della procedura, ad ogni paziente è stato sottoposto un
questionario per poter raccogliere le impressioni riguardanti il sistema.
2.2.3 Valutazione della riproducibilità del Sistema ABC
Per valutare la riproducibilità del sistema, in particolare per valutare la
riproducibilità dell'anatomia della paziente in condizioni di breath hold
ogni paziente è stata sottoposta, oltre alla normale TC di centratura, ad
altre due scansioni TC (una in entrata e una in uscita) durante le apnee
ottenute utilizzando il Sistema ABC.
Ogni paziente è stata sistemata nella corretta posizione di set-up prevista
per il trattamento della mammella: in decubito supino, con entrambe le
braccia sopra la testa la cui riproducibilità è garantita dal Wing-board e un
cuscino cilindrico sotto le ginocchia (vedi figura 3).
23
Figura 3: set up paziente
Una volta identificato il corretto set up, sono stati posizionati dei reperi
radiopachi (di piombo) al centro del volume di interesse, precisamente due
laterali e uno centrale, con l’ausilio dei laser esterni; è stata acquisita la
scout view per definire il volume di acquisizione dalla base del collo al
diaframma comprendendo tutto il volume mammario e polmonare.
La scansione TC come da protocollo è stata eseguita mediante
un’acquisizione elicoidale delle fette con uno spessore di 3mm ciascuna e
con gantry a 0°, l’utilizzo di un kilovoltaggio fisso ed un FOV di dimensioni
tali da garantire l’acquisizione di tutto il volume di interesse comprendendo
PTV e un margine di alcuni cm sia craniale che caudale.
È stato utilizzato il tomografo computerizzato Aquilion Large Bore della
Toshiba Medical Systems, a dinamica volumetrica e ad alta risoluzione
isotropica. Si tratta di uno scanner TC a 16 strati appositamente studiato
per l’impiego in radioterapia, con un campo di scansione di 70cm e un
gantry di 90cm, il più grande della sua categoria che rende possibile la
scansione in modo accurato di pazienti di tutte le dimensioni e nelle
diverse posizioni di set up e che consente l’utilizzo di sistemi di
immobilizzazione per il trattamento radioterapico senza limitazioni.
24
Le caratteristiche principali di questo scanner TC sono:
•
Gantry di 90 cm.
•
Campo di vista di 70 cm.
•
Massimo scan fov 70 cm.
•
Spessore di fetta di 16 x 0,5 mm; 16 x 1,0 mm; 16 x 2,0 mm.
•
Velocità minima di rotazione di 0.5 s/rotazione.
Figura 4: Scanner TC
Dopo la scansione TC a respiro libero, sistemato il boccaglio e la molletta
tappa-naso, la paziente è stata invitata a respirare normalmente e ad
ascoltare con attenzione via audio le nostre richieste. Ottenuta la
regolarizzazione del respiro, le è stato richiesto di eseguire un'inspirazione
profonda; il Sistema ABC ha provveduto a bloccare l'inspirazione ad un
volume soglia impostato durante la fase di addestramento e si è dato
avvio alla scansione. Terminata la prima scansione in apnea, la paziente
ha ripreso a respirare liberamente. Regolarizzato il respiro è stata ripetuta
25
una scansione in inspirazione profonda, bloccata al volume soglia, con la
stessa procedura descritta precedentemente.
Le scansioni in apnea sono state esportate sul TPS Pinnacle e
sovrapposte usando come punto di riferimento la DICOM origin; in seguito
sono stati calcolati gli spostamenti lungo i tre assi delle clip chirurgiche
individuate dal medico all'interno del volume mammario.
Gli spostamenti sono stati calcolati in termini assoluti e relativi e in termine
di medie, deviazione standard, errore standard e limiti di confidenza delle
medie per definire la reale riproducibilità del sistema.
26
CAPITOLO 3- RISULTATI
3.1 Fattibilità
Dieci pazienti hanno completato la fase di addestramento con il Sistema
Active Breathing Coordinator. Solo una paziente, delle undici reclutate,
non ha completato la fase di addestramento, per scarsa compliance (non
è stata in grado di mantenere l’apnea per un tempo ragionevole). L’età
media delle undici pazienti è stata di 60 (SD ± 10) anni. Tutte le pazienti
avevano un ECOG performance status compreso tra 0 e 1.
Nella figura 5 è riportato il tempo di addestramento totale di ogni singolo
paziente; la media è stata di 37.7 min (SD ± 6.93).
Figura 5: tempo di training totale di ogni paziente.
Nella figura 6 sono stati riportati i tempi di breath hold; tutte le pazienti
hanno tollerato un tempo > 15 s e la mediana è stata 23.5 secondi di
apnea (range 16-30s).
Nella figura 7 sono stati riportati i volumi del valore soglia; la media del
valore soglia è stata di 1.21l (SD ± 0.31).
27
Figura 6: tempo di breath hold di ogni paziente
Figura 7: Volume soglia di ogni paziente
28
Per simulare l'utilizzo dell'ABC durante la fase di trattamento, è stato
considerato un tempo di beam on totale di 3 min, per cui è stato diviso il
tempo di beam on per il tempo di breath hold di ogni singola paziente.
Nella figura 8 è stato riportato il numero di apnee
necessarie per
completare la simulazione del trattamento; la media è stata di 8 (range 612). Nella figura 9 sono stati riportati i tempi totali di simulazione del
trattamento (non considerando il tempo necessario per il set-up); la media
è stata 9'39" ( SD ±1'46").
Figura 8: Numero di apnee per trattamento di ogni paziente
29
Figura 9: tempo simulazione trattamento radiante di ogni paziente
Dall’analisi dei questionari sottoposti alle pazienti è stato rilevato che
nessuna
paziente
ha
trovato
l’utilizzo
del
Sistema
ABC
molto
sconfortevole ma quattro di esse hanno definito scomodo l’uso del tappanaso.
Cinque pazienti hanno avuto problemi con la tenuta del boccaglio per tutta
la durata di addestramento mentre la tosse è stata la causa di interruzione
della fase di simulazione del trattamento in una paziente.
30
3.2 TC planning e riproducibilità
La valutazione è stata eseguita su dieci pazienti; per otto di queste è stata
effettuata una doppia rilevazione. L’assemblamento del Sistema ABC ha
richiesto un tempo medio di 10 minuti. L'utilizzo del breath hold durante la
scansione TC ha incrementato la risoluzione eliminando il blurring dovuto
ai movimenti respiratori, ciò ha migliorato la qualità delle immagini TC
(figura 10).
(a)
(b)
Figura 10: (a) scansione TC con respiro libero (effetto blurring). (b) scansione
TC con sistema ABC
Nelle figure 11-12-13-14 sono rappresentati gli spostamenti delle clip tra le
2 acquisizioni TC acquisite in breath hold . Le mediane sono state: asse X
(laterale) 0.35 mm (DS + 1.09), asse Y (longitudinale) 0 mm (DS + 2),
asse Z (dorso-ventrale) 1.3 mm (DS + 0.91), vettore 3D dello scostamento
1.54 mm (DS +1.48).
31
Figura 11: spostamenti delle clip lungo l’asse X
Figura 12: spostamenti delle clip lungo l’asse Y
32
Figura 13: spostamenti delle clip lungo l’asse Z
Figura 14: spostamenti vettore 3D
33
CAPITOLO 4- DISCUSSIONE
Molti autori hanno riportato che le tecniche di controllo del respiro possono
essere un utile strumento per ridurre l'irradiazione degli organi a rischio in
pazienti trattate con radioterapia conformazionale adiuvante per tumore
mammario [14].
Noi abbiamo condotto uno studio di fattibilità e valutato la riproducibilità
del trattamento eseguito utilizzando il Sistema ABC in questo setting di
pazienti.
Nella nostra esperienza tutte le pazienti arruolate, ad eccezione di una,
sono state in grado di eseguire tutte le procedure previste (fase di training,
TC di simulazione in condizione di breath hold e simulazione di un
trattamento radiante adiuvante sulla ghiandola mammaria).
L'utilizzo corretto dell'ABC in fase di pianificazione e di trattamento ha
richiesto un accurato training della paziente, la cui durata media è stata di
circa 38 min. Per un trattamento adiuvante sulla ghiandola mammaria con
tecnica conformazionale, a fronte di un tempo di occupazione bunker,
escludendo il tempo per il set-up del paziente, di circa 4 min, l'utilizzo del
Sistema ABC in fase di simulazione di trattamento ha richiesto un tempo
di circa 10 min. Il carico di lavoro aggiuntivo, solo per le singole sedute di
radioterapia, è quindi aumentato almeno del 60 per cento con un impatto
non trascurabile sul consumo di risorse. L'utilizzo del Sistema ABC,
perciò, implica per il TSRM un incremento del carico di lavoro e può
influire sulla scelta organizzativa delle singole strutture radioterapiche.
Il Sistema ABC garantisce una buona riproducibilità dell'anatomia del
paziente; nella nostra esperienza, nella fase di pianificazione, abbiamo
acquisito scansioni TC in condizione di breath hold in inspirazione
profonda separate da fasi di respiro libero. Abbiamo analizzato gli
spostamenti delle clip chirurgiche tra le diverse scansioni, gli spostamenti
medi sono stati di circa 1 mm, confermando la riproducibilità del sistema e
la ripetibilità dei parametri geometrici e volumetrici di irraggiamento.
34
Il movimento di organi e lesioni indotto dalla respirazione, è un importante
causa di degradazione della qualità di immagini e di deformazioni
geometriche, che possono portare ad incertezze in fase di planning
radioterapico.
Il planning radioterapico di solito si basa su una singola scansione TC
acquisita in “respiro libero”. Le immagini derivanti da questa acquisizione,
rappresentano la lesione in una posizione random del ciclo respiratorio,
pertanto il contornamento e il calcolo di dose sono applicati ad un modello
statico del paziente, senza tener conto del movimento respiratorio del
paziente in fase di trattamento.
La mobilità del tumore non è completamente prevedibile, non esiste infatti
una relazione certa tra la sede di localizzazione della lesione e la
consistenza degli spostamenti.
Questo può indurre errori sistematici nella definizione del target, ed
influenzare in modo significativo tutte le fasi di trattamento. Anche i
margini
convenzionali
tra
CTV-PTV
isotropici
possono
essere
personalizzati e ridotti di 1-2cm. L’utilizzo del Sistema ABC se si ne
confessa l’utilità potrebbe ridurre notevolmente tali margini con riduzione
del volume irradiato di circa il 20 per cento.
Grazie all'utilizzo di una moderna TC multislice che garantisce protocolli
molto veloci di acquisizione, utilizzando il Sistema ABC in fase di
pianificazione, abbiamo avuto la possibilità di realizzare in una singola
fase di breath hold un'intera scansione della regione toracica; ciò ci ha
permesso di ovviare ai problemi precedentemente descritti.
Un buon training dei TSRM è molto importante perché una buona
preparazione dello staff tecnico aiuta le pazienti a rilassarsi e svolgere le
procedure in maniera corretta. Tutte le pazienti hanno espresso giudizi
positivi riguardo le istruzioni date dal personale tecnico. L'importanza di
una chiara comunicazione è stata enfatizzata in un precedente studio
35
dove una scarsa comunicazione è stata addotta come causa della scarsa
tolleranza del Sistema ABC [15].
36
CAPITOLO 5- CONCLUSIONI
Il Sistema Active Breathing Coordinator sembra permettere un buon
controllo dell'organ motion, consentendo una significativa riduzione degli
artefatti dovuti al movimento, una miglior definizione del target ed un
maggior risparmio di dose agli organi e tessuti sani circostanti con
riduzione di volume del PTV stimabili intorno al 20 per cento.
L’uso del Sistema Active Breathing Coordinator in pazienti con tumore alla
mammella è risultato fattibile, ben accettato dalle pazienti e ripetibile.
Poiché il tempo di trattamento (simulato) è superiore a quello di un
trattamento standard di irradiazione mammaria, è consigliabile un tempo
di breath hold non inferiore a 15 secondi per poter eseguire le scansioni
TC in apnea di tutto il volume mammario e per contenere la durata del
trattamento radioterapico in un tempo accettabile.
In base alla nostra analisi preliminare l’utilizzo del Sistema ABC potrebbe
garantire un miglioramento del trattamento radiante in pazienti affette da
neoplasia mammaria a fronte di un aumento del carico di lavoro del TSRM
che deve farsi carico delle procedure di training, dell’utilizzo del Sistema
durante la TC di simulazione e il trattamento all’acceleratore.
Si ritiene utile effettuare ulteriori studi volti ad individuare sottogruppi di
pazienti che realmente possano avere benefici clinici dall'utilizzo del
Sistema, e per le quali il rapporto costo beneficio giustifichi realmente le
modifiche organizzative e il consumo aggiuntivo di risorse. Ulteriori
ricerche dovranno fornire dati adeguati per valutazioni di EBM e
informazioni utili per il SSN per analisi di governo clinico.
37
CAPITOLO 6- BIBLIOGRAFIA
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