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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

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

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

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

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

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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

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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

Esferas refletoras de infravermelho

Tomo com caixa estereotáticaa localização dos rods secomunica com os marcadores

10Laura Furnari

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

Laura Furnari

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

Laura Furnari

Infravermelho

13Laura Furnari

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.

Laura Furnari

Raios-X

15Laura Furnari

Raios-X

16Laura Furnari

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

Raios-X

18Laura Furnari

ROTINA

• CT

• TPS

• EXACTRAC

– PRÉ POSICIONAMENTO

– CORREÇÃO

– VERIFICAÇÃO

19Laura Furnari

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

23Laura Furnari

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

Monitor

31Laura Furnari

Outros componentes do ExacTrac

• monitor que indica o posicionamento dosmarcadores e da mesa,

• painel e tela de controle do software,

32Laura Furnari

Painel de controle

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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

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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,

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Aviso de funcionamento na porta

36Laura Furnari

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,

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Mesa robótica

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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.

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Mesa robótica

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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.

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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

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

Sistemas de coordenadas

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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:

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Calibração

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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

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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

1 – Verificação do isocentro do AL

46Laura Furnari

1 – Verificação do isocentro do AL

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M 90°

M 270°M 0° M 0°

G 0°

G 0°

G 90° G270°

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2 - Calibração infravermelho

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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

2 - Calibração infravermelho

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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.

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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

3 - Calibração do gerador de raios-X

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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

3 - Calibração do gerador de raios-X

ET X-ray calibration Phantom

52Laura Furnari

4 – Detecção do ponter do Winston Lutz

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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

4 - Detecção do ponter do Winston Lutz

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Acaba sendo uma verificação da coincidência dos isocentros.

Laura Furnari

4 - Detecção do ponter do Winston Lutz

55Laura Furnari

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

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imprecisão de localização através do sistema de infravermelho

reprodutibilidade do algoritmo de fusão de imagem

precisão do sistema de raios-X

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

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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

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

Relatórios

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dados de identificação

procedimentos executados

correções realizadas

aprovações feitas

diário - posições assumidas pelo

gantry, colimador e mesa

deslocamentos ao longo do tratamento

imagens geradas

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Cuidados

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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

Vantagens e Desvantagens Exactrac

• VANTAGENS

• DESVANTAGENS

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• 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

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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