Voxel-by-voxel NTCP modelling of severe radiation-induced lung injury after image-guided, IMRT for lung tumors.

Lung cancer is one of the most common type of cancer around the world with over 1.5 million deaths every year. In particular, non-small cell lung cancer (NSCLC) is the most frequent and accounts for about 85% of cases in European countries. In the treatment of lung tumors, radiation therapy (RT) plays an important role in treating NSCLC, and several studies have reported promising results, especially for patients with early stage NSCLC, who are unfit for surgery or who are medically operable but refused surgery. The most recent technological advances in RT such as stereotactic body radiotherapy (SBRT), image-guided radiotherapy (IGRT) and highly conformal techniques such as intensity-modulated radiotherapy (IMRT), allow to irradiate small volumes to high doses with minimal exposure of the surrounding healthy tissues, increase the loco-regional control and reduce the risk and severity of late side effects of RT. These factors have a significant impact on the overall survival and progression-free survival. The irradiation of the lung, however, can lead to complications such as radiological radiation-induced pulmonary injury (RRLI), which consists in the appearance of an increase in lung tissue density and opacity, seen on the follow-up chest computed tomography (CT). The appearing of RRLI after RT of lung cancer is very common. It occurs typically in 62% of patients within six months after treatment (acute effects) and 91% thereafter (late effects). However, only a small number of patients develop clinical symptoms. Although RRLI is mostly asymptomatic, it can also lead to a progressive and irreversible decline in the pulmonary function. The prediction of occurrence of side effects after RT is crucial for optimization and evaluation of RT treatment plans and the long-term quality of patients life. Normal tissue complication probability (NTCP) models describe the probability that a given dose distribution of a treatment will result in some quantifiable and unfavourable side effects to a tissue or organ. For patients who were treated for lung cancer using RT, it is important to do an early and accurate evaluation of local recurrence. The diagnosis of lung cancer recurrence is performed by physicians from the analysis of CT scans acquired during the follow-up. The RRLI may appear as mass-like consolidation on CT so, it can be difficult to distinguish from local recurrence. Misclassification of a recurrence as RRLI can result in a missed-opportunity for curative-intent treatment. On the other hand, it may also lead to unnecessary interventions such as biopsy, chemotherapy, and even surgery; exposing patients to unnecessary risks and morbidity. The knowledge of the regions of the lung, which are at high risk of RRLI, can support the clinicians when performing the diagnosis of recurrence from follow-up CTs. RRLI is highly dependent on locally absorbed dose because it is originated from the replacement of the irradiated lung tissues with exudates or fibrotic tissues, and it is mostly confined into the radiation fields. Therefore, the dose response of a voxel of the patient image can be assumed to be independent from the dose to the surrounding lung volume. RRLI, then, can be described by a voxel-by-voxel NTCP model. The thesis aims to develop a voxel-by-voxel NTCP model, which considers the spatial characteristics of the 3D dose distribution within an organ to predict occurrence and localization in space of RRLI from the dosimetric and clinical data from thirty-three patients treated with RT for lung cancer. In the model, the occurrence of RRLI in the voxel has been defined as relative increase of electronic density compared to a properly defined threshold. For evaluation of voxel change in density, the follow-up CT scans co-registered with the baseline scans using B-spline deformable registration, are used. Changes in electronic density (relative to water), between the two CT scans (pre-treatment and register CT) are calculated for every voxel inside the ipsilateral healthy lung (ipsilateral lung subtracted the gross tumour volume). This map of NTCP of RRLI, can be visualized on the follow-up CT scan and support Radiation Oncologists in differentiating recurrent/persistent disease and RRLI during the follow-up of the patients. In addition, the model can be used to predict the probability of occurrence of fibrosis in starting from pre-treatment CT, and it allows the assessment of possible consequences from the specific RT plan for the single patient also before the treatment

Controlli di Qualità delle Tecniche di Radioterapia Volumetrica ad Arco

Ogni anno in Italia vengono diagnosticati circa 260000 nuovi casi di tumore, malattia che si colloca al secondo posto fra le cause di morte (30% di tutti i decessi) dopo le cause cardiocircolatorie (39%). In circa il 70% delle patologie neoplastiche il protocollo di trattamento prevede l'impiego della radioterapia (RT). L'utilizzo delle radiazioni ionizzanti per distruggere le cellule cancerose rappresenta un'efficace modalità curativa per vari tipi di neoplasie maligne localizzate. Secondo stime recenti, solamente il 45% dei pazienti con patologia tumorale è curabile (sopravvivenza superiore a cinque anni senza sintomi). Di questi circa il 40% è stato trattato con la radioterapia che risulta essere molto efficace nel controllo locoregionale dei tumori. Lo scopo di un trattamento radioterapico è il controllo locale del tumore e la limitazione della diffusione delle cellule tumorali senza indurre serie complicazioni nei tessuti sani circostanti. Al fine di raggiungere tali obiettivi, la RT ha subito un processo di innovazione e di sviluppo tecnologico rapido e profondo, soprattutto nell'ultimo decennio. Numerosi sono i dispositivi e le nuove apparecchiature introdotte clinicamente nei Servizi di Radioterapia: dalle terapie conformazionali (Three-Dimensional-Conformal RadioTherapy, 3D-CRT), che sono state introdotte agli inizi degli anni novanta e che sono considerate come il “gold standard” della radioterapia, si è passati a tecniche di trattamento con fascio modulato (Intensity Modulated Radiation Therapy, IMRT), attivate clinicamente in Italia agli inizi del 2001, significativamente più complesse ed onerose della 3D-CRT. Ultima promettente ed avanzata tecnica ad affacciarsi sul panorama radioterapico è la Terapia Volumetrica ad Arco (Volumetric Modulated Arc Therapy, VMAT). E' una delle forme rotazionali della tecnica IMRT ed offre numerosi vantaggi tra i quali spicca un maggior grado di conformazione della dose al volume target ed una notevole riduzione della durata del trattamento. I trattamenti con tecnica VMAT sono caratterizzati da una rotazione continua del gantry attorno al paziente, cui si accompagna una modulazione del fascio realizzata muovendo, in modo dinamico, le lamelle del collimatore multilamellare (Multi Leaf Collimator, MLC), nonchè variando la velocità di rotazione del gantry stesso e il dose-rate. L'elevata complessità della nuova tecnica rispetto le precedenti ha reso necessaria la definizione di programmi di assicurazione e controllo di qualità ancor più articolati e con limiti di riferimento più restrittivi. Tali programmi, in generale, si articolano su vari livelli. Seguono la fase di installazione della macchina le prove di accettazione o di collaudo, ossia la verifica della conformità dell'apparecchio con le specifiche dichiarate dalla ditta produttrice. Tali prove vengono effettuate al momento dell'installazione di una nuova apparecchiatura oppure in seguito a modifiche o a sostituzioni importanti sulla stessa. Con prove di verifica o di stato si intendono invece le misure dei parametri fondamentali dell'apparecchiatura al fine di determinarne la grandezza ad un determinato momento. Vengono effettuate nel caso di modifiche della regolazione di importanti parametri funzionali dell'acceleratore, oppure in caso di variazioni nell'utilizzo dell'apparechiatura in relazione del protocollo terapeutico o, ancora, in presenza di esito negativo dei controlli di costanza (nel caso di superamento di prefissati valori limite). Quest'utimi hanno l'obbiettivo di assicurare che la prestazione funzionale dell'apparecchio sia conforme ai criteri stabiliti. Si effettuano periodicamente per verificare che l'apparecchio risponda ai criteri di buon funzionamento prefissati, per aggiornare le tabelle di calibrazione inviate direttamente al servizio di radioterapia e, in caso di intervento di manutenzione, dove l'intervento effettuato possa aver comportato variazioni nel comportamento dell'apparecchio, oppure in caso di supposto malfunzionamento dello stesso. In questo quadro generale si inseriscono anche le procedure di assicurazione e controllo di qualità legate alla specifica tecnica di irradiazione. In questo contesto si sviluppa il seguente lavoro di tesi che si pone come obiettivo la valutazione delle capacità dell'acceleratore lineare TrueBeam STx, installato presso la Casa di Cura di San Rossore (Pisa), nell'erogare piani di trattamento VMAT. Creato dalla Varian Medical Systems, il TrueBeam STx è uno degli ultimi modelli di clinac utilizzati in medicina in cui vi è implementato, con il nome di RapidArc®, questa nuova tipologia di trattamento. Dopo una breve panoramica sulle caratteristiche del TrueBeam e sull'evoluzione delle tecniche di trattamento sviluppate negli anni, con particolare attenzione a quelle d'interesse per questo studio (capitolo 2), viene presentata la prima parte del lavoro di tesi (capitolo 3). Come procedura di controllo di qualità sul linac, si è andati a verificare che il sistema sia in grado, innanzitutto, di modulare contemporaneamente la velocità di rotazione del gantry, il movimento delle lamelle e il dose-rate. Data l'assenza di protocolli internazionali per la suddetta analisi, si è scelto di prendere come linea guida un recente lavoro pubblicato da Ling e collaboratori, che suggerisce dei test specifici per condurre questo tipo di indagine. I piani sviluppati ed eseguiti, sono stati diversi ma con l'obiettivo comune di verificare la capacità di coordinare i tre parametri liberi del TrueBeam. A tale studio ha fatto seguito (capitolo 4) la valutazione di un nuovo dosimetro 3D per la verifica dei piani di trattamento VMAT: l'ArcCHECK (AC, modello 1220) della Sun Nuclear Corporation. Recente sviluppo tecnologico, chiamato a far fronte alle nuove richieste di analisi dosimetrica in ambito radioterapico, l'AC necessita di una validazione delle sue prestazioni e la conferma della sua adeguatezza per affrontare dosimetrie di terapie di tipo volumetrico ad arco. Anche in questo caso, si sono eseguiti alcuni dei test suggeriti in una pubblicazione di Feygelman. Una prima parte di tali test, effettuati sull'AC, mirano a verificare che i rivelatori (diodi) posti nel fantoccio riportino accuratamente i valori di dose assoluta, quando irraggiati in un range di possibili condizioni. Una seconda parte di test, succesivi alla buona riuscita dei precedenti, cerca di valutare l'abilità dello strumento ad effettuare C.d.Q. di erogazioni ad arco, tipiche della tecnica VMAT. A conclusione di quest'utlimo capitolo, vengono proposti tre piani di trattamento con tecnica RapidArc®, per i quali si è effettuato il C.d.Q., confrontando le distribuzioni di dose del singolo piano calcolato dal TPS e quello misurato dall'AC. I diversi test presentati in questo lavoro di tesi vogliono essere un suggerimento per un possibile protocollo di Assicurazione e Controllo di Qualità da utilizzare in clinica. La loro struttura cerca di compensare le fondamentali necessità richieste, ovvero di essere semplici da eseguire ma allo stesso tempo efficaci allo scopo

LB02.07: EFFECT OF ACUTE DA2 DOPAMINERGIC RECEPTOR BLOCKADE ON PERFORMANCE OF ADRENAL VEIN SAMPLING FOR SUBTYPING OF PRIMARY ALDOSTERONISM

As dopamine tonically inhibits aldosterone release via DA2 receptors, we hypothesized that acute DA2 blockade during adrenal vein sampling (AVS) might improve the assessment of lateralization of aldosterone excess in the subtyping of primary aldosteronism

Management of portal hypertension severe complications

Portal hypertension is a clinical syndrome characterized by an increase in the portal pressure gradient, defined as the gradient between the portal vein at the site downstream of the site of obstruction and the inferior vena cava. The most frequent cause of portal hypertension is cirrhosis. In patients with cirrhosis, portal hypertension is the main driver of cirrhosis progression and development of hepatic decompensation (ascites, variceal hemorrhage, and hepatic encephalopathy), which defines the transition from compensated to decompensated stage. In decompensated patients, treatments aim at lowering the risk of death by preventing further decompensation and/or development of acute-on-chronic liver failure. Decompensated patients often pose a complex challenge which typically requires a multidisciplinary approach. The aims of the present review are to discuss the current knowledge regarding interventional treatments for patients with portal hypertension complications as well as to highlight useful information to aid hepatologists in their clinical practice. Specifically, we discuss indications and contraindications of transjugular intra-hepatic portosystemic shunt (TIPS) and balloon-occluded transvenous retrograde obliteration (BRTO) for the treatment of gastro-esophageal variceal hemorrhage in patients with decompensated cirrhosis (first section), we review the use of interventional treatments in patients with hepatic vein obstruction (Budd-Chiari syndrome) and in those with portal vein thrombosis (second section), and we briefly comment on the most frequent applications of selective splenic embolization in patients with and without underlying cirrhosis (third section)

Clinical Features and Chest Imaging as Predictors of Intensity of Care in Patients with COVID-19

Coronavirus disease 2019 (COVID-19) has rapidly become a global pandemic with lung disease representing the main cause of morbidity and mortality. Conventional chest-X ray (CXR) and ultrasound (US) are valuable instruments to assess the extent of lung involvement. We investigated the relationship between CXR scores on admission and the level of medical care required in patients with COVID-19. Further, we assessed the CXR-US correlation to explore the role of ultrasound in monitoring the course of COVID-19 pneumonia. Clinical features and CXR scores were obtained at admission and correlated with the level of intensity of care required [high- (HIMC) versus low-intensity medical care (LIMC)]. In a subgroup of patients, US findings were correlated with clinical and radiographic parameters. On hospital admission, CXR global score was higher in HIMCs compared to LIMC. Smoking history, pO2 on admission, cardiovascular and oncologic diseases were independent predictors of HIMC. The US score was positively correlated with FiO2 while the correlation with CXR global score only trended towards significance. Our study identifies clinical and radiographic features that strongly correlate with higher levels of medical care. The role of lung ultrasound in this setting remains undetermined and needs to be explored in larger prospective studies

Multiple myeloma shows no intra-disease clustering of immunoglobulin heavy chain genes

Characterization of the immunoglobulin gene repertoire has improved our understanding of the immunopathogenesis of lymphoid tumors. Early B-lymphocyte precursors of multiple myeloma are known to exist and might be susceptible to antigenic drive