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ExacTracLaura Furnari
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Incertezas em radioterapia
Esse é o objetivo de se usar o ExacTrac.
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.
2Laura Furnari
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Incertezas
Imagem e planejamento
Localização e registro
Controle de qualidade
Coincidência do isocentro
AL Exactrac Laser
Mecânico Radioativo
Posicionamento do paciente
Posicionamento com IV
Algoritmo de fusão de
imagem
Tratamento
Movimento intra-fração
Interno Externo
Parâmetros do gating
Tamanho da janela
3Laura Furnari
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ExacTrac
sistema de radioterapiaguiada por imagem (IGRT)que usa uma combinação deposicionamento óptico porinfravermelho (IV) e criaçãode imagem radiográfica comquilovoltagem
para conseguir um posicionamento preciso dos pacientes e a realização de
correções de posicionamento em tempo
real.
diferentemente do conebeam que produz imagenstridimensionais o ExacTracproduz duas imagensplanares.
4Laura Furnari
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ExacTrac
• O Exactrac posiciona o paciente utilizando aimagem de estruturas ósseas ou de marcadoresinternos, portanto nos casos em que essa técnicanão é possível, ou não é conveniente, ele não éindicado.
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
5Laura Furnari
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Componentes do ExacTrac 6D
• Dois subsistemas principais:
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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.
um de posicionamento óptico baseado em
infravermelho para a colocação inicial do paciente e controle
preciso do movimento da mesa
Laura Furnari
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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.
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Câmara
Lente de infravermelho
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Infravermelho
8
as câmaras fixadas numa barra de metal presa no teto emitem um baixo sinal de IV de frequência de 20 Hz
a posição das esferas refletoras é obtida pelas câmaras de IV usando raios virtuais que se interceptam nela
o raio é refletido e analisado para se obter informações da posição da esfera
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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 dopaciente porque está fixona mesa então possibilita acorreção da posição
9Laura Furnari
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Esferas refletoras de infravermelho
Tomo com caixa estereotáticaa localização dos rods secomunica com os marcadores
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Esferas refletoras de infravermelho
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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
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Esferas refletoras de infravermelho
ele define uma faixa de precisão cujo valor
superior estabelece o valor inaceitável de
precisão
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o valor de precisão da posição do marcador externo considerada
aceitável é definida pelo usuário
o sistema avisa se a precisão encontrada para um
determinado paciente está ok, reduzida ou baixa
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Infravermelho
13Laura Furnari
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Raios-X
Caraterísticas:
– a direção do feixe é fixa,
– a distância fonte painel é relativamente grande: de 2 a3 metros,
– o resultado são duas imagens oblíquas do paciente.
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O sistema de raios-X é composto de dois tubosemissores embutidos no chão que projetam aradiação obliquamente em dois painéis planos dedetetores de silício amorfo (AmSi) montados no teto.
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Raios-X
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Raios-X
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Sistema de raios-X
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[ ][ ]
åå ×
=S
SS
w
ZYXwZYX (2-6)
S
SS
d
nw =
Where [ ]ZYX are the isocenter coordinates, Sw is the weighting
factor, and Sd is the Euclidian norm of the deviation between the reference
isocenter and subset isocenter. This method results in a minimization of
localization errors versus the unweighted strategy [38].
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® Cl inical User Guide).
The relationship between the kV X-ray images and the DRRs is
established using the pinhole cameral model:
34333231
14131211
pzpypxp
pzpypxpu
+++
+++=
34333231
24232221
pzpypxp
pzpypxpv
+++
+++=
(2-7)
17Laura Furnari
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Raios-X
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ROTINA
• CT
• TPS
• EXACTRAC
– PRÉ POSICIONAMENTO
– CORREÇÃO
– VERIFICAÇÃO
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Posicionamento do paciente
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Durante a simulação sãocolocados marcadores radiopacosexternos no paciente. É feita umamarca do posicionamento dossoquetes de cada marcador. Essamarca é coberta com um adesivotransparente.
No acelerador novosmarcadores, não radiopacosde infravermelho sãocolocados exatamente nosmesmos pontos usados nasimulação.
Se na simulação osmarcadores não foramusados pode-se usar, noacelerador, a estrela dereferência de IV no lugardas esferas.
Usando o algoritmo do sistema,que reconhece a posição dosmarcadores, o paciente épreposicionado levando seuisocentro de tratamento parapróximo do isocentro doacelerador.
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Princípio de funcionamento
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são obtidas duas imagensoblíquas (raios-X), que sãocomparadas com aradiografia reconstruídadigitalmente (DRR) gerada nomesmo plano das imagens, apartir da tomografia dopaciente que está no sistema
o software de fusão deslocaas imagens de raios-X demodo a tornar máxima suacoincidência com a imagemde DRR, ou seja, define emque posição do paciente asimagens de raios-X seassemelham às do DRR
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Princípio de funcionamento
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é possível excluir do processo de fusão estruturas que
potencialmente aumentam a incerteza da fusão, como o
mandíbula, ou a calota craniana.
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.
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Raios-X
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Raios-X
DRR RX
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Marcadores externos em próstata
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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 movimentaçãodo paciente mas perde-se aprecisão da correção
-estrela ou ferradura, não se observa
movimentação do paciente mas a correção é garantida.
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Marcadores externos em em SRS
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Se for usado array com a máscarapara fixação, a tomo deve serfeita com a caixa estereotática.
Para tratar basta usar o array jáque existe uma conexão entre osdois acessórios.
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Marcadores externos em pulmão
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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.
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.
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Fiduciais
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Geralmente são de ouro ou platina como os VisicoilTM.
Há diferentes tipos de fiduciais:
curto,longo em formato demola eStent.
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.
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Marcadores internos ou fiduciais
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Nesse caso, em vez de estrutura óssea ser areferência para a fusão, os fiduciais é que sãousados para a fusão, ou seja, os deslocamentossão determinados fazendo-se coincidir aposição dos marcadores na imagem de raios-Xcom aquela do DRR obtido da tomografia. Épreciso ter mais cuidado na fusão nesses casos.
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Outros componentes do ExacTrac
• monitor que indica o posicionamento dosmarcadores e da mesa,
30Laura Furnari
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Monitor
31Laura Furnari
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Outros componentes do ExacTrac
• monitor que indica o posicionamento dosmarcadores e da mesa,
• painel e tela de controle do software,
32Laura Furnari
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Painel de controle
33Laura Furnari
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Tela
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Os pixels mortos não fornecem
informaçãoPara corrigir esse problemafaz-se a white image, que éuma calibração quesubstitui os pixels mortospor valores obtidos porinterpolação dos vizinhos.
Os pixels mortos podem interferir
na precisão
Laura Furnari
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Outros componentes do ExacTrac
• monitor que indica o posicionamento dosmarcadores e da mesa,
• painel e tela de controle do software,
• lâmpada de aviso de funcionamento do raios-X,
35Laura Furnari
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Aviso de funcionamento na porta
36Laura Furnari
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Outros componentes do ExacTrac
• monitor que indica o posicionamento dosmarcadores e da mesa,
• painel e tela de controle do software,
• lâmpada de aviso de funcionamento do raios-X,
• mesa robótica,
37Laura Furnari
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Mesa robótica
38
6D - tem seis graus deliberdade, três de translação etrês de rotação.
Vantagem - é possívelcorrigi a angulação, no casodo paciente estar rodadodentro da máscara ou dacaixa.
Desvantagem – opaciente tem sensaçãode queda durante omovimento da mesa.
Laura Furnari
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Mesa robótica
39Laura Furnari
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Outros componentes do ExacTrac
• monitor que indica o posicionamento dosmarcadores 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 epossibilita a sua fusão com as imagens de raios-X e
• câmara de vídeo digital para monitorar a posição dopaciente durante o tratamento.
40Laura Furnari
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Calibração
• Todos os dias diversos parâmetros devem serverificados para se confirmar que o sistemavai ter um desempenho dentro das tolerânciassugeridas para se ter um tratamento comacurácia.
41Laura Furnari
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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
42Laura Furnari
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Sistemas de coordenadas
43
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
Afim de minimizar as incertezas de posicionamento doExactrac é necessário fazer coincidir os seguintes quatrosistemas de coordenadas independentes:
Laura Furnari
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Calibração
44
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 WistonLutz, para confirmação
Laura Furnari
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1 – Verificação do isocentro do AL
Um esfera radiopaca, presa à mesa de tratamento, écolocada no cruzamento dos lasers. Uma tira de filmeradiocrômico é fixada além da bolinha e ligada ao gantrypor meio de um braço. O filme é então irradiado comum campo de 6 mm x 6 mm com 900 UM, numacombinação de ângulos do gantry (0°, 90°, 180°, 270°) eda mesa (0°, 45°, 135°). A posição da imagem da bolinhaem relação à posição do centro do campo informa sobreo desvio dos lasers em relação ao isocentro doacelerador e imprecisão do movimento do gantry emesa.Pode-se também variar a posição do colimador.
45Laura Furnari
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1 – Verificação do isocentro do AL
46Laura Furnari
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1 – Verificação do isocentro do AL
47
M 90°
M 270°M 0° M 0°
G 0°
G 0°
G 90° G270°
Laura Furnari
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2 - Calibração infravermelho
48
A posição de cada esfera pode ser determinada com uma precisão de 0,3 mm.
Para garantir que as câmaras de IVdeterminem com precisão a posiçãodos refletores de IV, estabelece-seum procedimento de calibração querelaciona essas coordenadas com oisocentro do acelerador.
Laura Furnari
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2 - Calibração infravermelho
49
Ação: Move IsocenterPhantom to Current Isocenter
Os marcadores do phantom , quetem configuração e posiçãoconhecida, fornecem ao sistema deinfravermelho a informação sobre osistema de coordenadas doisocentro radioativo.
Laura Furnari
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2 - Calibração infravermelho
ET IsocenterPhantom
O modelo novo tem dentro dele uma esfera de metal de 5 mm de diâmetro
50Laura Furnari
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3 - Calibração do gerador de raios-X
51
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
Laura Furnari
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3 - Calibração do gerador de raios-X
ET X-ray calibration Phantom
52Laura Furnari
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4 – Detecção do ponter do Winston Lutz
53
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
Laura Furnari
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4 - Detecção do ponter do Winston Lutz
54
Acaba sendo uma verificação da coincidência dos isocentros.
Laura Furnari
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4 - Detecção do ponter do Winston Lutz
55Laura Furnari
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A precisão global do sistema pode ser bem avaliada por meio de um teste end-to-end.
Fontes de incertezas com o uso do ExacTrac
56
imprecisão de localização através do sistema de infravermelho
reprodutibilidade do algoritmo de fusão de imagem
precisão do sistema de raios-X
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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.
Validação do sistema - verificação end to end
57
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
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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
58Laura Furnari
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Relatórios
59
dados de identificação
procedimentos executados
correções realizadas
aprovações feitas
diário - posições assumidas pelo
gantry, colimador e mesa
deslocamentos ao longo do tratamento
imagens geradas
Laura Furnari
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Cuidados
60
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-XLaura Furnari
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Vantagens e Desvantagens Exactrac
• VANTAGENS
• DESVANTAGENS
61
• precisão• rápida aquisição• fusão automática• independe da posição do AL, pode-se
fazer verificação como gantry em movimento snap
• kV
• não visualiza partes moles• produz imagens oblíquas• não tem interlock
Laura Furnari
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REFERÊNCIAS
• Wang, L.T.; Solberg, T.D.; Medin, P.M.; et al. Infraredpatient positioning for stereotactic radiosurgery ofextracranial tumors. Comp. Biol. Med. 31:101–11; 2001.
• Twork, G Validation of the Spatial Accuracy of theExacTrac® Adaptive Gating System A thesis submittedto McGill University in partial fulfillment of therequirements of the degree of Master of Science in Medical Physics , 2011
• Clinical User Guide, ExacTrac® - BrainLab
62Laura Furnari