innehåll - msf.lu.se · radiobiologi. biological effect. repair mis-repair mutation viable cell...
TRANSCRIPT
Innehåll
1. Bakgrund
2. Grundläggande dosimetri
3. Radiobiologi
4. Radioterapiprocessen
5. Klinisk dosimetri
6. Behandlingsoptimering
1. Bakgrund
Cancer
http://www.cancerfonden.se6
Antal cancerfall 2012: 57270
Beräknad 5-års överlevnad 72%
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 vävnadmåste 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
12
Strålslag
Elektromagnetisk strålning• Fotonstrålning
(~ 4-20 MV)
• Röntgen
• Gamma
Partikelstrålning• Elektroner
(~ 4-20 MeV)
• Protoner, alfa, joner
• Neutroner
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
19
Depth dose - photons
10x10 cm2, SSD=100 cm
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0 5 10 15 20 25 30
Djup (cm)
Do
s
4MV
6MV
10MV
18MV
20
Depth dose - electrons
20x20 applikator, FHA=100 cm
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0
Djup (cm)
Do
s (
%)
4 MeV
6 MeV
8 MeV
10 MeV
12 MeV
15 MeV
18 MeV
20 MeV
22 MeV
Reference dosimetry
Measurable
broad-beam
quantity
Water tank
In the radiotherapy clinic
International measurement system
0,00024 ºC ~ 1 Gy
Primary standard laboratory
0,00024 ºC ~ 1 Gy
Primary standard laboratory
Reference dosimetry protocols
~ 1.5% uncertainty
3. Radiobiologi
Biological effect
repair mis-repair
mutation
viable
cell
not repaired
cancer
cell
death
Radiation damage of biomolecules
From Folkard
Cell survival vs. dose
0.0001
0.001
0.01
0.1
1
0 2 4 6 8 10
Su
rviv
al, S
D (Gy)
Cell survival and oxygen
O2O2
hypoxia
Cell survival and LET
Fractionated radiotherapy
Single dose Fractionation
Total absorbed dose
Serial and parallel organs
From: Ågren Cronqvist et al, 1995
Medulla
Spinal cord
Endpoint : Myelitis/necrosis
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Dose (Gy)
NT
CP
v= 1.00
v= 0.75
v= 0.67
v= 0.50
v= 0.33
v= 0.25
NTCP lungaLung
Endpoint : Pneumonitis
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Dose (Gy)
NT
CP
v= 1.00
v= 0.75
v= 0.67
v= 0.50
v= 0.33
v= 0.25
Tumour control (TCP)
Complications (NTCP)
)1( NTCPTCPP
The therapeutic window
Probability
4. Radioterapiprocessen
40
Fixation
Skiktröntgen (CT) Inritning av tumör
och riskorgan
Dosplanering
Verifikation
Behandling
Radiotherapy process
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 over-
lapping OAR
OAR
Dose distribution
ICRU reference point
Dose Volume Histogram (DVH)
DifferentialDVH
ICRU recom:-5% to +7% OK
Cone-beam CT
Elekta Synergy,
XVI (X-ray Volume Imaging)Varian,
OBI (On-Board Imager)
Information from imaging
Matching CT data
“Dancing prostate”
Max.Inspiration Min.Inspiration PTV
Intra-fractional movement
Lung tumour example
5. Klinisk dosimetri
Incidents and accidents
2D measurements
Dose matrix from TPS Measured dose on array
Error in dose
calculation!
2D measurements
3D measurements
From Sofie Ceberg
In vivo measurements
Placing tube in patient
Imaging and localisationLead marker positionTLD position
ISO
Comparing with treatment plan
6. Behandlingsoptimering
! !
Forward calculation
?
??
Inverse calculation
Rotational techniques
Elekta TomoTherapy
Decision variable
Optimized beam intensity
Realisation using MLC
Per Engström 2007
Step and shoot
Leaf A Leaf B
Per Engström 2007
Step and shoot
Position
Intensity
Step wise modulation
Per Engström 2007
Dynamic MLC
Leaf A Leaf B
Position
Intensity
Continuous modulation
Prostata treatment
Slide: courtesy of Anton Mans (NKI, Amsterdam)
Accumulerad
absorberad dos
i patienten
Multiple targets and risk organs
Multiple objectives
Trade-off for different systems
Step-and-shoot (Nucletron)
Dynamic (Varian)
TomoTherapy
Example: Total marrow irradiation
Example: Cranio-spinal irradiation
Example: Multiple targets
58 Gy
Be ware of hot- and cold-spots
Static tumour Moving tumour
Intra-fractional motion
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.
The low dose bath
It makes a difference!
Radiotherapy with protons and ions
Från Jonas Johanssons avhandling 2006
Radiotherapy with protons and ions
Scanning proton beam
http://radmed.web.psi.ch/asm/pt_project.html
Sp
ot
scan
nin
g
95
Dose planning for spot scanning at PSI
Lomax et al
96
Gantry
Diameter ca 10 m, vikt ca 120 ton
98
Heidelberg: Isocentric proton & ion gantry
Proton gantry in Boston
Swedish national center (2015)
Thank you!