ExacTrac 1
Incertezas em radioterapia É impossível eliminar completamente todas as incertezas. Com uma avaliação de suas fontes é possível minimizá-las. Nível clinicamente aceitável, ou pelo menos incorporá-las da melhor maneira possível. Esse é o objetivo de se usar o ExacTrac. 2
Incertezas Imagem e planejamento Controle de qualidade Posicionamento do paciente Tratamento Localização e registro Coincidência do isocentro Posicionamento com IV Movimento intra-fração Parâmetros do gating Mecânico AL Exactrac Laser Radioativo Algoritmo de fusão de imagem Interno Externo Tamanho da janela 3
ExacTrac sistema de radioterapia guiada por imagem (IGRT) que usa uma combinação de posicionamento óptico por infravermelho (IV) e criação de imagem radiográfica com quilovoltagem para conseguir um posicionamento preciso dos pacientes e a realização de correções de posicionamento em tempo real. diferentemente do cone beam que produz imagens tridimensionais o ExacTrac produz duas imagens planares. 4
ExacTrac O Exactrac posiciona o paciente utilizando a imagem de estruturas ósseas ou de marcadores internos, portanto nos casos em que essa técnica não é possível, ou não é conveniente, ele não é indicado. Exemplos de indicações: Próstata (ou com marcadores internos ou com margens maiores para considerar o movimento do órgão) Radiocirurugia frameless Crânio SBRT (stereotatic body radiation therapy) de pulmão SBRT de coluna Pulmão com marcadores internos 5
Componentes do ExacTrac 6D Dois subsistemas principais: um de posicionamento óptico baseado em infravermelho para a colocação inicial do paciente e controle preciso do movimento da mesa outro de formação de imagem radiográfica com kv, para verificação do posicionamento e realização de seu ajuste baseado na anatomia interna, estrutura óssea, ou em marcadores (fiduciais) implantados. 6
Infravermelho O sistema infravermelho é formado por duas câmaras que emitem raios de IV e detetam o raio refletido em esferas refletoras fixadas externamente na superfície do paciente, na mesa de tratamento ou em acessórios de localização. Câmara Lente de infravermelho 7
Infravermelho as câmaras fixadas numa barra de metal presa no teto emitem um baixo sinal de IV de frequência de 20 Hz o raio é refletido e analisado para se obter informações da posição da esfera a posição das esferas refletoras é obtida pelas câmaras de IV usando raios virtuais que se interceptam nela 8
Esferas refletoras de infravermelho Body markers - Ligado ao paciente, se move com ele, não se consegue congelar a posição nem corrigi-la (dependendo da amplitude do movimento) Ignora o movimento do paciente porque está fixo na mesa então possibilita a correção da posição 9
Esferas refletoras de infravermelho Tomo com caixa estereotática a localização dos rods se comunica com os marcadores 10
Esferas refletoras de infravermelho Para evitar ambiguidades e simetria as esferas não devem estar alinhadas no mesmo raio virtual. Como as vezes é difícil escolher posições adequadas deve-se usar um número de marcadores externos maior que o mínimo recomendado que é de 4 11
Esferas refletoras de infravermelho o valor de precisão da posição do marcador externo considerada aceitável é definida pelo usuário ele define uma faixa de precisão cujo valor superior estabelece o valor inaceitável de precisão o sistema avisa se a precisão encontrada para um determinado paciente está ok, reduzida ou baixa 12
Infravermelho 13
Raios-X O sistema de raios-x é composto de dois tubos emissores embutidos no chão que projetam a radiação obliquamente em dois painéis planos de detetores de silício amorfo (AmSi) montados no teto. Caraterísticas: a direção do feixe é fixa, a distância fonte painel é relativamente grande: de 2 a 3 metros, o resultado são duas imagens oblíquas do paciente. 14
Raios-X 15
Raios-X 16
isocenter and subset isocenter. This method results in a minimization of localization errors versus the unweighted strategy [38]. Sistema de raios-x Once the patient is initially setup using the IR camera system, the target position is checked. The imaging component of the ExacTrac system incorporates two kv X-ray units located in the floor on either side of the linear accelerator (See Fig. 2-11). Figure 2-11: X-ray tube and housing box used for kv imaging (Reproduced from ExacTrac Clinical User Guide). The relationship between the kv X-ray images and the DRRs is established using the pinhole cameral model: 17
Raios-X 18
ROTINA CT TPS EXACTRAC PRÉ POSICIONAMENTO CORREÇÃO VERIFICAÇÃO 19
Posicionamento do paciente Durante a simulação são colocados marcadores radiopacos externos no paciente. É feita uma marca do posicionamento dos soquetes de cada marcador. Essa marca é coberta com um adesivo transparente. Se na simulação os marcadores não foram usados pode-se usar, no acelerador, a estrela de referência de IV no lugar das esferas. No acelerador novos marcadores, não radiopacos de infravermelho são colocados exatamente nos mesmos pontos usados na simulação. Usando o algoritmo do sistema, que reconhece a posição dos marcadores, o paciente é preposicionado levando seu isocentro de tratamento para próximo do isocentro do acelerador. 20
Princípio de funcionamento são obtidas duas imagens oblíquas (raios-x), que são comparadas com a radiografia reconstruída digitalmente (DRR) gerada no mesmo plano das imagens, a partir da tomografia do paciente que está no sistema o software de fusão desloca as imagens de raios-x de modo a tornar máxima sua coincidência com a imagem de DRR, ou seja, define em que posição do paciente as imagens de raios-x se assemelham às do DRR 21
Princípio de funcionamento esse valor é quanto o paciente deve ser deslocado ou rotacionado, depois de ajustar a posição do paciente a fusão é refeita para verificar o seu posicionamento. é possível excluir do processo de fusão estruturas que potencialmente aumentam a incerteza da fusão, como o mandíbula, ou a calota craniana. 22
Raios-X 23
Raios-X DRR RX 24
Marcadores externos em próstata Os marcadores devem ser colocados próximos de estruturas ósseas em que a movimentação é menor. Mas como a fusão é feita pela estrutura óssea, não é levada em conta a movimentação da próstata. Com: -body markers pode-se observar a movimentação do paciente mas perde-se a precisão da correção -estrela ou ferradura, não se observa movimentação do paciente mas a correção é garantida. 25
Marcadores externos em em SRS Se for usado array com a máscara para fixação, a tomo deve ser feita com a caixa estereotática. Para tratar basta usar o array já que existe uma conexão entre os dois acessórios. 26
Marcadores externos em pulmão Como na próstata: -body markers pode-se observar a movimentação do paciente mas perde-se a precisão da correção -estrela ou ferradura, não se observa movimentação do paciente mas a correção é garantida. Se necessário convém criar um isocentro virtual, que é um isocentro em uma estrutura imóvel próximo a região a ser tratada. Depois o próprio sistema corrige e faz a translação para o isocentro real. 27
Fiduciais Os tumores de partes moles não são facilmente visíveis nem com MV do Portal Image nem com sistemas de kv. A fim de providenciar uma posição substituta para o alvo pode-se implantar cirurgicamente fiduciais ou marcadores internos. Geralmente são de ouro ou platina como os VisicoilTM. Há diferentes tipos de fiduciais: curto, longo em formato de mola e Stent. 28
Marcadores internos ou fiduciais Nesse caso, em vez de estrutura óssea ser a referência para a fusão, os fiduciais é que são usados para a fusão, ou seja, os deslocamentos são determinados fazendo-se coincidir a posição dos marcadores na imagem de raios-x com aquela do DRR obtido da tomografia. É preciso ter mais cuidado na fusão nesses casos. 29
Outros componentes do ExacTrac monitor que indica o posicionamento dos marcadores e da mesa, 30
Monitor 31
Outros componentes do ExacTrac monitor que indica o posicionamento dos marcadores e da mesa, painel e tela de controle do software, 32
Painel de controle 33
Tela Os pixels mortos não fornecem informação Os pixels mortos podem interferir na precisão Para corrigir esse problema faz-se a white image, que é uma calibração que substitui os pixels mortos por valores obtidos por interpolação dos vizinhos. 34
Outros componentes do ExacTrac monitor que indica o posicionamento dos marcadores e da mesa, painel e tela de controle do software, lâmpada de aviso de funcionamento do raios-x, 35
Aviso de funcionamento na porta 36
Outros componentes do ExacTrac monitor que indica o posicionamento dos marcadores e da mesa, painel e tela de controle do software, lâmpada de aviso de funcionamento do raios-x, mesa robótica, 37
Mesa robótica 6D - tem seis graus de liberdade, três de translação e três de rotação. Vantagem - é possível corrigi a angulação, no caso do paciente estar rodado dentro da máscara ou da caixa. Desvantagem o paciente tem sensação de queda durante o movimento da mesa. 38
Mesa robótica 39
Outros componentes do ExacTrac monitor que indica o posicionamento dos marcadores e da mesa, painel e tela de controle do software, lâmpada de aviso de funcionamento do raios-x, mesa robótica, um sistema de software que reconstrói o DRR e possibilita a sua fusão com as imagens de raios-x e câmara de vídeo digital para monitorar a posição do paciente durante o tratamento. 40
Calibração Todos os dias diversos parâmetros devem ser verificados para se confirmar que o sistema vai ter um desempenho dentro das tolerâncias sugeridas para se ter um tratamento com acurácia. 41
Calibração As versões anteriores precisam que a relação espacial entre as duas câmaras e o video seja calibrada, para isso se usa o phantom ET IR calibration 42
Sistemas de coordenadas Afim de minimizar as incertezas de posicionamento do Exactrac é necessário fazer coincidir os seguintes quatro sistemas de coordenadas independentes: mecânico do acelerador: a origem é na intersecção do eixo de rotação do colimador e do gantry, lasers: ponto de encontro dos laser localizados nas paredes e no teto da sala infravermelho: tem seu próprio sistema de coordenadas ligado às esferas refletoras feixes de raios-x que produzem as imagens 43
Calibração 1 - faz-se coincidir o isocentro dos lasers com o radioativo do acelerador, no sistema antigo a calibração é com o isocentro mecânico 2 então o isocentro do AL é usado para ajustar o sistema de coordenadas (isocentro) do infravermelho 3 - o isocentro do IV é usado para ajustar o sistema de coordenadas do raios-x 4 - finalmente o raios-x é então comparado com o isocentro do acelerador através do pointer Wiston Lutz, para confirmação 44
1 Verificação do isocentro do AL Um esfera radiopaca, presa à mesa de tratamento, é colocada no cruzamento dos lasers. Uma tira de filme radiocrômico é fixada além da bolinha e ligada ao gantry por meio de um braço. O filme é então irradiado com um campo de 6 mm x 6 mm com 900 UM, numa combinação de ângulos do gantry (0, 90, 180, 270 ) e da mesa (0, 45, 135 ). A posição da imagem da bolinha em relação à posição do centro do campo informa sobre o desvio dos lasers em relação ao isocentro do acelerador e imprecisão do movimento do gantry e mesa. Pode-se também variar a posição do colimador. 45
1 Verificação do isocentro do AL 46
1 Verificação do isocentro do AL G 0 M 90 G 0 G 90 G270 M 270 M 0 M 0 47
2 - Calibração infravermelho Para garantir que as câmaras de IV determinem com precisão a posição dos refletores de IV, estabelece-se um procedimento de calibração que relaciona essas coordenadas com o isocentro do acelerador. A posição de cada esfera pode ser determinada com uma precisão de 0,3 mm. 48
2 - Calibração infravermelho Ação: Move Isocenter Phantom to Current Isocenter Os marcadores do phantom, que tem configuração e posição conhecida, fornecem ao sistema de infravermelho a informação sobre o sistema de coordenadas do isocentro radioativo. 49
2 - Calibração infravermelho ET Isocenter Phantom O modelo novo tem dentro dele uma esfera de metal de 5 mm de diâmetro 50
3 - Calibração do gerador de raios-x Ação: Verify X-ray Calibration apoia-se o ET X-ray calibration Phantom sobre a mesa desloca-se, manual ou automaticamente, o phantom de acordo com as instruções do sistema sobre quanto ele deve ser deslocado adquire-se uma imagem radiográfica com cada tubo faz-se a fusão automática das imagens avalia-se se a fusão está aceitável 51
3 - Calibração do gerador de raios-x ET X-ray calibration Phantom 52
4 Detecção do ponter do Winston Lutz Ação: Detect Winston-Lutz pointer acopla-se e fixa-se o ponteiro Winston- Lutz na mesa (Couchmount) alinha-se o ponteiro com os lasers adquire-se uma imagem radiográfica com cada tubo faz-se a fusão automática das imagens verifica-se se o centro da imagem adquirida no momento coincide com a de referência obtida durante a calibração 53
4 - Detecção do ponter do Winston Lutz Acaba sendo uma verificação da coincidência dos isocentros. 54
4 - Detecção do ponter do Winston Lutz 55
Fontes de incertezas com o uso do ExacTrac imprecisão de localização através do sistema de infravermelho reprodutibilidade do algoritmo de fusão de imagem precisão do sistema de raios-x A precisão global do sistema pode ser bem avaliada por meio de um teste end-to-end. 56
Validação do sistema - verificação end to end usa-se um marcador (uma bolinha) colocada num phantom cuja localização é feita pelos mapas de localização do alvo gerados pelo TPS um filme é colocado na direção de linha que vai do gantry ao marcador usa-se um único campo que deve ter um tamanho que apresente o deslocamento posicional do marcador em relação centro mas o mantem dentro do campo A distância entre o centro da projeção do alvo e o centro do campo informa sobre o desvios ocorridos, ou seja dá a precisão global do sistema. 57
Teste de CQ Testes diários: calibração do infravermelho Inspeções semanais - cabeamento visualmente Testes mensais: calibração de todo o sistema, isocentro, raios-x e white image. Inspeções mensais funcionalidade e controle visual do braço do monitor legibilidade das marcações Anual é feito por especialistas da BrainLab 58
Relatórios dados de identificação procedimentos executados correções realizadas imagens geradas aprovações feitas diário - posições assumidas pelo gantry, colimador e mesa deslocamentos ao longo do tratamento 59
Cuidados O marcadores externos devem ser posicionados numa localização o mais possível estável. Antes da calibração recomenda-se deixar as câmaras de IV ligadas durante 90 minutos (velho). É fundamental garantir desde o início que a projeção dos laser coincida com o isocentro do acelerador. Se o gerador não for usado por mais de duas semanas a energia escolhida para os dez primeiros feixes não deve exceder 110 kv. As imagens de raios-x não podem ser feitas em todos os ângulos do gantry, somente naqueles em que o gantry não se interpõe no feixe de raios-x 60
Vantagens e Desvantagens Exactrac VANTAGENS precisão rápida aquisição fusão automática independe da posição do AL, pode-se fazer verificação como gantry em movimento snap kv DESVANTAGENS não visualiza partes moles produz imagens oblíquas não tem interlock 61
REFERÊNCIAS Wang, L.T.; Solberg, T.D.; Medin, P.M.; et al. Infrared patient positioning for stereotactic radiosurgery of extracranial tumors. Comp. Biol. Med. 31:101 11; 2001. Twork, G Validation of the Spatial Accuracy of the ExacTrac Adaptive Gating System A thesis submitted to McGill University in partial fulfillment of the requirements of the degree of Master of Science in Medical Physics, 2011 Clinical User Guide, ExacTrac - BrainLab 62