Gerenciamento do Movimento do Paciente Simulação

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1 Gerenciamento do Movimento do Paciente Simulação Gisele C Pereira, M.S. Medical Physicist Department of Radiation Oncology UH Case - Seidman Cancer Center Case Western Reserve University School of Medicine

2 Porque se precisa avaliar o movimento do tumor? Movimento respiratório aumenta: Tamanho aparente do tumor Tamanho de campo Volume irradiado dos orgãos de risco

3 CT com respiração livre Static Dynamic Dynamic Dynamic

4 CT com respiração livre Inhale Exhale Image Plane Tumor CT Couch Image

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6 Técnicas de radioterapia -RTOG 0617 Necessário avaliação do movimento do tumor Dose prescrita no PTV 95% do PTV recebe a dose prescrita Correção de heterogeneidade PET ou PET/CT para planejamento e incentivado IMRT Movimento do tumor (1 das técnicas abaixo e necessário) Método ITV (inspiração/expiração c/ fusão ou 4DCT) Breath hold (máx inspiração / expiração) Gating Slide from Jeff Bradley, PhD Washington University in St. Louis

7 Correlação Respiratória do CT Free Breathing Expiration Correlated Trigger Images courtesy MCV

8 Movimento do Tumor Movimento respiratório é o maior movimento intra-fração 4DCT é uma técnica para acompanhar o movimento de intra-fração Existem várias técnicas para levar em consideração o movimento respiratório, que podem ajudar a reduzir a margem nos tumores em movimento Gating, Tracking (rastreamento), ITV (volume alvo interno) -outro conceito para explicar movimentos internos

9 Avanço do CT Multi-slice providenciou 4DCT (32 mm) Z (20 mm) (24 mm)

10 Multislice CT Uma rotação uma imagem Uma rotação - multíplas imagens

11 Outline Termos e nomenclatura Técnicas de 4DCT disponíveis Dispositivos disponíveis para seguir o sinal: RPM Bellow Aquisição de imagens Análise do sinal respiratório Reconstrução das imagens

12 Termos utilizados no 4DCT CT Axial e helical Multi-slice Colimador Tamanho do detector Pitch Resolução temporal 4DCT Forma da onda Marcador (tag) Separação (binning) Fase Amplitude MIP MinIP AvgIP Sub-fase

13 Como funciona o 4DCT? Super-amostragem de imagens em todas as posições de interesse ao longo do eixo paciente Cada imagem é marcado com sinais respiratórios As imagens são classificadas retrospectivamente com base nos sinais respiratórios correspondentes Muitos conjuntos de CT 3-D são obtidas, cada uma correspondendo a uma fase de respiração especial Juntos, eles constituem um conjunto de 4-DCT, que abrange todo o ciclo da respiração

14 Como o 4DCT funciona? Ciclo de respiração é o ciclo entre cada inalação Em cada posição da mesa as imagens serão adquiridas para cada fase respiratória As imagens serão finalmente divididas para cada fase respiratória (0% inspiração, 50% expiração) O resultado é um CT para inspiração, expiração e entre eles.

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16 Nomemclatura Gráfico do padrão de respiratório do paciente A avaliação depende dessas informações: Marca (tag) pontos vermelhos onde indica o começo da ciclo respiratório Fase -é uma série de imagens que representam a anatomia em um determinado lugar no ciclo respiratório. Linha verde a fase que esta sendo vista

17 Ciclo Respiratório 0% Inhale Exhale Amplitude Phase 50% A imagempodeserseparada (binning) com base emfaseouem amplitude

18 Forma da onda Locais da Fase Ponto vermelho (tag) é sempre fase 0% Fase de inspiração completa é 0%, se tag está no auge de cada respiração Fase de 50% leva dados de metade do caminho entre as duas marcas para cada respiração Fase de 40% a partir de dados leva 40% da distância entre as duas marcas para cada respiração Estritamente com base no tempo

19 Pitch Velocidade do movimento da mesa CT 4DCT

20 Pitch 4DCT

21 Pitch 4DCT Escolha do pitch baseado na taxa de respiração

22 Outline Termos e nomenclatura Técnicas de 4DCT disponíveis Dispositivos disponíveis para seguir o sinal: RPM Bellow Fluxo de trabalho de 4DCT Aquisição de imagens Análise do sinal respiratório Reconstrução das imagens

23 Técnicas de 4DCT Prospectivo Acionamento automático ou manual Mais simples e melhor para a aquisição de uma única fase Ex: Inspiração (breath hold) ou ABC

24 Técnicas de 4DCT Prospectivo Aquisição desencadeada em uma determinada fase para cobrir um volume Imagem com máx Ins/Exp Requer treinamento do paciente e cooperação Requer paciente ser capaz de prender a respiração de ~ 30 segundos Uso do equipamento ABC (Active Breathing Coordinator) Boa técnica para implantes de braquiterapia

25 Técnicas de 4DCT Retrospectiva Mais eficiente para a aquisição de múltiplas fases simultaneamente com grandes volumes Correlação respiratória de dados para a seleção de fase a ser utilizado para o tratamento Os dados colocados em bin de acordo com a correlação de data e hora do traço respiratória

26 Retrospectiva Técnicas de 4DCT

27 Outline Termos e nomenclatura Técnicas de 4DCT disponíveis Dispositivos disponíveis para seguir o sinal: RPM Bellow Aquisição de imagens Análise do sinal respiratório Reconstrução das imagens

28 Dispositivo Respiratórios Surrogate Dispositivos para medir o ciclo respiratório: Bellows Cinto pneumático com variação de pressão baseado na circunferência do abdômen RPM Pequeno e leve refletor que é seguido oticamente pela câmera de infra vermelho (IR) Slide from Hua Li, PhD Washington University in St. Louis

29 Técnica Bellows

30 Técnica Bellows

31 Respiratory Surrogate Varian RPM

32 Respiratory Surrogate Varian RPM

33 Sistema Bellows vs RPM para 4DCT Bellows Circunferência do abdômen 2 modos: Prospectivo Retrospectivo Usado no CT somente Consiste em 2 partes RPM Altura do abdômen 2 modos: Prospectivo Retrospectivo Pode ser usado no Linac Consiste em varias partes Slide from Hua Li, PhD Washington University in St. Louis

34 Outline Termos e nomenclatura Técnicas de 4DCT disponíveis Dispositivos disponíveis para seguir o sinal: RPM Bellow Aquisição de imagens Análise do sinal respiratório Reconstrução das imagens

35 Definição do Ciclo Respiratório Amplitude Definido pela profundidade da respiração Fase Definido por um processo periódico Inspiração e expiração são divididos nos ângulos de graus

36 Fase x Amplitude Meio da Inspiração Definido pela % do volume Definido pelo tempo entre os picos de inspiração e expiração

37 Comparação entre fase e Fase Binning amplitude AMP Binning 0% fase, AMP Binning proporciona melhor imagens que a fase Slide from Hua Li, PhD Washington University in St. Louis

38 Comparação entre fase e amplitude Fase Binning AMP Binning 50% fase, AMP Binning proporciona melhor imagens que a fase Slide from Hua Li, PhD Washington University in St. Louis

39 Amplitude x Fase A F Slide from Dan Low, PhD Washington University in St. Louis

40 Outline Termos e nomenclatura Técnicas de 4DCT disponíveis Dispositivos disponíveis para seguir o sinal: RPM Bellow Aquisição de imagens Análise do sinal respiratório Reconstrução das imagens

41 Intensidade de projeções MIP MinIP Avg

42 Reconstrução de Imagem - MIP 0% Inhale Exhale Amplitude Phase 50% O algoritmo de reconstrução do CT vai olhar para o pixel com a máxima intensidade em cada parte do ciclo de respiração e criar um único conjunto CT chamado MIP MIP demonstra toda a trajetória do tumor (ITV)

43 MIP (maximum intensity projection) Corte de CT na mesma posição de mesa para diferentes fases do ciclo respiratório 0% 25% 50% ITV 75% 0% Inh MIP Exh 50%

44 Slide from Dan Low, PhD Washington University in St. Louis

45 MIP Verificação visual das fases e do MIP

46 Limitação para delimitação alvo: onde fundo e tumor tem HU semelhante, o tumor não está claramente definida Ex: medida Caudal do ITV pode não estar correto, devido a sobreposição com diafragma Perigos do MIP

47 Perigos do MIP Tumor adjacente a parede torácica

48 Mensagens sobre o MIP para levar para casa É uma excelente técnica: Criação do ITV Prevê trajetória do tumor de pulmão Diminui as margens de PTV Se o tracking ou gating não está disponível no acelerador linear é uma solução muito boa

49 CT SIMULAÇÃO 4DCT o MIP (maximum intensity projection) o Reconstrução Inspiração / Expiração

50 Reconstrução Insp/Exp Utilizado em áreas onde a diferença de contraste é pequeno Tumores abdominais e tecido normal Max inspiração e max expiração Contornos das duas fases e somados

51 Reconstrução Insp/Exp

52 Mensagens sobre o Insp/Exp para levar para casa É uma excelente técnica: Se o tumor tem a mesma densidade que os tecidos adjacentes Prever movimento tecido normal (ex: rins, fígado e etc....) Contornos são feitos em ambos os conjuntos do CT e somados Mas não prevê a trajetória do órgão / tumor

53 Mensagem para levar para casa do 4DCT 4DCT é uma melhoria óbvia para radioterapia de câncer de pulmão Implementação do ITV com MIP (4DCT) ou em max insp/exp necessita um pequeno esforço com um significativo retorno Intergrupo -RTOG 0617 pode demonstrar o efeito de 4DCT

54 Mensagem para levar para casa do 4DCT O processo e as ferramentas para a implementação existem Implementação dependente de equipamentos de cada departamento Investimento em QA é essencial Próximo passo pode ser a inclusão de tracking/ gating durante os tratamentos

55 Obrigada! Agradecimentos Olga Green, PhD Lakshmi Santanam, PhD Hua Li, PhD Dan Low, PhD Jeff Bradley, MD Sasa Mutic, PhD

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57 Processo do 4D CT Free breathing conventional helical scan Acquired first in a case that 4D scan can not be completed Used primarily to reproduce historic experience with total lung volume Secondary consideration is that this can be a longer scan Better DRRs Overall less data to store and process (some planning systems can not handle a lot of data)

58 4D CT Process Create 4D Planning Dataset MIP INH & EXH Fuse the dataset to the free breathing plan as secondary images Modify ITV to properly describe the tumor movement Create the normal tissue motion

59 Phase Reconstruction Options 10 Equally Spaced 8 Equally Spaced User Defined