IMAGING TC/PET PER LA MODERNA RADIOTERAPIA
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AIFM LIGURIA
Corso di Aggiornamento Annuale
Stato dell’arte della fisica medica per radioterapia
in Liguria - 20 dicembre 2010
IMAGING TC/PET PER LA
MODERNA RADIOTERAPIA
M.Claudia BAGNARA
SC Fisica Sanitaria - A.O. Ospedale S.Martino - Genova
Con il contributo di Paola Moresco SS Fisica Sanitaria - Ospedale Santa Corona – Pietra Ligure
LA TOMOGRAFIA AD
EMISSIONE DI
POSITRONI (PET)
M.Claudia BAGNARA 2
IMAGING CON PET • PET (tomografia ad emissione di positroni): modalità di diagnostica per immagini che permette di identificare la presenza di un tumore ad elevata attività metabolica dopo la somministrazione di una sostanza radioattiva (tipicamente 18F-FDG) • Un tomografo PET-TC combina le due modalità PET e TC per ottenere un’immagine dell’attività funzionale metabolica “co-registrata” con la visualizzazione delle strutture anatomiche M.Claudia BAGNARA 3
TRACCIANTE
Molecola farmaco
Radioisotopo
Molecola marcata (RADIOFARMACO)
M.Claudia BAGNARA 4
IMAGING FUNZIONALE – TRACCIANTI PET
RadioIsotopo Tempo di dimezzamento
Prodotti da ciclotrone
11C 20,4 min
13N 9,9 min
15O 2,1 min
18F 110 min
64Cu 12,7 h
Prodotti da generatore
82Rb 1,25 min
68Ga 68 min
M.Claudia BAGNARA 5
SISTEMI PET E PET/CT M.Claudia BAGNARA 6
RAZIONALE DELLA PET/TC
IN UN UNICO ESAME:
• VISUALIZZARE ASPETTI DIVERSI/COMPLEMENTARI DI UNA STESSA
PATOLOGIA
• COMPENSARE PER LA NON SPECIFICITÀ DEI TRACCIANTI (localizzazioni
fisiologiche non patologiche)
• AUMENTARE L’ACCURATEZZA DI INTERPRETAZIONE
• ESEGUIRE UN’ACCURATA CORREZIONE PER L’ATTENUAZIONE
M.Claudia BAGNARA 7
INDICAZIONI DELLA PET IN ONCOLOGIA
• Ricerca del tumore primitivo
• Diagnosi di recidive
• Staging e restaging
• Distinzione variazioni
postoperatorie/tumore residuo
• Pianificazione terapia
• Monitoraggio terapia (valutare
risposta)
• Strumento prognostico
• La PET/CT è più accurata della
sola PET
M.Claudia BAGNARA 8
LA PIANIFICAZIONE DEL
TRATTAMENTO
RADIOTERAPICO
M.Claudia BAGNARA 9
RUOLO DELL’IMAGING • La conoscenza precisa ed il controllo della distribuzione della dose 3D/4D è essenziale per un positivo processo terapeutico • L’imaging è alla base di una terapia efficiente, utilizzato sia nel planning sia nel trattamento: – visualizzazione della neoplasia – corretta identificazione del volume bersaglio (target) – valutazione degli organi a rischio (OAR) – verifica del set-up • Gli sviluppi tecnologici raggiunti in entrambi i campi della radioterapia e dell’imaging diagnostico hanno portato ad una precisione sempre crescente nel trattamento dei tumori M.Claudia BAGNARA 10
RUOLO DELL’IMAGING • Gli sviluppi dell’imaging diagnostico forniscono immagini sempre più dettagliate che in passato, con l’aggiunta di importanti informazioni funzionali • Tutto ciò consente la possibilità di rilasciare dosi sempre maggiori ai volumi bersaglio, aumentando il risparmio dei tessuti sani e minimizzando la dose agli organi critici: dose mirata • Il rischio di secondo tumore a seguito di radioterapia radicale enfatizza la necessità di un’accuratezza ottimale nella delineazione dei volumi da trattare e nell’erogazione del trattamento M.Claudia BAGNARA 11
RUOLO DELL’IMAGING • L’IMAGING MOLECOLARE influenza la gestione del paziente oncologico, coadiuvando la personalizzazione del trattamento • La tomografia ad emissione di positroni consente la visualizzazione di alterazioni molecolari in vivo, quindi facilita la diagnosi precoce e il trattamento della malattia • Lo stato dell’arte dell’imaging con PET prevede l’uso di sistemi integrati PET-TC, che possono offrire informazioni combinate circa le caratteristiche molecolari e morfologiche dei tumori M.Claudia BAGNARA 12
DEFINIZIONE DEI VOLUMI
• Per definire i volumi, il radioterapista si basa soprattutto sulla
diagnostica per immagini
TC
– strumento di elezione con o senza MDC (descrizione anatomica di
volumi calcolo dosimetrico)
RM
– eccellente contrasto dei tessuti molli
PET
– informazioni fisiologiche, consente di visualizzare:
• attività proliferativa
• differenziazione regioni necrotiche o recidive (importante il tempo a cui
viene eseguito il controllo)
• individuazione di regioni ipossiche (effetto ossigeno responsabile di
una migliore risposta alla irradiazione del target)
M.Claudia BAGNARA 13DEFINIZIONE DEI VOLUMI
• NESSUNO strumento diagnostico raggiunge sensibilità e specificità
100% (cause: risoluzione spaziale, affinità specifica del tracciante o del
mdc, interpretazione immagini)
TC
- alta specificità ma bassa sensibilità
RM
- aggiunge informazioni funzionali (es. brain); efficiente per tessuti molli
PET
- (in teoria) alta specificità; uso di traccianti specifici (esochinasi, apoptosi,
ipossia, etc); accuratezza diagnostica ridotta da attivazione di tessuti sani
(reazioni infiammatorie, biodistribuzione fisiologica)
- SENSIBILITÀ: capacità di identificare correttamente i soggetti ammalati (alta sensibilità= basso
rischio falsi negativi)
- SPECIFICITÀ: capacità di identificare correttamente i soggetti sani (alta specificità= basso rischio
falsi positivi)
M.Claudia BAGNARA 14M.Claudia BAGNARA 15
Editorial / Radiotherapy and Oncology 96 (2010) 277–279 M.Claudia BAGNARA 16
Primary bladder cancer. Axial slices of 18F-FDG PET (upper left), CT (lower left) and fusion images (right). The primary
tumour is clearly depicted on CT images (arrow) but, due to low glucose consumption, no abnormality can be seen on PET
images. Physiological elimination of the radiopharmaceutical in the bladder is easily recognized.
Editorial / Radiotherapy and Oncology 96 (2010) 277–279
M.Claudia BAGNARA 17Metastatic prostate cancer. Axial slices of 11C-choline PET (upper left), CT (lower left) and fusion images (right). Focal
uptake of the radiopharmaceutical is clearly seen in the right proximal femur, without any abnormality on CT images.
Editorial / Radiotherapy and Oncology 96 (2010) 277–279
M.Claudia BAGNARA 18DEFINIZIONE DEI VOLUMI
• Essenziale l’obiettivo del trattamento
1. SE non si deve mancare alcuna cellula tumorale
scegliere modalità/tracciante e criterio di imaging più sensibile: potrei
includere falsi positivi, ma molto probabilmente includo tutte o quasi
le cellule tumorali
2. SE voglio preservare al massimo i tessuti sani ed includere
solo quelli sicuramente neoplastici
scegliere modalità e criterio di imaging più specifico: alcuni falsi
negativi (cellule tumorali) non verranno inclusi, ma avrò evitato di
includere tessuti sani
• Implementare un metodo di contornamento automatico che
sfrutta il dato PET (SUV -Standardizes Uptake Value)
• Attualmente, nessuna metodica di “thresholding” è
considerata valida per ogni situazione clinica
M.Claudia BAGNARA 19SISTEMI PET-CT
APPLICAZIONI ALLA RADIOTERAPIA
M.Claudia BAGNARA 20RUOLO DELLA PET IN RT
• La PET non ha rimpiazzato le metodiche standard di imaging
(TC, RM, US), che sono di solito impiegate dai radioterapisti per
definire i tumori
• Piuttosto, ha integrato tali modalità cambiando il modo di
programmare la terapia:
– vincoli di dose agli organi critici (riduzione del volume target se la
porzione ipercaptante è minore dell’immagine morfologia del
tumore)
– includere nel trattamento, ad esempio, linfonodi ipercaptanti ma
non riconosciuti come patologici alla TC
– modificare lo staging TNM e modificare l’approccio terapeutico
– i cambiamenti funzionali precedono quelli strutturali
– permettere migliore localizzazione del tumore rispetto alle immagini
anatomiche per diverse indicazioni cliniche
– dose ottimale: quantificare le proprietà biologiche del tumore per
determinare i volumi target (folllow up durante e post terapia)
M.Claudia BAGNARA 21USO PET PER RTP
• RT Planning
settore promettente per PET/CT
• Simulation scan PET/TC specifico per RTP
– diverso da quello diagnostico! Va programmato e
pianificato BENE
• Adattamento sistemi PET/TC per la radioterapia
• Trasferimento dati direttamente al TPS
• Definizione dei volumi sull’immagine PET/TC
• Evitare ulteriore scan TC
M.Claudia BAGNARA 22Immagine fusa PET/CT per definire il target
Piano di trattamento basato su PET/CT
Courtesy of University of Pittsburgh Medical Center
M.Claudia BAGNARA 23ADATTAMENTO SISTEMI PET-CT PER LA RADIOTERAPIA
A. LASER ESTERNI PER LA DEFINIZIONE DELL’ISOCENTRO
B. SUPPORTO PAZIENTE PIATTO IN FIBRA DI CARBONIO
(accessorio appoggiato sopra il lettino tradizionale)
C. ACCESSORI PER L’IMMOBILIZZAZIONE DEL PAZIENTE NELLA
GEOMETRIA DI TRATTAMENTO
D. SISTEMI DEDICATI “BIG BORE” (apertura gantry > 80 cm)
E. MARKERS
M.Claudia BAGNARA 24GATING RESPIRATORIO GE Healthcare Siemens M.Claudia BAGNARA Philips 25
M.Claudia BAGNARA 26
SET – UP DEL PAZIENTE • Il paziente deve essere posizionato simulando la posizione di trattamento stabilita dal radioterapista • Lo scan di centraggio PET è molto importante perché serve come schema per il trattamento: serve grande collaborazione tra i reparti di RT e MN • La posizione deve essere precisa e ripetibile, poiché tutte le sedute di RT dovranno essere effettuate in tale posizione M.Claudia BAGNARA 27
SET – UP DEL PAZIENTE
• ATTENZIONE! Alte dosi in prossimità del paziente (è
radioattivo)!
• Dose media ricevuta dal radioterapista durante il
centraggio: 5.1±2.6 µSv per paziente
• Utilizzo di procedura a due fasi (pre e post iniezione),
necessaria per ridurre i tempi e le distanze di contatto
(ridurre la dose di un fattore 3-4)
Ci vuole tanto tempo!!!
Personnel radiation dose considerations in the use of an integrated
PET-CT scanner for radiotherapy treatment planning.
Carson KJ, Young VA, Cosgrove VP, Jarritt PH, Hounsell AR.
Br J Radiol. 2009 Nov;82(983):946-9. Epub 2009 Mar 30
M.Claudia BAGNARA 28SET – UP DEL PAZIENTE: RUOLO DELLO STAFF
Radioterapisti e TSRM di RT
• Posizionamento e immobilizzazione del paziente
• Protocolli di acquisizione con condizioni note di riempimento vescica /alvo
Medici Nucleari e TSRM di MN
• Da formare sulle diverse esigenze di accuratezza di centraggio
• Non è importante la limitazione del contributo di dose CT al paziente (nel
contesto di un trattamento radioterapico è ininfluente)
• E’ importante considerare il maggior livello di esposizione del personale
durante le fasi di centraggio PET CT (il paziente è radioattivo!)
M.Claudia BAGNARA 29SET – UP DEL PAZIENTE: ACQUISITION PROTOCOLS
• Testa – Collo
Artefatti da movimento praticamente assenti salvo
considerare la deglutizione
Sistemi di immobilizzazione (maschere termoplastiche ,
vacuum…) devono essere utilizzate anche durante lo scan
PET TC
• Torace superiore: polmone, esofago, mammella
Artefatti dovuti al ciclo respiratorio (4D PET CT)
Supporti per il posizionamento paziente
Big Bore PET-CT Scanners
• Pelvi: prostata, retto, cervice
Posizione riproducibile degli arti inferiori
Vescica piena per RT vs. vescica vuota in PET (per minimizzare la radioattività)
M.Claudia BAGNARA 30M.Claudia BAGNARA 31
DATA TRANFERT, DATA FORMAT & DATA SECURITY M.Claudia BAGNARA 32
MN RT DATA WORKFLOW
• TRASFERIMENTO DI ENTRAMBI I DATASET (anatomico-TC e
funzionale-PET) AL TPS COME OGGETTI DICOM, INSIEME AD
ALTRI OGGETTI (TC, RM,…)
• VERIFICA DEL SET DI IMMAGINI
• DEFINIZIONE DEL GTV SUL TPS
• IL TPS INTERPRETA IL GTV PER LA CREAZIONE DI ALTRI OGGETTI
DICOM RT (RT-PLAN, RT- DOSE, RT-IMAGE)
M.Claudia BAGNARA 33MN RT DATA WORKFLOW
• DEFINIZIONE DEL GTV SULLA WS PET/TC
• TRASFERIMENTO DELL’INFORMAZIONE AL TPS COME UN
INSIEME DI ROI CHE DEFINISCONO UN VOLUME (VOI)
- GTV trasferito come un oggetto DICOM RT (SUPPLEMENTO 11,
PARTE 3, DICOM STANDARD)
• VERIFICA DEL SET DI DATI
• IL TPS INTERPRETA IL GTV PER LA CREAZIONE DI ALTRI
OGGETTI DICOM RT (RT-PLAN, RT- DOSE, RT-IMAGE)
ROI Superset VOI
M.Claudia BAGNARA 34DELINEAZIONE SEGMENTAZIONE
• DELINEAZIONE MANUALE VOLUMI: con opportuna interfaccia
– Svantaggi: operatore-dipendente (variabilità dei contorni,
scarsa risoluzione, display settings, esperienza individuale,
collaborazione con il medico radiologo, linee guida)
• SEGMENTAZIONE AUTOMATICA: basata su metodi di soglia
(threshold), dove i VOI sono definiti rispetto al SUV (maximum
specific uptake value) o all’attività massima all’interno di un volume
pre-definito
– Svantaggi: se il rapporto segnale/rumore è basso
• METODI CONTRAST-ORIENTED
• METODI GRADIENT-BASED
M.Claudia BAGNARA 35TrueD Creazione di ROI/VOI manuali esportabili in formato DICOM RT Creazione di VOI/ROI in automatico su tutte le slice dello studio PET -CT e successiva esportazione in DICOM RT M.Claudia BAGNARA 36
SUV - Standardized Uptake Value
• Indice (semi) quantitativo per
la valutazione di immagini
PET
• Rappresenta il dato
normalizzato dell’accumulo del
tracciante
• Consente il confronto fra
diversi studi dello stesso
paziente (follow up) o fra
pazienti diversi (stadiazione)
M.Claudia BAGNARA 37SEGMENTAZIONE DELLE IMMAGINI L’INDIVIDUAZIONE
DEL TARGET ONCOLOGICO
The black curve is the true contour of the
object (7.786 ml), whereas the red ones
J.A. Lee / Radiotherapy and Oncology 96 (2010) 302–307 correspond to thresholds respectively
equal to 20% (9.971 ml), 30% (7.747 ml),
40% (5.954 ml), and 50% (4.421 ml) of the
maximum uptake.
14 mm As can be seen, a threshold of 30%
delineates the object with nearly the right
volume but with an important mismatch.
No single threshold value is actually able
26 mm
to accurately recover the true object
contour.
The above toy example illustrates only
two difficulties, namely a non-uniform
High Res Img (PSF FWHM 1 mm) PET like Res Img (PSF FWHM 5 mm) uptake and a non-spherical shape.
Accuracy would further decrease with a
smaller object, heterogeneous
Uptake%
background uptake, larger voxels,
statistical noise, and/or object motion.
r
M.Claudia BAGNARA 38CONTORNAMENTO
DEI VOLUMI IN PET
T1-weighted MRI 18F-FET PET MRI-PET fusion
Transaxial slices of a clinical study with
a glioblastoma showing differences in
target volume definition.
Note that GTVMRI overestimates
the tumour extension relative to
BTVman.
BTV on PET basis
-Man (magenta)
-2.5 SUV isocont. (purple)
-40% BTV threshold (green)
-50% BTV threshold (cyan)
GTV on MRI basis
M.Claudia BAGNARA 39M.Claudia BAGNARA 40
M.Claudia BAGNARA 41
USO PET PER RTP • E’ strettamente necessaria, sia in fase di implementazione che in fase di routine clinica, una stretta collaborazione tra più figure professionali interessate quali medici (radioterapisti, medici nucleari, radiologi), TSRM (RT e MN) e FISICI M.Claudia BAGNARA 42
BIBLIOGRAFIA
Radiotherapy and Oncology 91 (2009) 85–94
IAEA report
Use of PET and PET/CT for Radiation Therapy Planning: IAEA expert report 2006–2007
Radiotherapy and Oncology 96 (2010) 275–356
SPECIAL ISSUE
PET in Radiotherapy Planning
The role of Positron Emission Tomography in radiation Treatment Planning
S.Bujenovic
Eur J Nucl Med Mol Imaging (2010) 37: 181-200
FDG PET and PET/TC: EANM procedure guidelines for tumour PET imaging: version 1.0
M.Claudia BAGNARA 43Puoi anche leggere
