Portada » Educación Artística » Optimización en Radioterapia: Conformación 3D, IMRT y Colimación de Campos
La forma del campo está primero dictada por la distribución del tumor, su extensión local y las metástasis locales (ganglios).
La dosis a los tejidos normales no solo no debe exceder su tolerancia, sino que debe ser también la mínima posible.
Dado que el volumen target incluye, con márgenes adecuados, el tumor demostrado y su extensión oculta, la irradiación del tejido normal fuera de este volumen debe evitarse en la mayor medida posible.
Estas restricciones pueden complejizar la forma del campo, requiriendo el uso de bloques.
La frecuencia y complejidad en la forma del campo variará de institución a institución; sin embargo, las técnicas complejas que implican la elaboración de bloques son a menudo utilizadas.
Los bloques de protección son comúnmente hechos de plomo.
El espesor de plomo para una adecuada protección depende de la calidad del haz y su consiguiente transmisión a través del bloque.
La transmisión de un haz primario de un 5% a través del bloque se considera aceptable en uso clínico.
Si “n” es el valor de capa hemirreductora, para obtener esta transmisión se usa la siguiente fórmula:
1/2n = 0,05 2n = 1/0,05 = 20 n log2 = log20 n = log20/log2 = 4,32
Así, el espesor de plomo entre 4,5 y 5 capas hemirreductoras debería dar menos del 5% de transmisión del haz primario.
Para dar forma al haz primario en terapia superficial y ortovoltaje se pueden usar las láminas de plomo, que pueden ser puestas directamente en la piel, pues su espesor es menor.
Idealmente, los bloques deberían tener sus paredes siguiendo la divergencia geométrica del haz. Esto minimiza la transmisión de penumbra, causada por la transmisión parcial del haz en los bordes del bloque.
Sin embargo, la divergencia en los bloques ofrece una ventaja limitada para haces con una gran penumbra geométrica, como es el caso del cobalto 60.
Numerosos sistemas han sido usados para dar forma al campo; el más usado es con una aleación con bajo punto de fusión comúnmente llamado “Cerrobend”. Tiene una densidad de 9,4 g/cm³ a 20°C (aproximadamente el 83% de la densidad del plomo).
En rangos de megavoltaje de haces de fotones, el espesor más comúnmente usado es de 7,5 cm, lo que es equivalente a 6 cm de plomo puro.
El procedimiento para la construcción de bloques de Cerrobend parte de una imagen de simulación o una radiografía en la que el radioterapeuta ha dibujado las áreas de bloqueo.
Así, se construye el molde en un bloque de styrofoam, donde el bloque de Cerrobend tendrá la divergencia adecuada, ya que el cortador ha sido ajustado a los parámetros geométricos de la máquina de tratamiento.
Los campos asimétricos son a veces utilizados para bloquear parte de la zona de tratamiento sin cambiar la posición del isocentro. El bloqueo rectangular del campo puede realizarse fácilmente con colimadores que se mueven independientemente.
Esto es muy conveniente para la unión de campos o al bloquear un mismo campo. En el último caso, el haz es bloqueado desde el centro del campo para eliminar la divergencia.
La mayoría de las máquinas modernas están equipadas con mordazas independientes, ya sea una, un par o todas.
Uno de los efectos de la colimación asimétrica es el cambio de la penumbra física y la «inclinación de la curva de isodosis hacia la curva bloqueada». Este efecto es simplemente el resultado del bloqueo, el cual elimina fotones y electrones dispersados desde la porción bloqueada del campo; del mismo modo, se reduce la dosis cerca del borde.
El mismo efecto ocurre en la curva de isodosis si se utiliza un bloque de plomo o Cerrobend.
Cuando se utilizan campos asimétricos, hay que tener especial consideración con la planitud o flatness y los parámetros dosimétricos usados para calcular las unidades monitor.
Consiste en un gran número de láminas de colimación que se mueven automáticamente, de forma independiente una de otra, para generar un campo con cualquier forma.
El MLC típico consiste en 80 láminas (40 pares) o más.
Cada lámina tiene un ancho de 1 cm en su proyección en el isocentro.
Están hechas de una aleación de tungsteno (densidad = 17-18,5 g/cm³) y tienen un espesor de 6-7,5 cm, dependiendo del tipo de acelerador.
El espesor de las láminas es suficiente para permitir una transmisión de rayos X primarios a través de ellas de menos del 2% (comparado con el 1% de las mordazas y el 3,5% del Cerrobend).
Una consideración importante en el uso de MLC para campos estacionarios es la conformidad entre los bordes del campo planificado, que es continuo, y el borde irregular o dentado creado por el MLC.
El grado de conformidad entre estos dos depende no solo de la amplitud proyectada de la lámina, sino también de la forma del volumen blanco y del ángulo de rotación del colimador.
La penumbra física con MLC es más grande que la producida por el colimador con mordazas o los bloques de Cerrobend. Esto usualmente no es grave, excepto para tratamientos con campos pequeños o cuando, al bloquear, se requiere cerrar estructuras críticas.
También, el borde dentado del campo dificulta la unión de campos adyacentes.
La transmisión entre las láminas es de menos del 3%, y puede ser minimizada con la combinación de mordazas en las zonas fuera de la abertura dada por el MLC.
En las últimas dos décadas, se han introducido dos nuevos grupos de avances que han permitido sofisticar los tratamientos de radioterapia.
En primer lugar, nuevas técnicas de imagen que permiten delimitar con mayor precisión el tumor (Gross Tumor Volume – GTV), sus áreas de expansión de enfermedad subclínica (Clinical Target Volume – CTV), y los órganos de riesgo dentro del campo de tratamiento.
En segundo lugar, el desarrollo de mejores sistemas de planificación en las tres dimensiones del espacio (3D).
Este conjunto de nuevos aportes nos permite administrar una mayor dosis total con una distribución espacial ajustada (conformada) de forma muy precisa al volumen tumoral, respetando los órganos sanos en la vecindad.
El concepto de radioterapia conformada en tres dimensiones ha sustituido en muchas situaciones clínicas a las planificaciones realizadas hasta ahora en solo dos dimensiones (2D).
Mayor limitante: Extensión tumoral.
Lo que vemos es el GTV; la dificultad es marcar el CTV sin dejar extensión tumoral fuera.
Si no precisamos el CTV, la conformación de la radioterapia 3D pierde significado.
Otros factores a considerar en la planificación (movimiento del paciente, de las estructuras internas, errores aleatorios, marcas fiduciales, etc.).
Al introducir la RDT 3D, obtenemos mejores resultados respecto a los tratamientos clásicos, ya que optimizamos las premisas clásicamente conocidas:
Sin embargo, se sabe que aproximadamente un 30% de los pacientes tratados con técnicas convencionales 3D recidivan, lo que se explica por las subpoblaciones clonógenas tumorales resistentes a las máximas dosis que podemos administrar (65 a 70 Gy), debido principalmente a los límites de tolerancia de los tejidos sanos.
Estos factores se consideran al marcar el PTV (Planning Target Volume).
El determinar la apertura de los campos se basa en el PTV, y debemos considerar la penumbra para establecer los márgenes entre el PTV y el borde del campo.
Aun si los campos han sido óptimamente diseñados, debe considerarse la respuesta biológica del tumor y los tejidos sanos.
Se han diseñado varios modelos que involucran TCP y NTCP, pero los datos clínicos para validarlos son escasos. Esto requiere cuidado al escalar dosis.
El clínico debe seguir las recomendaciones de la ICRU al definir GTV, CTV, PTV, etc. El PTV final involucra también la experiencia clínica.
La superioridad de la 3D-CRT se basa en cómo precisamos el PTV y cómo mejoramos la distribución de dosis. Más que una nueva modalidad, es una herramienta.
Principal diferencia: Información anatómica 3D, sistema de planificación que optimice la distribución de dosis.
Dependiendo de la modalidad de imagen, visualizaremos el tumor, estructuras críticas, referencias anatómicas y marcas, las cuales serán delineadas corte a corte durante la planificación.
En las BEV, vemos un display de segmentos en un plano perpendicular al eje central del haz.
Ordinariamente, dar un margen de unos 2 cm es apropiado, pero dependiendo del perfil del haz y las estructuras en la vecindad del PTV, pueden haber otros ajustes.
Hay que considerar la penumbra física.
La imagen se reconstruye desde una matriz de coeficientes de atenuación relativos medidos por el escáner del CT. La matriz son elementos de imagen de 1024×1024 llamados píxeles. Cada píxel es una medida relativa de coeficientes de atenuación lineal del tejido del haz del CT. Los valores de los píxeles se relacionan con la densidad del tejido, y a cada uno se le aplican correcciones por la inhomogeneidad del tejido en distribuciones computarizadas de dosis. Una de las habilidades de la planificación 3D es la posibilidad de reconstruir imágenes en diferentes planos, lo que se conoce como Reconstrucción Radiográfica Digital (DRR). Para obtener estas DRR, se necesitan imágenes de alta calidad y resolución, así como cortes pequeños (2-10 mm). Con el CT helicoidal, se reduce el tiempo para adquirir un gran número de imágenes y de excelente resolución. Además de la resolución, la planificación requiere especial consideración en la posición del paciente, los sistemas de inmovilización, las marcas externas visibles en el CT, y que la mesa del CT debe ser plana.
En la planificación, la resonancia puede usarse sola o en conjunto con las imágenes de CT. Se considera superior para discriminar en tejidos blandos, como tumores del SNC. También es mejor en tumores de cabeza y cuello, sarcomas, próstata y nódulos linfáticos. Por otra parte, es insensible a calcificaciones y estructuras óseas. Las imágenes de CT y resonancia se consideran complementarias, si bien existen diferencias. La diferencia básica y más importante es que el CT se relaciona con la densidad electrónica y el número atómico, mientras que la RNM se relaciona con la densidad protónica. La resolución de ambas es similar, aproximadamente 1 mm. La RNM toma más tiempo, por lo que es quizás más sensible o susceptible a errores por movimientos del paciente. La RNM tiene la ventaja de ser usada directamente para obtener imágenes axiales, sagitales, coronales o planos oblicuos. Uno de los requerimientos es la exactitud geométrica. De todas las modalidades, el CT es la mejor, y se considera la referencia para marcar ciertas estructuras anatómicas cuando se compara con otras modalidades de imagen. Las RNM funcionales también son un apoyo para ver la actividad fisiológica y mostrar los márgenes del volumen blanco y estructuras críticas para terapia altamente conformacional en cerebro.
Se aplica a correlacionar diferentes sets de datos de imágenes para identificar estructuras o regiones. Facilita la comparación de imágenes entre un estudio y otro, y fusionarlas con los datos utilizados en la planificación. Por ejemplo, programas que permiten fusionar imágenes de CT y RNM.
Se refiere a delinear, corte por corte, las regiones anatómicas de interés.
Se utilizan diferentes colores, lo que se visualiza en la configuración de las BEV o en otros planos usando DRRs.
Es esencial para los cálculos de los histogramas dosis-volumen (DVHs) para seleccionar las zonas de interés.
La segmentación es un proceso laborioso e importante; requiere juicio clínico y no debería delegarse a personal que no sea el médico a cargo del caso.
Luego de la segmentación, se determina la dirección de los haces y su apertura, para lo cual ayuda enormemente la BEV. Ya que los blancos y estructuras críticas se visualizan en diferentes colores a través de la segmentación y pueden verse en las diferentes direcciones en planos perpendiculares al eje central del haz.
Se prefiere direccionar los haces de forma que se separen lo más posible los blancos de las estructuras críticas, a menos que existan limitantes como:
Las BEV combinadas con las DRRs son de utilidad para seleccionar las direcciones y los bloqueos en los alrededores del blanco.
La apertura del haz se diseña manual o automáticamente, dependiendo de la cercanía de las estructuras críticas y de la incerteza de los márgenes entre el CTV y el PTV.
Hay que considerar la penumbra y la isodosis mínima requerida para cubrir el PTV.
Generalmente, un margen de 2 cm en los alrededores del PTV y el borde del campo asegura que la isodosis del 95% cubra el PTV, lo cual debe verificarse con la distribución de dosis.
La planificación 3D generalmente contempla el uso de múltiples campos.
Los campos múltiples no hacen indispensable el uso de haces de gran energía (más de 10 MV), pues la entrega de dosis al PTV se distribuye en un gran volumen.
Se pueden incorporar haces no coplanares, útiles en tumores de cerebro y cabeza y cuello.
El uso de múltiples campos crea problemas cuando se usan bloques de protección, por lo que una buena alternativa son los colimadores multilámina (MLC).
El MLC le da electrónicamente la forma al campo; la forma del campo o BEV es transmitida del programa de planificación al MLC.
La combinación de MLC y mordazas asimétricas proporciona una capacidad ilimitada de diseños de forma del campo.
Para campos pequeños, es necesario un MLC con láminas mini o ultrapequeñas; también se presentan problemas con bloqueos en isla.
Incluye aspectos físicos y biológicos en radiooncología (TCP, NTCP).
Tradicionalmente, se optimiza la planificación repetidamente usando múltiples campos, modeladores, pesos y direcciones apropiadas.
La distribución de dosis se evalúa viendo las curvas corte a corte, en planos ortogonales (transverso, coronal y sagital) o en vistas 3D de las superficies de isodosis. La superficie de isodosis cubre un volumen.
Proporciona información cuantitativa de cuánta dosis es absorbida por cuánto volumen.
Resume la distribución completa de dosis con una curva para cada estructura de interés.
Con los tratamientos RDT 3D, muchas veces se aprecia que el grado de conformación de la dosis al volumen tumoral y la capacidad de excluir los órganos de riesgo no es óptima, salvo en tumores pequeños y con formas relativamente sencillas, pero que además requieren ser tratados con múltiples campos. Por esto, empieza a surgir un nuevo tipo de planificación y administración de tratamiento con radioterapia conformada: la denominada Radioterapia de Intensidad Modulada (IMRT).
La IMRT es una nueva forma de RDT 3D basada en el uso de haces de irradiación optimizados, además, mediante incidencias de campos con intensidad de dosis no uniformes adaptadas al volumen blanco.
La IMRT nos permite administrar mayores dosis de irradiación con la posibilidad de conseguir una mayor precisión en la distribución conformada en el tumor.
Con la IMRT, podemos conseguir casi cualquier distribución de la dosis con una abrupta caída de la misma en los límites entre el volumen del tumor y los tejidos sanos de la vecindad.
Al contrario de lo que ocurre con los sistemas de planificación convencionales, en los que se emplea una selección arbitraria de especificaciones de los campos de tratamientos (ángulos, tamaños, formas, pesos, etc.) que se van ajustando mediante el método de ensayo y error hasta que se consigue una distribución de dosis satisfactoria.
En los tratamientos IMRT, 3).- se utilizan los sistemas de planificación inversa con optimizaciones informatizadas, que generan unos campos de tratamiento con perfiles de intensidad variable lo más ajustado posible a los criterios predefinidos por el especialista respecto a la distribución de dosis en el tumor y los órganos circundantes.
Lo que se genera mediante la planificación inversa de los tratamientos IMRT es una serie de campos con perfiles de intensidad variable que se usan como plantilla de referencia para la administración del tratamiento.
La apertura de los campos viene determinada por un patrón de intensidad generado en el proceso de optimización de la planificación, y, por ejemplo, 4).- con el desplazamiento de las hojas del sistema multiláminas dinámicas se genera una «ventana deslizante» con una forma y velocidad que se modifica a través de la amplitud del campo de tratamiento de forma dinámica, ajustándose constantemente al perfil de intensidad prescrito mediante un control informático.
Tradicionalmente, la radioterapia convencional entrega haces de intensidad uniforme, dentro de límites específicos de planitud.
Ocasionalmente, las cuñas u otros compensadores son utilizados para modificar la intensidad, compensando con ello irregularidades.
El término intensidad modulada se refiere a una técnica en la que una fluencia no uniforme es entregada al paciente.
Los perfiles de fluencia así generados son transmitidos electrónicamente al acelerador, equipado con un software y hardware para entregar los haces con intensidad modulada como fueron calculados.
La implementación de IMRT requiere al menos de:
Se han diseñado muchos sistemas moduladores de intensidad, como compensadores, cuñas, bloques, mordazas dinámicas, colimadores multilámina, colimadores de tomoterapia y escaneo de haces simples de intensidad variable.
De estos, solo los últimos se usan en intensidad modulada dinámica.
Compensadores, cuñas y bloques no se usan en IMRT moderna.
Las mordazas asimétricas se usan para dar distribución en forma de cuña.
Un acelerador con haces escaneados puede entregar haces simples con intensidad modulada, como es el microtrón.
En los aceleradores lineales, el control computarizado del MLC es lo más práctico para entregar haces con intensidad modulada.
Tratamiento con múltiples campos, y cada campo es subdividido en un set de subcampos irradiados con niveles uniformes de intensidad.
Los subcampos se crean con el MLC y se entregan como un conjunto, pero de uno en uno.
La composición de dosis aumenta al entregar cada subcampo, creando un haz con intensidad modulada.
Este método de IMRT es también llamado «step and shoot» o «stop and shoot».
La ventaja de este sistema es su fácil implementación.
La desventaja es la inestabilidad de algunos aceleradores en esos lapsos de «off» y «on», de segundos, para resetear las láminas.
En el método «dynamic step and shoot», la radiación está en «on» todo el tiempo, aun cuando las láminas se estén moviendo de una posición estática a otra.
Con esta técnica, se tiene la ventaja de disminuir los pasos en la entrega de los subcampos estáticos.
En esta técnica, el barrido de las láminas opuestas y correspondientes es simultáneo y unidireccional, cada una con una velocidad diferente.
El periodo de apertura de las láminas va seguido de intensidad variable en los diferentes puntos del campo.
Las láminas del MLC dinámico son capaces de moverse a una velocidad mayor a 2 cm por segundo. Todo controlado computacionalmente.
Los algoritmos de optimización entregan los perfiles de intensidad bajo la obligación de un máximo de velocidad y un mínimo de tiempo.
Usa un MLC dinámicamente para dar la forma al campo mientras el gantry rota en el modo de terapia en arco y el haz está en «on» todo el tiempo.
Es una técnica de IMRT en la que el paciente es tratado corte a corte con haces de intensidad modulada de forma análoga a las imágenes de CT, en la que la mesa se mueve continuamente como en un CT helicoidal.
Se ha de reconocer que la IMRT abre una nueva era dentro de la Oncología Radioterápica, permitiéndonos la posibilidad, siempre perseguida en Radioterapia, de ajustarse al máximo posible a los volúmenes blancos, respetando los órganos de riesgo de la vecindad, consiguiendo una precisión que hasta ahora no había sido posible.
Los datos preliminares nos indican que con IMRT podemos mejorar los resultados en cuanto al control local en tumores de próstata y la región de cabeza y cuello (fundamentalmente naso y orofaringe), aunque probablemente se demuestre beneficio en un futuro en otras localizaciones tumorales.
Además, la IMRT nos ofrece en algunos casos la posibilidad de reducir la toxicidad de los efectos secundarios con el tratamiento.
Sin embargo, la tecnología que disponemos hoy en día para administrar tratamientos IMRT de alta precisión es superior a la capacidad de las actuales técnicas de imagen para precisar cuáles son los límites del tumor frente a los tejidos sanos.
Hoy por hoy, la IMRT es una técnica compleja, costosa, que requiere una gran dedicación (de tiempo y recursos) y que tiende a producir un mayor número de errores, averías y dificultad en el control de calidad de los tratamientos frente a los tratamientos convencionales. Además, conlleva una mayor exposición corporal a dosis bajas de irradiación, cuyas consecuencias a largo plazo en este momento no son conocidas.
Los campos adyacentes son comúnmente usados en radioterapia, tales como «Manto» e «Y invertida» para el tratamiento de la enfermedad de Hodgkin.
En algunos casos, los campos adyacentes no son ortogonales, como los campos craneoespinales en el tratamiento del meduloblastoma o en los tumores de cabeza y cuello donde los campos laterales de cuello son adyacentes a un campo anterior supraclavicular.
En cada una de estas situaciones, existe la posibilidad de dar una sobredosis en la zona de unión. Además, esta zona puede ser de riesgo al ser una zona de recurrencia tumoral si es subdosificada.
Si la frontera geométrica del campo está definida por la curva del 50%, la dosis en el punto de unión será del 100%.
La distribución de dosis lateral al punto de unión es más o menos uniforme; depende del scatter (dispersión) entre los campos y la contribución de penumbra característica del haz.
Entre dos campos adyacentes que inciden, la unión estará dada por la profundidad (d)….
La dosis por encima del punto de unión será menor y bajo este punto será mayor.
En el caso de 4 campos, donde 2 inciden por un lado y los otros 2 son paralelos opuestos, la zona de unión generalmente se hace en la línea media («Manto» e «Y invertida»).
Los triángulos ABC y CDE son similares, donde:
CD/DE = BC/AB S1/d = ½ (L1/SSD1) S1 = ½ (L1xd/SSD1) y S2 = ½ (L2xd/SSD2)
Así, la separación total en la superficie está dada por:
S = S1+S2 = ½ L1 d/SSD1 + ½ L2 d/SSD2
En este caso, se muestra una geometría ideal en la que no hay superposición con su adyacente vecino opuesto. Hay casos en que hay zonas de superposición en las que el campo más grande diverge en el campo opuesto más pequeño. Allí, la dosis podría exceder la dosis en el eje central a la misma profundidad. Esto podría ser significativo si esta zona de superposición es la médula espinal.
El largo máximo de esta zona de superposición está en la superficie (ΔS) y está dado por:
ΔS = S1 – S2 y ΔS podría ser igual a cero si L1/L2 = SSD1/SSD2
Así, si los largos de campo son diferentes, se puede ajustar la SSD para eliminar la zona de superposición. También, si la brecha calculada (S1 + S2) se aumenta en ΔS, se evita la zona de superposición, pero a expensas de un punto frío en la línea media (ej.).
Lo que podría hacerse es aumentar la brecha (S1 + S2) en una cantidad ΔS*, que es lo bastante para eliminar la superposición en una región específica como la médula espinal.
ΔS* = ΔS (d- d*)/d*
Donde d es la profundidad de la médula desde la superficie anterior y d* es la profundidad a la línea media.
La separación puede realizarse optimizando la ubicación de los campos en el contorno, de modo que la distribución de dosis compuesta sea uniforme a la profundidad deseada y los puntos fríos y calientes sean aceptables.
Para tumores superficiales, puede ser difícil separar los campos sin dejar zonas del tumor libres. La línea de juntura debería dibujarse siempre antes de realizar la unión de los campos. Si hay una estructura sensible en la zona de unión, se puede colocar un bloque en un segmento adecuado, ya sea anterior o lateralmente, asegurándose de que allí no hay tumor. Como primera medida, la separación es posible para tumores que se encuentran en profundidad. Un método geométrico de separación de campos no ortogonales es definido por la luz del colimador; se sigue la divergencia en la piel y se marca este borde; desde este punto, se calcula la distancia S de separación:
S = ½ L d/SSD
, donde d es la profundidad a la que los campos deben juntarse.
El campo espinal, cuando es muy largo, puede ser separado en dos campos espinales con una brecha de unión calculada según fórmulas vistas anteriormente. La unión entre los campos craneales y espinales puede realizarse de varias formas:
La luz de los campos craneales es marcada en piel siguiendo su divergencia, en la superficie posterior del cuello; desde este punto, el campo espinal es separado por una distancia S = ½ L d / SSD, siendo d la distancia a la que se encuentra la médula espinal desde la superficie, L el largo del campo, y SSD para el campo espinal.
Los campos craneales tienen una rotación del colimador para seguir en una línea la divergencia del campo espinal, pero además de esto, por la divergencia propia de los campos craneales, hay que rotar también los pies de la camilla (couch).
Ángulo colimador = arc tan ( ½ L1 / SSD) Ángulo couch = arc tan ( ½ L2 / SAD)
Donde L1 es el largo del campo espinal posterior, L2 es el largo del campo craneal lateral, SSD es la distancia de la fuente a la superficie para el campo espinal, y SAD es la distancia fuente-eje para el campo craneal.
Asumiendo que la técnica SSD es la usada para el campo espinal y la técnica isocéntrica para los campos craneales.
Una alternativa para no tener que rotar el couch es eliminar la divergencia bloqueando la mitad del campo o con mordazas independientes cerrando el campo a la línea de unión craneoespinal.