un software per il calcolo della dose equivalente in radioterapia

CROAVIANOMichele AvanzomiCRO: un software per il calcolo delladose equivalente in radioterapiaSOC Fisica Medica, Centro di Riferimento Oncologico, Aviano, PNVenezia, 19/11/2010

Game of life- J.H. Conway, 1970,Tre regole:1 Una cellula muore di fame se non confina con almeno 2 cellule vive2 Una cellula con con più di tre cellule vicine muore per sovrapopolazione3 Nasce una cellula in una cella vuota con tre cellule vicine

Radiobiologia clinica1009080NTCP/TCP %70605040302010TCP TumoreNTCPFegato30 20 10 5 sedute010 20 30 40 50 60 70 80 90 100dose (Gy)

Modello lineare-quadratico• Risposta all’irradiazione in vitroS= ⎡e⎣-αD-βD⎤⎦2 N⎧S= frazione di cellule sopravviventi⎪ D= dose per frazione⎨⎪ N= numero di frazioni⎪⎩ α,β = parametri di radiosensibilità per l'organo in esame

Come si confrontano due schemidi frazionamento?• Due schemi di frazionamento sono equivalenti se:⎛ α 2 ⎞ ⎛ α 2 ⎞S1=S2 ⇔ N1 ⎜ D1+D 1 ⎟ =N2 ⎜ D2+D2⎟⎝ β ⎠ ⎝ β ⎠•Noti N 1 , D 1 e D 2 l’incognita è N 2 , oppure•Noti N 1 , D 1 e N 2 l’incognita è D 2

Durata della terapia

Biological Effective DoseBED=⎡ND⎢1+⎣D ⎤α / β⎥⎦• Due schemi di frazionamento sono equivalenti se:BED 1 =BED 2Correzione per il ripopolamento durante la terapia:BED =⎛ND⎜1+⎝Dα / β⎞⎟ −⎠0.693 ⎛max⎜0,α⎝t− TTpk⎞⎟⎠

Ellis (1960)•Si basa sull’osservazione di reazioni cutanee acute e controllo locale delcarcinoma squamoso•Funziona per gli effetti acuti per piccoli cambiamenti del numero di frazioni o deltempo di trattamento•Non tiene conto della diversità di sensibilità al frazionamento dei diversi tessuti•Non funziona bene per gli effetti tardivi

Quali parametri servono?Tumori:α = 0.27 – 0.35 Gy -1α/β = 1.5 – 10 GyTpot = 3 – 30 ggTk = 0 – 28 ggOARs:α/β = 0.75 – 10 Gy

Quali parametri abbiamo?Tumori:prostata, cervice, mammella, squamoso testa collo, nasofaringe,polmone

Dati α/β OARsOrgano / lesione di interesse:α/β (Gy)cristallino 0.75encefalo 2midollo cervicale 2midollo lombare 4osso, frattura 2.3polmone (polmonite) 4.8polmone (fibrosi) 3.4retto 3

Usare i parametri in vitro?Ipossia:Schwarz 1909,Gray 1953

Che cosa si fa quando non sihanno i parametri?

Studio del ca rinofaringe

Studio del ca rinofaringeSenza chemioCon chemio

Studio della fibrosi sottocutanea• L’irradiazione scatela la produzione di un fattore di crescitacellulare, il TGF-β• Si ha una maggior proliferazione dei fibroblasti ed una maggiorproduzione di collagene.• Indurimento e inspessimento del tessuto sottocutaneo• Peggioramento del risultato estetico della radioterapia

Studio della fibrosi sottocutanea• Curva dose risposta da dati di PBI = partial breastirradiation, a 2 frazioni / giorno

Che cosa si fa quando non sihanno i parametri?

Sarcoma… the overall treatment time did not influence local control. Therefore, prolongingoverall treatment time may not lead to accelerated repopulation.There was no statistical evidence of difference for the five-year local control andoverall survivall rates between the patients who received treatment in 3, 5, 10fractions / week.

Radiobiologia in radioterapiaConfrontare uno schema di frazionamento con un altro per ottenere lestesse complicanze ai tessuti sani o lo stesso controllo locale• Fowler (1950): “Ero incuriosito dai radioterapisti (così si chiamavano alloragli oncologi radioterapici) che prescrivevano 4000 rad (così si chiamavanoallora i cGy) ad alcuni pazienti e 6000 ad altri. Noi fisici sapevamo di potermisurare la dose con un’accuratezza dell’1% e di poterla erogare entro il5% per cui non capivamo quest’incertezza

Radiobiologia in radioterapiaVorrei trattare questopaziente Ho deciso in 5 frazioni di trattare invece questoche paziente 30, che in 5 dose frazioni devoinveceche 30, dare?A causa che di cosa un guasto succede allamacchina, all’organo il trattamento a rischio? dura 2settimane in più, che dose devodare in più per recuperare?Il paziente è stato trattato 2anni fa ricevendo una certadose al midollo, possoritrattarlo?

Radiotherapy dose calculator• l’operatore deve inserire a mano i parametriradiobiologici• Induce a credere che esistano parametri “standard”• Non calcola il recupero fermo macchina• Non calcola il cambio del numero frazioni

miCRO• Module for Iso-effect Calculations in RadiationOncology

Caratteristiche• L’operatore non deve inserire a mano i parametri• Gestione centralizzata parametri radiobiologici• Calcolo recupero fermi macchina• Calcolo x cambio numero frazioni• Generazione report

ConclusioniFisicaChimicaRadiobiologiaBiologiaMedicinaStatistica