IMRT planning in UMC Utrecht: van autoplanning naar real-time planaanpassingen

Transcriptie

1 IMRT planning in UMC Utrecht: van autoplanning naar real-time planaanpassingen Gijsbert Bol Dennis Winkel Charis Kontaxis Bram van Asselen Bas Raaymakers

2 Overzicht Waarom autoplanning? Klinische autoplanning Technisch framework Resultaten retrospectieve prostaatstudie Klinische pilot autoplanning prostaat MR-linac: Interfractie autoplanning Dose shift Intrafractie planaanpassingen

3 Waarom autoplanning? Verbeteren plankwaliteit Geen tijdsdruk Consistenter dan handmatig plannen Meerdere templates / optimalisatieregimes Herplanning strategieën Vergemakkelijkt grote planningstudies Bevordert afdelingsefficiëntie

4 Klinische autoplanning: framework TPS UMCU: Monaco 5.1 IMRT / VMAT + Monte Carlo dose engine (XVMC) Automation toolkit: Automatiseert interacties gebruiker Research tool Geen onderdeel van het commerciële product

5 Automation toolkit Monaco Dicom import Template selectie Aanpassen dosismodel / optimizer settings Aanpassen constraints / objectives Uitlezen planparameters Dicom export

6 Automation toolkit Monaco Autoplanning regime: Fase 1: fluentie optimalisatie PTV coverage Fase 2: segment shape optimalisatie Sparen OAR Wishlist

7 Klinische autoplanning workflow Volumetool Dicomserver Queuing system Monaco 1 Monaco N Clinical Monaco database Review plan(s)

8 Klinische autoplanning workflow: Volumetool

9 Klinische autoplanning workflow: Dicomserver Genereren planning job:

10 Klinische autoplanning workflow: Queuing systeem Queue server Houdt alle planning jobs bij Failsafe mechanisme Configuratie server Configureert welke Monaco stations welke jobs toegewezen krijgt Monaco planningstations Melden zich aan bij queue- en configuratieserver Rapportagesysteem Running, queued, failed, completed

11 Klinische autoplanning workflow Volumetool Dicomserver Queuing system Monaco 1 Monaco N Clinical Monaco database Review plan(s)

12 Research autoplanning workflow Research/Study Volumetool Dicomserver Research / development tools Queuing system Monaco 1 Monaco N Research Monaco database Analyse plan(s)

13 Autosegmentatie workflow (Admire) Volumetool Importer Research / development tools Queuing system Admire 1 Admire N Dicomserver Volumetool

14 Retrospectieve autoplanning prostaat SIB prostaat IMRT 5 bundels EBV 77 Gy PTV 72 Gy 50 patienten Training set 150 patienten Test set

15 Autoplanning resultaten: 20 patienten

16 Klinische resultaten: 20 patienten

17 Dosimetrische vergelijking Structure Parameter Autoplanning Clinic PTV prostate Maximum Dose (Gy) 80.9 ± ± 0.9 Mean Dose (Gy) 77.4 ± ± 0.2 V95 (%) 99.5 ± ± 0.3 PTV prostate and seminal vesicles V95 (%) 99.1 ± ± 0.3 Rectum Mean Dose (Gy) 37.8 ± ± 5.5 V72Gy (%) 1.5 ± ± 1.3 V50Gy (%) 31.2 ± ± 9.2 Sphincter Mean Dose (Gy) 19.6 ± ± 9.8 Bladder Mean Dose (Gy) 36.2 ± ± 9.5 V72Gy (%) 4.0 ± ± 2.4 Body Mean Dose (Gy) 6.4 ± ± 1.2

18 Dosimetrische, segment en MU vergelijking

19 Klinische introductie autoplanning prostaat: pilotstudie Workflow: geen probleem Laborant interactie van 1 uur naar 2 minuten Exclusief reviewing Introductie uitgesteld: Soft constraints Heupkop constraint Dmax < 50 Gy Strakke gradient prostaat rectumovergang Subtiele interpretatieverschillen protocol Artsen en laboranten

20 Klinische introductie autoplanning prostaat: pilotstudie Handmatig Autoplanning

21 Klinische introductie autoplanning prostaat: pilotstudie (Extra) voordelen autoplanning Protocollen Grondige review Explicieter Betere plannen voor hele patientengroep Valkuilen: Teveel focus op technisch framework Blijven updaten protocollen Updates TPS en technieken Nieuwe sites: Rectum Library of plans (blaas, cervix)...

22 MR-linac autoplanning

23 MR-linac behandelcyclus Image acquisition and VOI delineation Delivery Online treatment planning

24 Interfractie autoplanning Volledige heroptimalisatie Compenseert voor anatomische veranderingen Inclusief deformaties Klinische optimalisatie constraints Gegeven dosis gebruiken als bias dose Maar: Vergt een gevalideerde intekening Lange optimalisatietijden Wel mogelijk voor simpele sites: botmetastasen Intrafractiebewegingen worden niet meegenomen

25 Dose Shift Pre-treatment dosisverdeling Bol et. al 2013 PMB

26 Dose Shift Knip het hoge dosisgebied uit Bol et. al 2013 PMB

27 Dose Shift Transleer / roteer op basis van huidige anatomie Bol et. al 2013 PMB

28 Dose Shift Transleer / roteer op basis van huidige anatomie Bol et. al 2013 PMB

29 Dose Shift Transleer / roteer op basis van huidige anatomie Bol et. al 2013 PMB

30 Dose Shift Genereer nieuw plan en straal direct af Bol et. al 2013 PMB

31 Dose Shift Compenseert rigide rotaties en translaties Ook grote rotaties, > 5 Geen intekening nodig Snel optimalisatie algoritme Ook toepasbaar op reguliere linacs Conebeam Fiducials

32 Intrafractie planaanpassingen Flexibele planning pipeline Veranderende anatomie Direct afstraalbaar PTV coverage Adaptive Sequencer (ASEQ)

33 ASEQ Iteratief proces: Fluence optimalisatie Eén segment per iteratie Segment wordt direct afgestraald Afgestraalde dosis wordt afgetrokken van totale dosis Wordt herhaald totdat de totale dosis is afgegeven Fluence Optimization Segmentation Calculate delivered dose Subtract dose ASEQ Kontaxis et. al 2015 PMB

34 ASEQ: fluence optimization Normale fluence optimalisatie Doeldosisverdeling van de dag Fluence Optimization Segmentation Calculate delivered dose Subtract dose Kontaxis et. al 2015 PMB

35 ASEQ: segmentselectie Creëer segmenten voor alle bundels Sorteer deze op efficiëntie Groot oppervlak + veel MU Selecteer het beste segment Straal segment af Fluence Optimization Segmentation Calculate delivered dose Subtract dose Kontaxis et. al 2015 PMB

36 ASEQ: bereken de afgegeven dosis Fluence Optimization Segmentation Calculate delivered dose Subtract dose Kontaxis et. al 2015 PMB

37 ASEQ: verminder de totale dosis Current dose Segment dose Fluence Optimization Segmentation Calculate delivered dose Subtract dose Kontaxis et. al 2015 PMB Updated dose

38 ASEQ Stop criteria: Aantal segmenten Segment efficiëntie wordt te laag Percentage afgegeven dosis op het target (convergentie) Op dit punt: Convergentie < 100% Schuif de overgebleven dosis naar de volgende fractie Fluence Optimization Segmentation Calculate delivered dose Subtract dose ASEQ Na een aantal fracties: wel naar 100% convergentie Kontaxis et. al 2015 PMB

39 ASEQ: interfractie effect Kontaxis et. al 2015 PMB

40 ASEQ: open iteratieschema Statische anatomie Dynamische anatomie Fluence Optimization Fluence Optimization Segmentation Segmentation Calculate delivered dose Calculate delivered dose Warp dose to reference Subtract dose Subtract dose Load new anatomy Toevoegen intrafractie anatomieveranderingen Kontaxis et. al 2016 PMB

41 Intrafractie anatomieveranderingen: nier GTV zakt tijdens fractie in CC richting 2.3 ml GTV, 1.2 cm shift (Case 1) 9.1 ml GTV, 1.2 cm shift (Case 2) Adaptive ASEQ plan vergeleken met ITV plan Kontaxis et. al 2016 PMB

42 Resultaten: adaptive ASEQ plan ITV plan Case 1 GTV coverage is identiek Case 2 Kontaxis et. al 2016 PMB

43 MR-linac workflow Plan controle door MRL laboranten Automatische check DVH parameters Protocol gedefinieerde toleranties Stoplicht regime Review tools Geldt ook voor auto segmentaties! Plan afgifte Huidige R&V systemen niet geschikt voor inter- of intrafractie plan aanpassingen Moby (Mosaiq Bypass)

44 MR-linac workflow Plan QA: Dose reconstruction gebaseerd op linac parameters: Offline Online Crijns et al., AAPM 2015

45 Conclusies Automatisch plannen is een must: Klinische autoplanning Offline plannen Betere en consistentere plannen Hogere efficiëntie Beter gespecificeerde protocollen Research MRL autoplanning Online plannen Volledig herplanning Dose shift (Adaptive) ASEQ Aangepaste workflow Veranderende verantwoordelijkheden voor laboranten / artsen