OIEA DOSIMETRIA PACIENTE ESPECIFICO EN LA TRN (3D) · Bilirrubina Delta Bilirrubina Delta TRATAMIENTO DE T.HEPATICOS - SIRT Wiseman et al. J Nucl Med 2003; 44(3):465-474 Chiesa C

Leonel A. Torres Aroche

Centro de Investigaciones Clínicas Habana, Cuba

2012

DOSIMETRIA PACIENTE ESPECIFICO EN LA TRN (3D)

Curso Regional

Terapias en Medicina Nuclear Proyecto RLA/0/063. ARCAL CIX

OIEA

22.1 Gy

9.4 Gy

TERAPIA CON RADIONUCLEIDOS

Patologías

tiroideas 131I

TNE 131I-MIBG,

90Y-,177Lu-péptidos

(PRRT)

Tumores hepáticos radioembolización 90Y-microesferas

Tumores cerebrales 90Y-,131I-, 188Re-

AcMs, péptidos, etc

Metástasis

óseas 89Sr, 32P, 153Sm-EDTMP,

188Re-HEDP

TRN-LR TRN-LR

Introducción

Linfomas (NHL) 131I-Bexxar, 90Y-Zevalin

DOSIMETRIA INTERNA TRADICIONAL EVOLUCION

1948 1968 1960 1996 2005 2006

Evolución dosimetría interna tradicional en Medicina Nuclear

Introducción

Prescripción de tratamientos en la TRN

• Prescripción de actividad a partir de la dosis recibida por el órgano crítico, calculada en estudio pre-tratamiento. (Incluye análisis Dosis-Respuesta).

• Prescripción del tratamiento en términos de probabilidad de control tumoral (TCP) y probabilidad de complicación de tejido normal (NTCP).

• La prescripción del tratamiento se hace en términos de actividad (GBq), (GBq/kg), (GBq/m2), definida como AMT en ensayos clínicos previos o empíricamente.

NO CORRELACION

TRATAMIENTO DE LNH - ZEVALIN

DOSIS-TOXICIDAD / DOSIS-RESPUESTA

Dosis Absorbida

Toxicidad Hematológica

DEBIL/NO

CORRELACION

Dosis Absorbida

Toxicidad Hepática

Dosis Media. Hígado (Gy) Dosis Media. Lóbulo I. (Gy)

Bilirrubina Delta Bilirrubina Delta

TRATAMIENTO DE T.HEPATICOS - SIRT

Wiseman et al. J Nucl Med 2003; 44(3):465-474 Chiesa C et al. IAEA-ICTP Internal Dosimetry Course.

Trieste, 2010.

Introducción

DOSIMETRIA TRADICIONAL

1. Factores “S” obtenidos de maniquíes matemáticos.

2. Asume distribución uniforme de la actividad en los órganos de interes.

3. Medición de la actividad a partír de imágenes de CE (Media-Geométrica)

4. Se corrige la diferencia entre las masas del órgano y del maniquí empleado.

1. Desestima las no uniformidades de la distribución del RF, de su biocinética y por tanto de las dosis absorbidas.

2. Desestima las no homogeneidades del medio.

3. Los métodos de cuantificación de la actividad in vivo tienen limitaciones:

1. Superposición de estructuras (requiere corrección).

2. Corrección de la atenuación bidimensional……

4. Se basas en maniquíes -> Altas incertidumbres dosimétricas

5. No considera la información radiobiológica.

Principios Limitaciones

The MIRD Approach: Remenbering the limitations. Editorial. J Nucl Med 1992; 33: 781-782.


Introducción

LIMITACIONES DE DOSIMETRIA CLINICA TRADICIONAL EN LA TRN

MALA CORRELACION ENTRE DOSIS ABSORBIDAS Y RESPUESTA Y/O RADIOTOXICIDAD

DOSIMETRIA PACIENTE ESPECIFICO (DISTRIBUCIONES 3D DE DOSIS)


- Considera y describe las no uniformidad de las distribuciones de dosis en la TRN.

- Mejora la exactitud de las estimaciones dosimétricas (Ventajas de

métodos dosimétricos y cuantificación de actividad, etc). - Contempla aspectos radiobiológicos propios de la TRN.

Introducción

DOSIMETRIA 3D PACIENTE-ESPECIFICO

Actividad Acumulativa

Corrección de Atenuación Densidad, composición

SPECT/PET

TAC

• MIRD (voxel) • Convolución • Monte Carlo

CALCULOS Y REPORTES DE: HISTOGRAMAS DE DOSIS-

VOLUMEN CURVAS ISODOSIS

DOSIS MEDIAS DOSIS MAXIMAS

Segmentación

Distribución 3D de dosis absorbidas

[Gy]

[µCi-seg]

[g/cm3]

[Gy]

Parámetros Radiobiológicos

α/β, λeff µ, γ

α/β

Distribución 3D de BED

TCP

NTCP

EUD

UTILIDAD DE LA DOSIMETRIA PACIENTE ESPECIFICO EN LA TRN

(Rigurosa-Exacta-Reproducible-Confiable)

• Evaluación de nuevos radiofármacos para terapia.

• Planificación de tratamientos e identificación de pacientes para los cuales la TRN puede ser efectiva (mejora de la correlación entre las magnitudes dosimétricas D,

EUD, BED y la respuesta/radiotoxicidad).

• Optimización de tratamientos (múltiples ciclos, uso combinado de diferentes radiofármacos, uso concomitante de la TRN con la QT y la RTE, etc.



SPECT/PET

TAC

• MIRD (voxel) • Convolucion • Monte Carlo




Segmentación


[Gy]

[µCi-seg]

[g/cm3]

[Gy]


α/β, λeff µ, γ

α/β


TCP

NTCP

EUD


ACTIVIDAD ACUMULATIVA (A Nivel de Voxel)

PASOS

- Estudios de calibración (dimensión de voxel, sensibilidad CE/SPECT, μ, etc)

- Colección adecuada de datos primarios (CE / SPECT / PET / TAC).

- Procesamiento de estudios tomográficos (Corregistro, reconstrucción tomográfica, etc).

- Correcciones de Atenuación, Dispersión, Efecto de Volumen Parcial, Linealidad de la respuesta, etc.

- Estimación de parámetros Biocinéticos en VOIs (a partir de estudios de CE).

- Corregistro de Imágenes SPECT-TAC, SPECT-SPECT, etc

- Cálculo de la actividad acumulativa a nivel de voxel: Método SPECT-SPECT o método híbrido (Planar-SPECT).

ACTIVIDAD ACUMULATIVA Colección de Estudios Tomográficos

• Empleo de equipos de alta tecnología (preferiblemente equipos híbridos) para mejorar la exactitud de la cuantificación de actividad.

• Optimizar parámetros de protocolos de adquisición de estudios de sistemas tomográficos (resolución, energía, etc).

• Equipos adecuadamente calibrados y funcionamiento verificado (Programa de QC)

Modelado

respuesta

del sistema

Modelado

dispersión

Corrección

atenuación

Volumen

parcial

Corrección

Movimiento

Paso

Estimación

Iesima iteración

Datos

proyección

medida

j

ij

j

l

n

lj

j

ij

nn

w

w

pw

1

Matching

Dual

Filtering

3D OSEM algoritmo de reconstrucción

PSF 3D

tabuladas

ACTIVIDAD ACUMULATIVA Procesamiento y Corrección De Estudios Tomográficos

Imagen

final

estimada

E. Grassi & F Fioroni, Reggio Emilia; Italia

CORREGISTRO DE IMÁGENES SPECT-TAC, SPECT-SPECT, ETC

Dosis Media (Gy/GBq)



Diferen. a (%)

Diferen. a (%) Diferen.

a (%)

Riñones Hígado Bazo


k h k h

h

D r A S r r

. . . . . .

T1 T2 T3 Tn

Ã x,y,z = ∫ A x,y,z (t) dt [MB-h] o

A[M

Bq]

T[Horas] T1 T2 T3 Tn

x

x

x

x

Ã o,o,o = ∫ A o,o,o (t) dt o

Ã n,n,n = ∫ A n,n,n (t) dt o

. .

. .

. .

Bolch, W.E., et al. MIRD Pamphlet No. 17: “The dosimetry of ….” J Nucl Med, 1999. 40: p. 11S-36S.


SPECT-SPECT

A= Ao exp(-λt)

Ãtumor= Ao/λtumor

%ID

t(h)

A(t)tumor

Tadq=3h

Ãtumor Ãx,y,z

-------- = -------- CT tumor Cx,y,z

CORTES PROCESADOS Y CORREGIDOS (Dispersión, Atenuación, etc)

DISTRIBUCION DE ACTIVIDAD ACUMULATIVA

Ãtumor * Cx,y,z

Ãx,y,z = --------- CT tumor


ACTIVIDAD ACUMULATIVA (METODO HÍBRIDO)

A=Ao (exp(-t λ1)-exp(-t λ2)

Tadq=3h

Ãtumor Ãx,y,z

-------- = -------- CT tumor Cx,y,z

CORTES PROCESADOS Y CORREGIDOS (Dispersión, Atenuación, etc)

DISTRIBUCION DE ACTIVIDAD ACUMULATIVA

Ãtumor * Cx,y,z

Ãx,y,z = --------- CT tumor

t(h)

A(t)tumor

%ID

ACTIVIDAD ACUMULATIVA (METODO HÍBRIDO)


ACTIVIDAD ACUMULATIVA METODO HÍBRIDO

- Empleo de 1 set de imágenes de SPECT que aporta la distribución no homogénea de actividad.

- Empleo de un set de múltiples imágenes de cuerpo entero (o imágenes planares) de donde se obtiene los parámetros farmacocinéticos de interés.

VENTAJAS: - Menos tiempo de uso del sistema SPECT y de manejo del paciente. - Procedimientos de adquisición y procesamiento menos complejos. - Disponibilidad de datos para Biodistribución y dosimetría de órganos

normales. - El corregistro de imágenes no es un aspecto crítico como en el método

SPECT-SPECT. DESVENTAJAS: - Menor exactitud en la estimación de la AA pues no se considera la variación espacial (voxel a voxel) de la cinética del radiofármaco.

Curso Regional

Dosimetría Interna en Medicina Nuclear

Proyecto RLA/0/039. ARCAL CXX

La Habana, 2 al 6 de mayo de 2011

• Instituto Nacional de Oncología – INOR

• Centro de Investigaciones Clínicas – CIC

• Instituto de Nefrología - INEF

Hotel Panorama, Habana, Cuba



Densidad, composición

SPECT/PET

TAC

• MIRD (voxel) • Convolución • Monte Carlo




Segmentación


[Gy]

[µCi-seg]

[g/cm3]

[Gy]


α/β, λeff µ, γ

α/β


TCP

NTCP

EUD

Formalismo MIRD a nivel de voxel.

DOSIMETRÍA 3D

Kernel puntales de dosis.

Simulación directa del transporte y deposición de energía empleando Monte Carlo

(128,128,128)

(i,j,k)

(0,0,0)

hkhhk voxelvoxelSvoxelAvoxelD

(i+1,j,k)

(h) (k)

(fuente) (blanco) (0,0,0) (0,1,0)

(i,j,k) (0,j,0)

hkh

N

h

k voxelvoxelSvoxelAvoxelD

0

Dist. Dosis 3D

FORMALISMO MIRD


FORMALISMO MIRD (voxel-dosimetria)

VENTAJAS : -Eficiente computacionalmente (cálculo de dosis en decenas de segundos en PC estándar).

-Necesita pocos requisitos de computación.

-Emplea metodología de amplio dominio y aceptación.

DESVENTAJAS: - No considera las no homogeneidades del medio.

- No existen valores tabulados para todos los radionucleidos y tamaños de voxel de interés para la clínica.

Bolch, W.E., et alMIRD Pamphlet No. 17: “The dosimetry of ….” J Nucl Med, 1999. 40: p. 11S-36S.

SITIO WEB PARA CÁLCULO DE VALORES “S”

Valores “S”para diferentes radionucleidos y dimensiones de voxel

FORMALISMO MIRD Obtención de Valores “S”

Cornejo N., Coca M.A., and Torres L.A., Rev Esp Fis med, 2006. 7: p. 101-106.

KONVOX

METODOLOGIA

- Integración de los kernel

puntuales de dosis.

- Integración de funciones

Furhang.

• Cross, W.G. et al. ¨Beta-ray dose..¨.

HealthPhys, 1992. 63(2): p. 160-171.

• Furhang, E. et al. “A Monte Carlo..”.

Med Phys 1996. 23: p. 1523-1529.

Formalismo MIRD a nivel de voxel.

DOSIMETRÍA 3D

Kernel puntales de dosis.

Simulación directa del transporte y deposición de energía empleando Monte Carlo

IMAGEN FUNCIONAL

IMAGEN ANATOMICA

INTE

RFA

Z SIMULACION MC

DISTRIBUCION 3D DE DOSIS ABSORBIDA




Ventajas: Considera las no homogeneidades del tejido.

DOSIMETRIA 3D POR SIMULACION DIRECTA CON MC

Mayor exactitud de cálculo.

Desventajas: demasiado tiempo de cálculo y recursos computacionales

(MCNPx, EGSnrc, GEANT4, etc)

4- Creación de mapas de probabilidad de emisión por voxel (a partir de imagenes de actividad acumulativa). 5- Creación de ficheros de entrada al MCNP.

CALCULO DE DOSIS EN MEDIOS NO HOMOGENEOS

3 3

( ) ( sec)

( ) ( )( ) ( )

Cumulative

voxel

MeVTally Activity Bq

MeV JparticleDose Gy Factor

density g cm volume cm g kg

1. Lectura de imágenes funcional (A) e imagen TAC 2. Redimensionamiento de imágenes TAC 3. Obtención de mapas de densidad a partir de

imagenes TAC.

DOSIMETRÍA 3D. RESULTADOS

CALCULO DE DOSIS MINIMA, MAXIMA, MEDIA, HDV, ANALISIS DE CURVAS DE ISODOSIS, etc

CENTRO DE INMUNOLOGIA MOLECULAR HABANA, CUBA



SPECT/PET

TAC

• MIRD (voxel) • Convolucion • Monte Carlo




Segmentación


[Gy]

[µCi-seg]

[g/cm3]

[Gy]


α/β, λeff µ, γ

α/β


TCP

NTCP

EUD

DOSIMETRIA 3D Y RADIOBIOLOGIA


Baja tasa de dosis 0.1-1.0cGy/min

Respuesta biológica a las radiaciones:

Reparación o recuperación

Redistribución del ciclo celular

Reoxigenación

Modelo LQ Repoblación

BED

Tto-2

Tto-3

Tto-4

Tto- n

Tto-1

• No. Fracciones

• Intervalo E/ fracciones

• Dosis/Fracción

• Tiempo tto.

• α/β

Isoefecto

. . . Dosis Biológicamente

Equivalente Medida del efecto de

la radiación

Permite determinar las condiciones para lograr respuestas biológicamente

equivalentes en condiciones de irradiación diferentes

D

GDBED

1


EUD / TCP

BED(Tc) BED entregada durante tiempo (Tc) Dx,y,zDosis absorbida en voxel x,y,x DcDosis que se pierde debido a efectos de prolif. TμTiempo de reparación celular

TeTiempo medio efect. de eliminación

Prideaux et al. ”Three-Dimensional Radiobiologic… “.. J Nucl Med 2007; 48:1008–1016 Joaquin Gonzalez. Tesis Doctoral “Planificación dosimétrica…. “, 2010.

Histogramas de BED Volumen, estadisticas de BED, curvas de isoBED.

MAPAS DE BED

Prideaux et al. ”Three-Dimensional Radiobiologic… “.. J Nucl Med 2007; 48:1008–1016

Bodey et al Cancer Biother Radiopharm 2003;18(1):89-97

Neuroblastoma Retroperitoneal

Plan TRN: 33GBq 131I-mibg (boost)

plan XBT: 3 Campos Isocéntricos,

60Gy en el Isocentro

TRN, Distribution de dosis XBT, Distribution de dosis

Planificación de Tratamientos XBT + TRT

XBT, BED distribution

TRT, BED distribution

XBT + TRT, BED distribution

Bodey et al Cancer Biother Radiopharm 2003;18(1):89-97

Planificación de Tratamientos XBT + TRT

Yuni K. Dewaraja et al. “131I-Tositumomab Radioimmunotherapy: ..” J Nucl Med 2010; 51:1155–1162

APLICACIÓN CLINICA

¿ HAY HERRAMIENTAS DISPONIBLES ?

Kolbert KS, Sgouros G, Scott AM, et al. J Nucl Med. 1997;38:301–308.

• Reconstrucción (OSEM)

• Procesamiento de Imágenes (MIAU)

• Corregistro de Imágenes

• Cálculo de Dosis (Kernel, Monte Carlo)

• Cálculos de Análisis regresión (voxel)

• Cálculo de parámetros radiobiológicos.

3D-ID. Implementation and evaluation of patient-specific three-dimensional internal dosimetry. (Memorial Sloan-Kettering Cancer Center, NY, USA)

(3D-ID / 3D-RD)

Matthew J. Guy et al. CANCER BIOTHERAPY & RADIOPHARMACEUTICALS, Vol.18, Number 1, 2003.

• Reconstrucción (FBP/OSEM)


• Cálculo de Dosis (Kernel, MIRD)

• Análisis regresión (voxel)

• IDL programming languaje

RMDP: A Dedicated Package For 131I SPECT Quantification, Registration and

Patient-Specific Dosimetry. (Royal Marsden NHS, UK)

CANCER BIOTHERAPY & RADIOPHARMACEUTICALS Volume 20, Number 1, 2005

• Reconstrucción (FBP/OSEM)


• Cálculo de Dosis (Monte Carlo)

• Análisis regresión (voxel)

• IDL programming languaje

The LundADose Method for Planar Image Activity Quantification and Absorbed-Dose assessment in RNT (Lund University. Sweden)

DOSIMG

Torres LA,Coca, MA, Batista JF et al. Nuclear Medicine Communications 2008, 29:66–75 Torres LA, Coca MA, Cornejo N. Procecedings. QANTRM, Vienna, Austria. 2006. IAEA-CN-146.

Coca M.A., Torres L.A. and Cornejo N. Nucleus, 2003. 33: p. 49-53. Cornejo N., Coca M.A., and Torres L.A., Rev Esp Fis med, 2006. 7: p. 101-106.

• Generación de valores “S” a nivel de voxel.

• Corregistro de Imágenes (herramienta interactiva).

• Cálculo de Dosis (MIRD, Monte Carlo)

• Distribuciones 3D de Dosis, HDV, curvas de isodosis, estadísticas de dosis-

• Cálculo de parámetros biológicos (BED)

TPS-NM. Herramienta en desarrollo, para estimación de dosis absorbidas en Medicina Nuclear. (CIC-CPHR)

STRATOS. PHILIPS

Médicos Nucleares

Físicos Médicos

Tecnólogos


Radioquímicos

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