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Thursday, 02 November 2017 12:20

L’adroterapia sugli organi in movimento: l’esperienza di CNAO

Marco Donna Basse Basse Basse Basse Donna Marco Basse Marco Donna Marco Donna Donna Marco L’adroterapia 4D
L’implementazione di una tecnica di irradiazione con adroni di organi in movimento rappresenta una sfida tecnologica e metodologica di grande interesse nella comunità scientifico-clinica internazionale. Il concetto risiede nella realizzazione di una tecnica di irraggiamento sincronizzata ai movimenti dovuti alla respirazione di tumori mobili. Questa tecnica, denominata adroterapia-4D, risulta particolarmente efficace per il trattamento selettivo di gravi forme di tumore quali il tumore al pancreas, al fegato, al polmone.

Considerando la predisposizione dei sistemi di delivery della dose con scanning attivo a poter essere rapidamente indirizzati verso target in movimento, il problema principale risiede nella capacità di localizzare in tempo reale la posizione del target e degli organi critici circostanti e di fornire questa informazione in tempo reale ai magneti di scansione del fascio (in-plane tracking) e a un sistema dedicato di modulazione dell’energia del fascio (in-depth tracking). Tecniche di tumor tracking sono già disponibili nella radioterapia tradizionale e si basano su modelli di correlazione esterno-interno che prevedono una fase di addestramento del modello di correlazione immediatamente prima dell’irradiazione, finalizzata a stimare i parametri ottimali della correlazione su base paziente specifica. A valle di questa sorta di addestramento, la localizzazione del target viene stimata dall’informazione fornita dai sistemi di localizzazione dei surrogati esterni (sistemi di computer vision basati su tecniche di tracking all’infrarosso) che determina la posizione del target con elevata risoluzione spazio/temporale.

La fattibilità di questa tecnica è stata già investigata aprendo la strada alla sua implementazione clinica. Tuttavia, questo passaggio risulta particolarmente complesso e delicato, a causa della elevata sensibilità dei fasci di particelle a variazioni di densità dei tessuti attraversati nel cammino verso il bersaglio. Ciò impone strategie specifiche di pianificazione del trattamento basate su imaging risolto in tempo (TAC e Risonanza Magnetica in 4D), la generazione di modelli di movimento paziente-specifici con metodi di registrazione di immagini con deformazione, l’impiego combinato di sistemi di visione artificiale con telecamere agli infrarossi e di dispositivi di verifica a raggi-X (Figura 1).

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Donna Basse Basse Basse Basse Marco Basse Marco Donna Marco Donna Donna Marco Donna Marco Gli "occhi" per sorvegliare e valutare il trattamento in una delle sale di trattamento
del CNAO: 3 telecamere ad infrarossi e un doppio sistema di  imaging a raggi-X.

La ricerca ha consentito per ora di ottenere risultati positivi in simulazione e in esperimenti di adroterapia-4D con tumour tracking su fantocci antropomorfi radioequivalenti, anche nel quadro di progetti europei (Progetto ULICE) (Seregni et al., PMB, 2013; Fattori et al., TCRT, 2014). L’obiettivo è ora quello di coagulare le competenze multidisciplinari a livello nazionale ed internazionale, necessarie a rendere questa tecnica applicabile sui pazienti in modo sicuro ed efficace.

Il trattamento con gating respiratorio
Se l’adroterapia 4D con tumor tracking è ancora in fase di studio e sviluppo, metodi di irraggiamento con adroni correlati alla respirazione sono già implementati clinicamente. Il più diffuso, applicato anche presso il CNAO, è il cosiddetto trattamento con gating respiratorio (Ciocca et al, Phys Med, 2016). La metodica prevede di inviare il fascio di terapia al paziente solo in corrispondenza di una specifica fase del ciclo respiratorio, definita durante la pianificazione del trattamento sulla base di una TAC-4D, e individuata da sistemi installati nel bunker di terapia che misurano l’attività respiratoria del paziente. La combinazione della modalità di irradiazione, sincronizzata al respiro, di opportuni sistemi di contenimento dell’escursione respiratoria (maschere di immobilizzazione) e di tecniche di rescanning del fascio (la dose viene rilasciata in vari passaggi per limitare le incertezze dovute al movimento respiratorio residuo), consente di ottenere un’ottima distribuzione della dose secondo quanto indicato nel piano di trattamento. Fondamentale è in questo caso assicurare la regolarità del movimento respiratorio del paziente e ricorrere a sistemi ridondanti (tracking ottico, fasce addominali sensorizzate con sensori di pressione) per combinare i segnali relativi all’attività respiratoria, abilitando l’erogazione del fascio solo in presenza di una via libera da parte di tutti i sistemi messi in opera.

In ogni caso, le tecniche di irradiazione risolte in tempo (4D) richiedono l’impiego di protocolli di Quality Assurance, volti a verificare l’effettiva corrispondenza tra dose depositata e dose pianificata. In questo senso vengono in aiuto metodi basati su modelli di movimento (estratti dalla TAC-4D ), che sono in grado di stimare l’intera configurazione anatomica del paziente istante per istante (Fassi et al., PMB, 2015; Meschini et al., Phys Med, 2017; Wölfelschneider et al., Med Phys, 2017). Anche tecniche di dosimetria in-vivo basate su PET-4D sono proposte come metodo di verifica in linea della qualità della somministrazione della dose correlata alla respirazione e ampiamente studiate in CNAO in collaborazione con centri di ricerca clinica europei (De Bernardi et al., Med Phys, 2016; Gianoli et al., PMB, 2016; Bisogni et al., J Med Imaging, 2017).

 

References
Ciocca M, Mirandola A, Molinelli S, Russo S, Mastella E, Vai A, Mairani A, Magro G, Pella A, Donetti M, Valvo F, Fossati P, Baroni G. Commissioning of the 4-D treatment delivery system for organ motion management in synchrotron-based scanning ion beams. Phys Med. 2016 Dec; 32(12):1667-1671. doi: 10.1016/j.ejmp.2016.11.107. Epub 2016 Nov 24

Wölfelschneider J, Seregni M, Fassi A, Ziegler M, Baroni G, Fietkau R, Riboldi M, Bert C. Examination of a deformable motion model for respiratory movements and 4D dose calculations using different driving surrogates. Med Phys. 2017 Jun; 44(6):2066-2076. doi: 10.1002/mp.12243. Epub 2017 May 12.

Meschini G, Seregni M, Pella A, Ciocca M, Fossati P, Valvo F, Riboldi M, Baroni G. Evaluation of residual abdominal tumour motion in carbon ion gated treatments through respiratory motion modelling. Phys Med. 2017 Feb;34:28-37. doi: 10.1016/j.ejmp.2017.01.009. Epub 2017 Jan 18.

Bisogni MG, Attili A, Battistoni G, Belcari N, Camarlinghi N, Cerello P, Coli S, Del Guerra A, Ferrari A, Ferrero V, Fiorina E, Giraudo G, Kostara E, Morrocchi M, Pennazio F, Peroni C, Piliero MA, Pirrone G, Rivetti A, Rolo MD, Rosso V, Sala P, Sportelli G, Wheadon R. J Med Imaging (Bellingham). 2017 Jan;4(1):011005. Epub 2016 Dec 2.

Gianoli C, Kurz C, Riboldi M, Bauer J, Fontana G, Baroni G, Debus J, Parodi K. Clinical evaluation of 4D PET motion compensation strategies for treatment verification in ion beam therapy. Phys Med Biol. 2016 Jun 7; 61(11):4141-55. doi: 10.1088/0031-9155/61/11/4141. Epub 2016 May 18.
De Bernardi E, Ricotti R, Riboldi M, Baroni G, Parodi K, Gianoli C. 4D ML reconstruction as a tool for volumetric PET-based treatment verification in ion beam radiotherapy. Med Phys. 2016 Feb; 43(2):710-26. doi: 10.1118/1.4939227.

Fassi A, Seregni M, Riboldi M, Cerveri P, Sarrut D, Ivaldi GB, de Fatis PT, Liotta M, Baroni G. Surrogate-driven deformable motion model for organ motion tracking in particle radiation therapy. Phys Med Biol. 2015 Feb 21; 60(4):1565-82. doi: 10.1088/0031-9155/60/4/1565. Epub 2015 Jan 23.

Fattori G, Saito N, Seregni M, Kaderka R, Pella A, Constantinescu A, Riboldi M, Steidl P, Cerveri P, Bert C, Durante M, Baroni G. Commissioning of an integrated platform for time-resolved treatment delivery in scanned ion beam therapy by means of optical motion monitoring. Technol Cancer Res Treat. 2014 Dec;13(6):517-28. doi: 10.7785/tcrtexpress.2013.600275. Epub 2013 Dec 17.
Seregni M, Kaderka R, Fattori G, Riboldi M, Pella A, Constantinescu A, Saito N, Durante M, Cerveri P, Bert C, Baroni G. Tumor tracking based on correlation models in scanned ion beam therapy: an experimental study. Phys Med Biol. 2013 Jul 7;58(13):4659-78. doi: 10.1088/0031-9155/58/13/4659. Epub 2013 Jun 18.

 


UN CASO CLINICO: CARCINOMA DEL FEGATO
Si riporta il caso clinico di un uomo di 63 anni indirizzato al CNAO a seguito di una diagnosi di carcinoma del fegato. Di seguito sono descritti i passaggi del percorso diagnostico terapeutico cui si è sottoposto.

IL DECORSO PRE-CNAO
2013: trapianto ortotopico di fegato per cirrosi HCV correlata (riscontro all’esame istologico definitivo del fegato nativo di HCC). Segue terapia antivirale con Interferon e Ribavirina da novembre 2008 a novembre 2009 (non responder) per recidiva epatitica istologicamente accertata HCV relata.

In seguito ad incremento dell’alfa-feto proteina (AFP) il paziente ha dovuto eseguire numerosi esami:

  • Ecografia con mdc: che conferma la presenza di nodulo di HCC paracavale, all’emergenza della vena sovra epatica sinistra, di 16 mm di diametro massimo.
  • Radiofrequenza percutanea della lesione nodulare.
  • RM addome: esiti di radiofrequenza su S8 in sede paracavale. Non si osservano segni di persistenza o di recidiva di malattia a tale livello.
  • Ecografia dell’addome: in sede paracavale a ridosso della vena sovra epatica di sinistra, nella sede della pregressa termo ablazione percutanea mediante RF, si osserva lieve disomogeneità strutturale del diametro di 17 mm compatibile con area necrotica.
  • TAC con mdc: con prevalente sviluppo interepatodiaframmatica posteriore si osserva una lesione espansiva di morfologia ovalare, del massimo diametro di 5.5 x 1.5 cm, riferibile a recidiva di malattia. La lesione appare indissociabile dalla vena cava di cui oltrepassa la parete per una lunghezza di almeno 18 mm, producendo al suo interno un piccolo trombo neoplastico sviluppato al suo interno sino a circa 18 mm di lunghezza, ma privo di significato emodinamico.

In considerazione delle dimensioni della lesione della infiltrazione dei vasi viene proposto per trattamento con ioni carbonio.

IL TRATTAMENTO RADIANTE CON IONI CARBONIO
Dal 01.09.2014 al 18.09.2014 è stato effettuato un trattamento radiante con ioni carbonio con sistema di scanning attivo per una dose totale 55,2 di Gy(RBE) (4,6 Gy(RBE)/frazione, 12 frazioni, 4 frazioni/settimana), con tecnica IMPT (Intensity Modulated Particle Therapy).

Il decorso clinico ha dimostrato un’ottima tolleranza al trattamento e non è stata registrata nessuna tossicità.

IL FOLLOW-UP: (FUP 37mesi)
Il paziente è attualmente in controllo locale di malattia senza alcuna tossicità correlata al trattamento. Nell’ottobre 2017 ha effettuato una RM all’addome superiore: rispetto al precedente controllo, la nota lesione trattata in cupola epatica in adiacenza alla confluenza delle vene sovraepatiche in VCI, appare ridotta in dimensioni con margini sfumati e mal definiti. Non si apprezzano aree focali di iperenhancement in fase arteriosa sospette per nuovi noduli di HCC. Non sicuramente più distinguibile l’immagine pseudo-nodulare ipovascolare segnalata al VI segmento. Invariati i restanti reperti.

Read 595 times Last modified on Friday, 17 November 2017 15:38

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