January 31, 2014

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IMRT治療計画の最新動向Agility-Monaco-VMAT

エレクタ株式会社

営業マーケティング本部

リサーチフィジックス

岩井良夫

第2回大阪大学放射線治療セミナー（医学物理編）

平成26年2月8日、於 大阪大学吹田キャンパスコンベンションセンター

講演概要

• IMRTについて

• XiOのIMRTの評価関数

• Monacoの評価関数

• Elekta-VMAT

–TPSとMLCの関係

•まとめ

• 参考資料

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IMRTの定義

IMRTは、三次元原体照射の進化形であり、逆方向治療計画(インバースプラン)

に基づいた空間的、時間的に不均一な放射線強度を持つ照射ビームを多方向から照射することにより、病巣部に最適な線量分布を得る放射線治療法である。

IMRTガイドライン 2008年4月 JASTROより

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IMRTに対応しているElektaのTPS

• Step and Shoot XiO, Monaco

• Sliding window XiO*1, Monaco

–*Elektaのリニアックでは非対応

• VMAT Monaco

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January 31, 2014

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XiOのIMRTの線量制約

Type

Rank

Objective Weight

Volume

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TargetとOARでは、選べるObjectiveが違います。

Target : Minimum/Maximum → Goal

XiOのIMRTの評価関数（物理的制約関数3種類)

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Dose Volume

線量

体積

100%

0%

OARのうち、「○○％は当たってしまってもいいが、

残りは必ず守りたい」という場合につかう。

40Gy以上当たる領域を、30%以下に抑えたい

40Gy

30%Maximumで抑えてる

Dose Volume Objectiveは、複数あってもよい

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MonacoのIMRT (VMAT)の特徴

• 生物学的制約

– EUD (Equivalent Uniform Dose), Target, Serial, Parallel

• IMRT用治療計画機

– VMAT(Volumetric Modulated Arc Treatment, dMLC (dynamic MLC), sMLC(static MLC)

• モンテカルロ線量計算アルゴリズム

– XVMC (X-ray Voxel Monte Carlo)

N

i

iDfN

EUD1

)(1

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生物学的放射線治療効果

生物学的な評価関数として、組織に依存した線量応答特性（治療効果、副作用）を使えばいい。

腫瘍細胞(cold spot に敏感)

直列臓器(脊髄など、体積効果は小)

並列臓器(肺、肝臓など、体積効果大)

生物学的な評価関数を使うとDVH全体を評価して制御できる！

鎖は一箇所が切れたら機能しない ロープは多少ほつれても機能する

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EUDについての簡単な解説http://www.elekta.co.jp/software/download/pdf/EUD%20Leval%20I%20_%20Final.pdf

Monacoの線量制約の1例

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生物学的（EUD）制約関数 3種類物理的制約関数 7種類

Type?

Rank

Cost Function Weight (auto or manual)

Volume

最適化計算１回あたり、最大線量を与えるボクセルに影響を与えるだけ（反復最適化すれば毎回１点だけ着目する線量改善方法になる）

Spinal Cord < 45 Gy

45 Gy

Vo

lum

e

直列臓器に最大線量制約を与えると

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直列臓器にEUD (a > 0)評価を使うと

dose

Vo

lum

e

Spinal Cord

EUD < 35 Gy

線量効果F(D) = Σ Dikの改善効率は dF(D)/dD で計算可能

あるボクセルの線量を1 cGy下げるとEUDは何cGy下がるか？

最適化は改善効率が高い方向に進む。

dF(D)/dD = k Σ Djk-1 高線量ボクセルが

低線量化

臓器全体を評価している！

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線量

体積

DVH 評価では、DVHの１点をコントロールするだけ

50 % of parotid < 30 Gy

30 Gy

50 %

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線量

体積

D0 =30 Gy

50 %

NTCP関数モデルによる並列臓器の評価

f (D) df(D)/ dD = ((1/d)1+k k)/(1+(1/d)^k)2

D/D0

df(

D)/

dD

臓器全体を評価している！！

D0 の前後の線量ボクセルを最も線量低下する方向に最適化を進める

NTCP

Normal Tissue Complication Probability

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Monaco とXiOによるIMRT最適化の比較評価

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不等式制約条件付きの最適化

• RadFan ５月臨時増刊号 2013

• Elekta ホームページ http://www.elekta.co.jp/software/pdf/Monaco_20130428.pdf

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Monaco 5.0

All in one 全ての機能が一つに(3D 対応）

Ribbon UI 全く新しいユーザーインターフェイス

GPU calculation より早い計算

Monaco 5.0 in Treatment management System

3D conformal radiation therapy, stereotactic cone, GPU-based

Collapsed Cone calculation and dose service are pending FDA

510(k) clearance.

Monaco 5.0 is not available for sale or distribution in all markets.

Please contact your Elekta representative for details.複写・転用禁止

VMAT• Volumetric Intensity Modulated Arc Therapy (VMAT)

• 1 回転照射もしくは複数回転照射 による理想的な線量分布

• IMATに加えて、線量率やガントリー回転速度も変調させる

• 照射時間は１分～３分/ arc

• ダイナミックに移動するもの– ガントリの回転と回転速度

– MLC

– ダイアフラム

– 線量率

– コリメータ角度

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• 2008年 8月 VMAT臨床開始

• 2010年 1月 Monaco-VMAT臨床開始

• 2013年 6月 Agility-VMAT臨床開始

• 2013年 10月 Monaco-Agility-VMAT臨床開始

• 2014年1月31日時点で Agility-VMAT 5施設

国内でのElekta-VMAT

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Agility-Monaco-VMAT(前立腺)

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•新設計80対(160枚)MLC

• 40 cm×40 cm (Full Field), 全て 5mm幅

– 40 cm X 30 cmのFieldをDynamic MLCで対応可能

•漏えい：0.5%以下

•MLC公称厚さ：9 cm

•人工ルビー搭載

Agility おもな仕様

Target側から見た様子。

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Agilityの構成

• 右図はIsocenterから見た様子。手前から

– Multi-leaf and guides

Dynamic leaf guide (DLG)

-20~-5 cm (3 cm/s)

Multi leaf collimator (MLC)

DLG+0~+20 cm (3.5 cm/s)

– Diaphragms

-20~+12 cm (9 cm/s)

• DiaphragmsとLeafの先端は両方ともround形状。

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ダイナミック照射を前提とした新設計リーフ

Agility - Seamless field delivery

160 x 5mm 40cm x 40cm field

小照射野から大照射野まで全て5mmリーフで治療可能

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リーフ最高速度最大6.5cm/s

Agility – fast, optimized field delivery

治療時間短縮

Interdigitation対応

照射野最適化治療時間短縮（特にIMRT）

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Agility – safe, accurate field delivery

光学的ポジショニングシステム

（人工ルビー採用）

高速度リーフの管理に遅れが発生しない

QA時間の短縮ダイナミック照射時の

リーフ位置許容値1mm

線量分布エラーの低減

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Agility – Low Transmission

コリメータ最高速度9 cm/s

速いリーフの能力を妨げない

漏洩 0.5%以下実照射野外の

線量低減患者への無駄な

被曝を低減

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Head and Neck: Monaco-VMAT (Monaco v3.3)

• Synergy with Agility

• 6 MV

• 2 arcs

• 70 Gy D95, 60 Gy, 54 Gy, 50 Gy / 35 fraction (SIB)

• Planning time (optimization and dose calculation): 50 min.

• Number of segments : 199

• Number of monitorunits (# MU): 805.8 MU

• Delivery time : 210 seconds (3 min. 30s)

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Head and Neck: Monaco-VMAT

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January 31, 2014

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最新のVMAT(頭頸部)

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VMAT-SRS for 14 brain mets

• Synergy with Agility

– Single Isocenter (no couch shifts)

– 4 arc VMAT 1 full arc and 3 half arcs

– Prescription: 20 Gy Single Fraction, D95 prescription

• TPS

– Monaco 3.30.00

– Calculation time: 50 min.

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まとめ

• AgilityによるIMRT(VMAT)プランの向上及び治療時間短縮

– 高い遮蔽性能→OARの線量低下– リーフ速度→治療時間の短縮＋プランの向上

– 照射野サイズ→Sprit fieldの削減、治療時間の短縮

• MonacoによるMLC性能を最大限引き出すIMRT(VMAT)プラン

– MLC速度に対応した線量計算（最大1024 CP/Arc)

– Monte Carlo線量計算アルゴリズム

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Elekta TPS関連リンク集

• Monaco

– 不等式制約条件付きの最適化http://www.elekta.co.jp/software/pdf/Monaco_20130428.pdf

• XiO

– 線量計算アルゴリズムからPC上でのDVH解析までhttp://www.elekta.co.jp/software/download/pdf/XiOInside_005_120810.pdf

– 2012東北オンコロジーミーティング基礎物理セミナー PDDと放射線基礎物理http://www.elekta.co.jp/software/download/pdf/20120602TohokuSeminerText.pdf

– 操作の裏技を説明したTIPS集http://www.elekta.co.jp/software/download/pdf/XiO_TIP20130301.pdf

• 他にもあります！是非、下記HPにアクセスしてください。http://www.elekta.co.jp/

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