ipen AUTARQUIA ASSOCIADA A UNIVERSIDADE DE SO PAULO

INTERCOMPARAO DE COLIMADORES DE MLTIPLAS LMINAS PARA IMPLEMENTAO DE TERAPIA DE

FEIXES DE INTENSIDADE MODULADA

JUAN FERNANDO DELGADO VITERI

Dissertao apresentada como parte dos requisitos para obteno do Grau de Mestre em Cincias na rea de Tecnologia Nuclear-Aplicaes.

Orientadora: Dra. Laura Natal Rodrigues

So Paulo 2006

INSTITUTO DE PESQUISAS ENERGTICAS E NUCLEARES AUTARQUIA ASSOCIADA UNIVERSIDADE

DE SO PAULO

1NTERCOMPARAO DE COLIMADORES DE MLTIPLAS LMINAS PARA IMPLEMENTAO DE TERAPIA DE FEIXES DE INTENSIDADE MODULADA

JUAN FERNANDO DELGADO VITERI j w .

' V * / o i

Dissertao apresentada como parte dos requisitos para obteno do Grau de Mestre em Cincias na rea de Tecnologia Nuclear - Aplicaes.

Orientadora: Dra. Laura Natal Rodrigues

SO PAULO 2006

Este trabalho dedicado minha esposa Maria Alexandra e minha filha Camila Isabella por elas serem a motivao para continuar, e nas horas difceis me fizeram acreditar que era possvel culminar este projeto. Aos meus pais, Fernando e Teresa, s minhas irms Maria Teresa e Maria Laura, ao Csar Vicente e aos seus pequenos, por terem acreditado em mim este tempo tudo. Aos meus sogros e a todos os familiares e amigos que me apoiaram e dessa forma me ajudaram a conquistar este objetivo.

AGRADECIMENTOS

Dra. Laura Natal Rodrigues de forma muito especial pela orientao, dedicao, as experincias, os conselhos e a amizade que permitiram no desmaiar at

chegar no final deste objetivo.

Ao Dr. Jos Carlos Cruz, Coordenador de Fsica Medica do Servio de Radioterapia do Hospital Israelita Albert Einstein de So Paulo, minha eterna

gratido pela experincia e conhecimento transmitidos, pela pacincia, a sbia orientao e por permitir-me acompanhar o seu trabalho no HIAE.

Ao Dr. Ken Shortt, Chefe da Seo de Fsica Mdica e Dosimetria (DMRP) da Agncia Internacional de Energia Atmica, por ter confiado em mim e por sua

preocupao com o desenvolvimento da Fsica Mdica na Amrica Latina.

Meus agradecimentos tambm ao Servio de Radioterapia Hospital Israelita Albert Einstein de So Paulo, pela oportunidade de desenvolver este trabalho.

Agradeo equipe, aos Mdicos, s Biomdicas, pessoal de Enfermagem e Administrativo. De forma especial, agradeo aos Fsicos Paulo, Loureno e Roberto, e s Dosimetristas Adriana e Lidiane. Obrigado pela ajuda, a pacincia e pela oportunidade de crescer profissionalmente junto a vocs.

Agradeo profundamente ao Hospital Oncolgico SOLCA - Ncleo de Quito, ao seu Presidente o Gral. Slon Espinosa Ayala; ao Diretor Mdico, Dr. Fausto Tafur; ao Diretor Executivo, Coronel Benjamin Nnez, por ter me oferecido oportunidade de obter este Grau e de adquirir experincia profissional como Fsico Mdico, representando ao Hospital e ao nosso querido Equador.

A toda a equipe do Departamento de Radioterapia do Hospital Oncolgico SOLCA

- Ncleo de Quito dirigidos pelo Dr. Csar Bueno, aos Mdicos, Dosimetristas, Tcnicos, pessoal de Enfermagem e Secretaria.

Aos meus colegas os Fsicos do Departamento de Radioterapia do Hospital

Oncolgico SOLCA - Ncleo de Quito, Yolanda Dfaz, Jorge Garcia e William Espinoza por apoiar-me neste projeto.

Aos meus colegas de Pos Graduao, Eduardo, Priscilla, Patrcia, Cristiane, Mrcio por ter compartilhado todos esses momentos com este estranho; agradeo ainda de forma especial ao Andr M. M. Vieira pela amizade e a oportunidade de

discutir o desenvolvimento deste trabalho ao longo destes dois anos, estarei

agradecido para sempre.

Ao IPEN e ao Centro de Metrologia das Radiaes pela oportunidade de desenvolver este trabalho.

Meu agradecimento Agncia Internacional de Energia Atmica pelo suporte

financeiro para o desenvolvimento do presente trabalho.

Agradeo novamente minha famlia e aos meus amigos l no distante Equador, saibam que cada coisa feita durante o desenvolvimento deste trabalho teve um

esforo dobrado (pela lngua e pela distncia), mas tudo isso pouco diante do orgulho de ter nascido nessa nossa terra e de tentar faz-la crescer. Espero sinceramente, no t-los defraudado.

Por fim, quero agradecer a todas as pessoas, que eu esqueci de nomear acima e que de alguma forma colaboraram e me ajudaram a conseguir este objetivo. Muito obrigado.

INTERCOMPARAO DE COLIMADORES DE MLTIPLAS LMINAS PARA IMPLEMENTAO DE TERAPIA DE FEIXES DE INTENSIDADE MODULADA

Juan Fernando DELGADO VITERI

RESUMO

Neste trabalho apresentada uma intercomparao das caractersticas dosimtricas entre trs sistemas de colimadores multi-lminas: Varian Millenium com 120 lminas, mMLC m3 Brainlab e Varian Mark II ambos com 52 lminas. A largura da projeo das lminas no isocentro e na regio central do campo de 0,5 cm; 0,35 cm e 1,0 cm respectivamente. Foram comparadas caractersticas dosimtricas comuns aos trs sistemas em modo esttico e, no modo dinmico, o trabalho limitou-se aos dois primeiros. Em modo dinmico, foram realizados testes que avaliam o funcionamento atravs da irradiao em filme de figuras padro, como a reprodutibilidade e estabilidade do MLC. Foi testada a linearidade das UM, sensibilidade interrupo de tratamentos, a constncia na velocidade das lminas encontrando-se em todos os casos dentro do 3%. Na linearidade da taxa de dose existem diferenas quando este parmetro diminui. Encontrou-se que o desvio mdio da dose inversamente proporcional abertura mdia dos campos dinmicos. O fator de rendimento em modo dinmico apresentou variaes de at 1% quando o sistema suporte funcional se encontrava em posies laterais. Para os trs sistemas de MLC, nos perfis para um mesmo tamanho de campo foi observada uma inclinao maior na regio de penumbra para o mMLC; nos fatores de rendimento existem tambm pequenas diferenas de um sistema para outro. A abertura dosi mtrica entre pares de lminas foi determinado para o MLC 120, mMLC e MLC 52, os valores obtidos para 6 MV foram: (0,202 0,054) cm; (0,157 0,070) cm e (0,189 0,081) cm respectivamente. A transmisso apresentou um comportamento crescente com a profundidade e o tamanho de campo para 6 MV nos trs sistemas. Os valores mdios determinados com cmara de ionizao para 6 MV foram os seguintes: (1,630 0,018)% para o MLC 120; (1,291 0,029)% para o mMLC e (1,638 0,010)% para o MLC 52. Quando testada com filme, a transmisso entre as lminas e intralminas apresentou dependncia com a posio fora do eixo central tanto no MLC 120 quanto no mMLC. A porcentagem de espalhamento produzido pelo MLC, com relao a um campo aberto de referncia de 6 MV foi: (0,297 0,024)% para o MLC 120; (0,239 0,052)% para o mMLC e (0,202 0,028)% para o MLC 52. A penumbra (80-20%) em funo do deslocamento fora do eixo no apresentou variaes significativas nos trs sistemas. Para todos os MLCs, a penumbra apresentou um comportamento crescente em funo do tamanho de campo definido pelas lminas. Em funo da profundidade em 6 MV, a penumbra apresentou o menor valor para o mMLC em d,: 2,59 mm e o maior 6,74 mm para o MLC Mark II a 10 cm de profundidade. A penumbra em funo do ngulo que as lminas formam com o seu eixo de movimento, para o ngulo de 10 no mMLC apresentou um valor 3,74 mm; j para os ngulos maiores, os maiores valores foram os obtidos para o Mark II.

A srie de testes descrita no presente trabalho permite estabelecer uma rotina no comissionamento de sistemas de MLC que pode ser aplicada nos servios de Radioterapia que vo comissionar sistemas de MLC para IMRT em modo dinmico. Os resultados descritos permitem caracterizar cada um dos sistemas de MLC estudados. No possvel dizer que um sistema melhor que outro, mas possvel, a partir da escolha de um deles, identificar as possveis vantagens e desvantagens que cada um vai apresentar.

MULTILEAF COLLIMATOR INTERCOMPARISON FOR INTENSITY MODULATED RADIATION THERAPY IMPLEMENTATION

Juan Fernando DELGADO VITERI

ABSTRACT

In this work a dosimetric comparison between three multileaf collimator systems is presented: a

Varian Millenium with 120 leaves, Brainlab mMLC m3 and Varian Mark II both with 52 leaves. The

width projection at isocenter level in field's central region are: 0,5 cm; 0,35 cm e 1,0 cm respectively. Common dosimetric characteristics for the three systems in static mode and dynamic

capabilities for the two first were compared.

In dynamic mode, tests validating proper MLC function through film irradiation were done, such MLC stability, MU linearity, treatment interruptions sensitivity, stability of MLC in dynamic mode,

leaf speed stability, were found within 3% deviation in all cases. Dose rate linearity showed

differences when this parameter decreases in dynamic mode. Average dose errors for fixed width gaps moving at constant speed were found to be proportional to gap errors and inversely proportional to the gap width. Output factors differences delivered through a sweeping gap were found less than 1% when the gantry was in a lateral position. For the three MLC systems, when comparing beam profiles for the same field was observed that for mMLC presents the sharpest dose gradient region. In the output factors small differences where observed in every MLC system.

Dosimetric leaf gap was determined for MLC 120, mMLC and MLC 52, obtained values for a 6 MV beam are: (0,202 0,054) cm; (0,157 0,070) cm e (0,189 0,081) cm respectively. The transmission showed an increase with depth and field width for 6MV in ail the three systems.

Average values obtained with ionization chamber for this energy were: (1,630 0,018)% for MLC 120; (1,291 0,029)% for mMLC and (1,638 0,010)% for MLC 52. When obtained through film irradiation, inter and intra leaf transmission showed an off axis dependent behavior for MLC 120

and mMLC. Scatter produced by MLC as a 6MV open reference field ratio was: (0,297 0,024)% for MLC 120; (0,239 0,052)% for mMLC and (0,202 0,028)% for MLC 52. It was verified that penumbra width (80-20%) as a function of off axis leaf position do not showed significant differences in all systems. As a function of field width defined by MLC leaves, penumbra width

presented an increasing behavior. When tests as a depth function in a 6MV field, penumbra showed the smallest value for the mMLC at dmax: 2,59 mm and the biggest was 6,74 mm for the MLC Mark II AT 10 cm depth. Penumbra dependence with leaf movement axis showed that for 10,

the mMLC presented a 3,74 mm value, for larger angles, the higher values were obtained for MLC Mark It.

Described series of tests described in the present investigation allows to establish a commissioning routine for MLC systems, that could be applied in a Radiotherapy Department that will commission

those systems for dynamic IMRT. Obtained results allow to characterize every MLC studied

system. It is not possible to establish which system is better, but when one is chosen it is feasible

to identify vantages and disadvantages that everyone will present.

SUMRIO GERAL LISTA DE TABELAS W LISTA DE FIGURAS Ww LISTA DE ABREVIATURAS xv 1 INTRODUO 1 1.1 HISTRICO. O PERCURSO AT A MODULAO DO FEIXE 4 1.2 SISTEMA DE MICRO COLIMADOR MULTI-LMINAS 5 1.3 FEIXE DE INTENSIDADE MODULADA (IMRT) 6 1.3.1 FEIXES DE FTONS E ELTRONS COM INTENSIDADE MODULADA.... 6 1.3.2 TOMOTERAPIA 6 1.3.3 INTENSIDADE MODULADA COM COLIMADORES MULTI-LMINAS 8 1.3.3.1 MODO DINMICO DE MOVIMENTO DAS LMINAS DO MLC. JANELA

DESLIZANTE 8 1.3.3.2 MODO ESTTICO. AVANO E DISPARO 9 1.3.3.3 ARCO DINMICO 11

1.3.4 INTENSIDADE MODULADA COM MODULADORES FSICOS 11 1.3.5 BRAO ROBTICO 12 1.4 SISTEMAS DE PLANEJAMENTO 12 1.4.1 ALGORITMOS DE PLANEJAMENTO. PLANEJAMENTO DIRETO E

INVERSO 14 1.5 PLANEJAMENTO 16 1.6 FUNDAMENTOS DE DOSIMETRIA 17 1.6.1 DOSE ABSORVIDA 17 1.6.2 DOSIMETRIA POR FILME 19 1.6.2.1 DOSIMETRIA RELATIVA COM FILME 21

1.7 CONTROLE DE QUALIDADE 21 1.7.1 TESTES DE ACEITAAO 21 1.7.2 TESTES DE COMISSIONAMENTO 22 1.7.3 VERIFICAO DO TRATAMENTO DOS PACIENTES 22 1.8 REVISO BIBLIOGRFICA 23 1.9 OBJETIVOS 26 2 MATERIAIS E MTODOS 27 2.1 ACELERADOR LINEAR 27 2.2 SISTEMA DE COLIMADOR MULTI-LMINAS 28

ii

2.2.1 COLIMADOR MULTI-LMINAS. VARIAN -MODELO MARK II 28 2.2.2 COLIMADOR MULTI-LMINAS. VARIAN -MODELO MILLENIUM 29 2.2.3 COLIMADOR MICRO MULTI-LMINAS. BRAINLAB -MODELO m3 30 2.3 EQUIPAMENTO DOSIMTRICO 31 2.4 SISTEMA DE PLANEJAMENTO 32 2.5 ARRANJOS EXPERIMENTAIS 32 2.5.1 SSD. DISTNCIA FONTE-SUPERFCIE 32 2.5.2 SAD. DISTNCIA EIXO SUPERFCIE 32 2.6 TESTES DE ACEITAO E COMISSIONAMENTO 33 2.7 TESTES MECNICOS 34 2.7.1 TOLERNCIA E TEMPO DE TRATAMENTO 34 2.7.2 TESTE DE WINSTON - LUTZ 34 2.7.3 POSIO DAS LMINAS 35 2.7.4 ESTABILIDADE DO MLC EM MODO DINMICO 35 2.7.5 ESTABILIDADE DA VELOCIDADE DAS LMINAS 36 2.8 TESTES DOSIMTRICOS 36 2.8.1 SENSIBILIDADE INTERRUPO DE TRATAMENTOS 36 2.8.2 ESTABILIDADE DO FATOR DE RENDIMENTO COM O DMLC 36 2.8.3 LINEARIDADE COM AS UNIDADES MONITORAS 37 2.8.4 LINEARIDADE DE DOSE EM FUNO DA TAXA DE DOSE 37 2.8.5 AVALIAO DE FIGURAS PADRO 37 2.8.6 TRANSMISSO 37 2.8.6.1 TRANSMISSO COM CMARA DE IONIZAO 38 2.8.6.2 TRANSMISSO COM FILME 39

2.8.7 ESPALHAMENTO DE RADIAO PRODUZIDO PELO MLC 39 2.8.8 EFEITO DA BORDA ARREDONDADA E ABERTURA DOSIMTRICA

ENTRE PARES DE LMINAS 40 2.8.9 PENUMBRA 41 2.8.9.1 PENUMBRA EM FUNO DO DESLOCAMENTO FORA DO EIXO

CENTRAL 42 2.8.9.2 PENUMBRA EM FUNO DO TAMANHO DE CAMPO 43 2.8.9.3 PENUMBRA EM FUNO DA PROFUNDIDADE 43 2.8.9.4 PENUMBRA EM FUNO DO NGULO COM AS BORDAS 43

2.9 ANLISE DOS ARQUIVOS "DYNALOG" 44 3 RESULTADOS E DISCUSSES 46 3.1 COLIMADOR MULTI-LMINAS VARIAN MODELO MILLENIUM 46

3.1.1 TESTES MECNICOS 46 3.1.1.1 POSIO DAS LMINAS NO ISOCENTRO 47 3.1.1.2 ESTABILIDADE DO MLC EM MODO DINMICO 48 3.1.1.3 ESTABILIDADE DA VELOCIDADE DAS LMINAS 49

3.1.2 TESTES DOSIMTRICOS 50 3.1.2.1 SENSIBILIDADE INTERRUPO DE TRATAMENTOS 50 3.1.2.2 ESTABILIDADE DO FATOR DE RENDIMENTO COM O DMLC 51 3.1.2.3 LINEARIDADE DAS UNIDADES MONITORAS 52 3.1.2.4 LINEARIDADE DE DOSE EM FUNO DA TAXA DE DOSE 52 3.1.2.5 AVALIAO DE FIGURAS PADRO 53 3.1.2.6 TRANSMISSO 54 3.1.2.6.1 TRANSMISSO COM CMARA DE IONIZAO 54 3.1.2.6.2 TRANSMISSO COM FILME 56

3.1.2.7 ESPALHAMENTO DE RADIAO PRODUZIDO PELO MLC 120 57 3.1.2.8 EFEITO DA BORDA ARREDONDADA E ABERTURA DOSIMTRICA

ENTRE PARES DE LMINAS 58 3.1.2.9 PENUMBRA 60 3.1.2.9.1 PENUMBRA EM FUNO DO DESLOCAMENTO FORA DO EIXO

CENTRAL 60 3.1.2.9.2 PENUMBRA EM FUNO DO TAMANHO DE CAMPO 61 3.1.2.9.3 PENUMBRA EM FUNO DA PROFUNDIDADE 61 3.1.2.9.4 PENUMBRA EM FUNO DO NGULO COM AS BORDAS 62

3.1.2.10 ANLISE DOS ARQUIVOS "DYNALOG" 63 3.2 MICRO COLIMADOR MULTI-LMINAS BRAINLAB m3 65 3.2.1 TESTES MECNICOS 65 3.2.1.1 TESTE DE WINSTON - LUTZ 66 3.2.1.2 POSIO DAS LMINAS NO ISOCENTRO 66 3.2.1.3 ESTABILIDADE DO SISTEMA mMLC EM MODO DINMICO 67 3.2.1.4 ESTABILIDADE DA VELOCIDADE DAS LMINAS 67

3.2.2 TESTES DOSIMTRICOS 68 3.2.2.1 SENSIBILIDADE INTERRUPO DE TRATAMENTOS 68 3.2.2.2 ESTABILIDADE DO FATOR DE RENDIMENTO COM O mMLC EM

MODO DINMICO 68 3.2.2.3 LINEARIDADE COM AS UNIDADES MONITORAS 69 3.2.2.4 LINEARIDADE DE DOSE EM FUNO DA TAXA DE DOSE 70 3.2.2.5 AVALIAO DE FIGURAS PADRO 71

i v

3.2.2.6 TRANSMISSO 71 3.2.2.6.1 TRANSMISSO COM CMARA DE IONIZAO 71 3.2.2.6.2 TRANSMISSO COM FILME 72

3.2.2.7 ESPALHAMENTO DE RADIAO PRODUZIDO PELO mMLC 73 3.2.2.8 EFEITO DA BORDA ARREDONDADA E ABERTURA DOSIMTRICA

ENTRE PARES DE LMINAS 74 3.2.2.9 PENUMBRA 75 3.2.2.9.1 PENUMBRA EM FUNO DO DESLOCAMENTO FORA DO EIXO

CENTRAL 75 3.2.2.9.2 PENUMBRA EM FUNO DO TAMANHO DE CAMPO 76 3.2.2.9.3 PENUMBRA EM FUNO DA PROFUNDIDADE 77 3.2.2.9.4 PENUMBRA EM FUNO DO NGULO COM AS BORDAS 78

3.2.2.10ANLISE DOS ARQUIVOS "DYNALOG" 78 3.3 COLIMADOR MULTI-LMINAS VARIAN MODELO MARK II 79 3.3.1 TESTES DOSIMTRICOS 79 3.3.1.1 TRANSMISSO 79 3.3.1.1.1 TRANSMISSO COM CMARA DE IONIZAO 79 3.3.1.1.2 TRANSMISSO COM FILME 80

3.3.1.2 ESPALHAMENTO PRODUZIDO PELO MLC 52 - MARK II 82 3.3.1.3 EFEITO DA BORDA ARREDONDADA E ABERTURA DOSIMTRICA

ENTRE PARES DE LMINAS 83 3.3.1.4 PENUMBRA 84 3.3.1.4.1 PENUMBRA EM FUNO DO DESLOCAMENTO FORA DO EIXO

CENTRAL 84 3.3.1.4.2 PENUMBRA EM FUNO DO TAMANHO DE CAMPO 85 3.3.1.4.3 PENUMBRA EM FUNO DA PROFUNDIDADE 85 3.3.1.4.4 PENUMBRA EM FUNO DO NGULO COM AS BORDAS 86

4 INTERCOM PARAO 88 4.1 TESTES MECNICOS 89 4.1.1 POSICIONAMENTO DAS LMINAS 89 4.2 DADOS DOSIMTRICOS PARA USO CLNICO 90 4.2.1 PERFIS 90 4.2.2 FATORES DE RENDIMENTO 91 4.3 TESTES DOSIMTRICOS 93 4.3.1 LINEARIDADE DE DOSE EM FUNO DA TAXA DE DOSE 93 4.3.2 SENSIBILIDADE INTERRUPO DE TRATAMENTOS 94

XII

4.3.3 ESTABILIDADE DO FATOR DE RENDIMENTO COM O DMLC 95 4.3.4 TRANSMISSO MDIA COM CMARA DE IONIZAO 96 4.3.5 EFEITO LINGETA-VO 96 4.3.6 TRANSMISSO ENTRE AS LMINAS E INTRALMINAS 97 4.3.7 ESPALHAMENTO 99 4.3.8 ABERTURA DOSIMTRICA ENTRE PARES DE LMINAS 100 4.3.9 PENUMBRA 101 4.3.9.1 PENUMBRA EM FUNO DA PROFUNDIDADE 101 4.3.9.2 PENUMBRA EM FUNO DA POSIO FORA DO EIXO 102 4.3.9.3 PENUMBRA EM FUNO DO TAMANHO DE CAMPO 104 4.3.9.4 PENUMBRA EM FUNO DO NGULO QUE FORMA COM O EIXO

DE MOVIMENTO DAS LMINAS 105 5 CONCLUSES E RECOMENDAES 108 6 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 111

vi

LISTA DE TABELAS

Tabela 1. Resultados da transmisso medida com filme, analisados no eixo

central 57

Tabela 2. Resultados do clculo de espalhamento produzido pelas lminas do

MLC Millenium 120, para um campo de 10 x 10 cm2 58

Tabela 3. Resultados obtidos da penumbra em funo da profundidade comparada com os descritos na literatura 62

Tabela 4. Resultados da penumbra 80-20% em funo do ngulo que formam as bordas do MLC 63

Tabela 5. Resultados do clculo de espalhamento produzido pelas lminas do mMLC m3l para um campo de 9,8 x 9,8 cm2 74

Tabela 6. Resultados da dependncia da penumbra em funo do ngulo que formam as lminas com seu eixo de movimento 78

Tabela 7. Resultados da transmisso medida com filme, analisados no eixo

central para o MLC 52 80

Tabela 8. Resultados do clculo de espalhamento produzido pelas lminas do MLC 52, para um campo de 10 x 10 cm2 82

Tabela 9. Resultados obtidos da penumbra em funo da profundidade comparados com os descritos na literatura 86

Tabela 10. Resultados da dependncia da penumbra em funo do ngulo que formam as lminas do MLC Mark II com seu eixo de movimento 87

Tabela 11. Comparao dos valores de transmisso medidos com cmara de ionizao 96

Tabela 12. Resultados comparativos do espalhamento produzido pelos trs

sistemas de MLC estudados 99

Tabela 13. Resultados comparativos da abertura dosimtrica entre pares de

lminas nos trs sistemas de MLC estudados 100

v i i

Tabela 14. Resultados comparativos da penumbra (80 - 20)% em funo da profundidade nos trs sistemas de MLC para 6MV 101

v i i i

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Esquema de uma lmina que forma parte de um sistema MLC 5

Figura 2. Vista frontal de vrios sistemas comerciais de MLC, com o respectivo

projeto do efeito lingeta - vo ("tongue and groove") 6

Figura 3. (a) Sistema de colimao para IMRT MIMiC acoplado no acelerador. (b) Fotografia do MIMiC Tomado de Purdy e colaboradores [2] 7

Figura 4. Esquema de liberao com IMRT em modo dinmico (DMLC) de um perfil de intensidade modulado. O ponto P do padro est em exposio direta radiao no intervalo de tempo entre os pontos b e c[1] 8

Figura 5. Esquema de liberao com IMRT em modo esttico (SMLC) de um perfil de intensidade modulado. O ponto P do padro est coberto pela lmina direta no intervalo de tempo entre os pontos a e b [1] 10

Figura 6. BEV de um campo de tratamento com as respectivas distribuies de dose depois da otimizao do tratamento. As regies em vermelho so as de maior dose 13

Figura 7. Exemplo de distribuio de dose obtida a partir de um planejamento inverso de IMRT para um paciente com cncer de prstata 17

Figura 8. Objeto simulador slido equivalente gua, para verificaes pr -tratamento (dosimetria absoluta e relativa). Pode-se observar a distribuio de dose exportada nele e normalizada no centro da cmara de ionizao 23

Figura 9. Acelerador linear Varian modelo 23EX do Departamento de Radioterapia do Hospital Israelita Albert Einstein 28

Figura 10. Colimador multi-lminas marca Varian; pode-se observar o motor responsvel pelo movimento acoplado lmina 29

Figura 11. Esquema dos arranjos de distncia fonte superfcie fixa (SSD) e eixo-superfcie (SAD) para medio de dose no ponto Q na profundidade d para um feixe com dose mxima no ponto P 33

i x

Figura 12. Figuras padro utilizadas para definir a dependncia da penumbra em

funo do ngulo com as bordas, (a) Para os ngulos de 15, 30 e 75 (b) Para os ngulos de 10, 45 e 60 44

Figura 13. Variao do tempo de tratamento de um campo dinmico em funo da tolerncia entre as posies programadas e reais das lminas em modo dinmico para o MLC 120 46

Figura 14. Efeito da tolerncia na posio das lminas na dose relativa para um campo de tratamento dinmico para o MLC 120 47

Figura 15. Resultados que relacionam o erro na dose liberada com o erro na abertura deslizante para 6MV liberado com o MLC 120 48

Figura 16. Resultados do teste de estabilidade do MLC 120 (jardineira - "garden fence"). O ltimo pico apresenta uma intensidade menor, o que representa um erro na posio de uma das lminas 49

Figura 17. Resultados do teste de velocidade das lminas do MLC 120. Para o

fabricante Varian, este teste denominado X-WEDGE e Y-WEDGE. 50

Figura 18. Efeito da interrupo do feixe durante um tratamento com o MLC 120 em modo dinmico (DMLC) 50

Figura 19. Resultados de medies para verificar a estabilidade do fator de rendimento com o MLC 120 em modo dinmico (DMLC) 51

Figura 20. Resultados dos testes de linearidade das unidades monitoras para um tratamento de IMRT, liberado com o MLC 120, mantendo constante a

taxa de dose 52

Figura 21. Resultados dos testes da constncia da dose em funo da taxa de dose para um nmero fixo de unidades monitoras em um tratamento de IMRT 53

Figura 22 Figuras padro disponibilizadas pelo fabricante, (a) Fatias segmentadas, (b) Padro complexo, (c) Pirmide 54

Figura 23. Transmisso do MLC 120 em funo da profundidade para vrios tamanhos de campo para um feixe de 6 MV 54

XII

Figura 24. Transmisso do MLC 120 em funo da profundidade para vrios tamanhos de campo para um feixe de 15 MV 55

Figura 25. Transmisso entre as lminas e intralminas para um feixe de 15 MV

no MLC 120 56

Figura 26. Transmisso entre as lminas e intralminas um feixe de 6 MV no MLC

120 56

Figura 27. Transmisso vs. largura do campo para o MLC Millenium 120 em um

feixe de 6 e 15 MV 58

Figura 28. Grfico da dose relativa em funo da abertura nominal para o MLC 120 59

Figura 29. Grfico da dose relativa em funo da abertura nominal para o MLC 120 59

Figura 30. Penumbra (80-20%) em funo da posio das lminas em relao ao eixo central para o MLC 120 60

Figura 31. Variao da penumbra em funo do tamanho de campo nos sentidos paralelo e perpendicular ao movimento do MLC 120 61

Figura 32. Variao da penumbra em funo da profundidade para campos de referncia 10x10 cm2 definidos pelo MLC Millenium para 6 MV 62

Figura 33. Histograma fornecido pelo arquivo "dynalog" com o nmero de desvios das posies das lminas durante um tratamento dinmico no MLC 120 63

Figura 34. Grfico do erro quadrtico mdio para cada uma das 120 lminas do

MLC. O maior pico indica um erro acima da tolerncia do sistema para

a lmina A39 diagnosticado com o arquivo "dynalog" 64

Figura 35. Grfico do estado do feixe (ligado ou desligado) em funo do tempo de tratamento para um tratamento dinmico liberado com o MLC 120. A existncia de vrios picos indica que o feixe foi desligado vrias vezes durante o tratamento quando as lminas no atingiram a posio programada 64

xi

Figura 36. Variao do tempo de tratamento de um campo dinmico em funo da tolerncia entre as posies programadas e reais das lminas em modo dinmico para o mMLC 65

Figura 37. Efeito da tolerncia na posio das lminas na dose relativa para um campo de tratamento dinmico para o mMLC 65

Figura 38. Grfico do deslocamento do isocentro em funo do ngulo de rotao do sistema de suporte funcional, realizado pelo mtodo de Winston -

Lutz no mMLC 66

Figura 39. Resultados que relacionam o erro na dose liberada com o erro na

abertura deslizante para 6MV no mMLC 67

Figura 40. Efeito da interrupo do feixe durante um tratamento dinmico com o mMLC 68

Figura 41. Resultados de medies para verificar a estabilidade do fator de rendimento em modo dinmico do mMLC 69

Figura 42. Resultados dos testes de linearidade das unidades monitoras para um

tratamento de IMRT liberado como o mMLC, mantendo constante a

taxa de dose 70

Figura 43. Resultados dos testes da constncia da dose em funo da taxa de dose para um nmero fixo de unidades monitoras em um tratamento de IMRT liberado como o mMLC 70

Figura 44. Figura padro (PIRMIDE) que fornece informao qualitativa da posio das lminas e do movimento das lminas 71

Figura 45. Transmisso em funo da profundidade para vrios tamanhos de campo definidos pelo mMLC para um feixe de 6 MV 72

Figura 46. Filme de verificao dosimtrica testando a transmisso 72

Figura 47. Transmisso entre as lminas e intralminas obtida atravs de filme de verificao dosimtrica 73

Figura 48. Transmisso vs. largura do campo para o mMLC em um feixe de 6 MV. 74

XII

Figura 49. Grfico da abertura dosimtrica entre pares de lminas obtida com cmara de ionizao para o mMLC 75

Figura 50. Penumbra (80-20%) em funo da posio das lminas com respeito ao eixo central para o mMLC 76

Figura 51. Grfico da penumbra vs. Tamanho de campo para campos definidos pelo mMLC em sentido paralelo e perpendicular ao movimento das

lminas 77

Figura 52. Variao da penumbra em funo da profundidade para campos de referncia 10x10 cm2 definidos pelas lminas do mMLC 77

Figura 53. Transmisso do MLC 52 em funo da profundidade para vrios tamanhos de campo para um feixe de 6 MV 79

Figura 54. Transmisso do MLC 52 em funo da profundidade para vrios tamanhos de campo para um feixe de 18 MV 80

Figura 55. Transmisso entre as lminas e intralminas para a energia de 6 MV no MLC Mark II de 52 lminas 81

Figura 56. Transmisso entre as lminas e intralminas para a energia de 18 MV no MLC Mark II de 52 lminas 81

Figura 57. Transmisso vs. largura do campo para o MLC Mark II em feixes de 6 e 18 MV 82

Figura 58. Grfico da abertura dosimtrica entre pares de lminas obtida com cmara de ionizao para o MLC 52 83

Figura 59. Penumbra (80-20%) em funo da posio das lminas com respeito ao eixo central para o MLC Mark II 84

Figura 60. Grfico da penumbra vs. tamanho de campo para campos definidos pelo MLC Mark II em sentidos paralelo e perpendicular ao movimento das lminas 85

Figura 61. Variao da penumbra em funo da profundidade para campos de referncia 10x10 cm2 definidos pelas lminas do MLC Mark II 86

Figura 62. Comparao de perfis para campos 8 x 8 cm2 definidos pelos trs sistemas de MLC estudados 91

lMIV!- /- ' -IPEN

xiii

Figura 63. Resultados comparativos dos fatores de rendimento para campos quadrados definidos pelos MLC's 92

Figura 64. Fatores de rendimento para o mMLC realizados com diferentes

ferramentas dosimtricas 92

Figura 65. Comportamento da dose relativa nos sistemas com capacidade de

liberao de feixes modulados dinamicamente quando a taxa de dose varia 94

Figura 66. Comparao do efeito de interrupo em tratamentos de IMRT dinmico liberado pelos dois sistemas de MLC habilitados para esta tcnica 94

Figura 67. Comparao do fator de rendimento em modo dinmico em funo do ngulo do sistema de suporte funcional nos dois sistemas que permitem a liberao de feixes modulados 95

Figura 68. Resultados comparativos do efeito lingeta - vo dos trs sistemas de

MLC estudados 97

Figura 69. Comparao da transmisso para 6 MV dos trs sistemas de MLC do HIAE, no eixo central 98

Figura 70. Comparao da transmisso para 6 MV dos trs sistemas de MLC do HIAE, os perfis foram obtidos a 3 cm de deslocamento do eixo central

em sentido oposto juno das lminas opostas 98

Figura 71. Resultados comparativos da penumbra (80 - 20)% em funo do deslocamento fora do eixo central na profundidade de 1,5 cm 103

Figura 72. Resultados comparativos da penumbra (80 - 20)% em funo do deslocamento fora do eixo central na profundidade de 5,0 cm 103

Figura 73. Resultados comparativos da penumbra (80 - 20)% em funo do deslocamento fora do eixo central na profundidade de 10,0 cm 104

Figura 74. Resultados comparativos da penumbra (80 - 20)% em funo do tamanho de campo definido pelos trs sistemas de MLC no sentido paralelo ao movimento das lminas 105

xiv

Figura 75. Resultados comparativos da penumbra (80 - 20)% em funo do tamanho de campo definido pelos trs sistemas de MLC no sentido

perpendicular ao movimento das lminas 105

Figura 76. Resultados comparativos da dependncia da penumbra 80 - 20% em

funo do ngulo que formam as lminas com seu eixo de movimento. 106

Figura 77. Resultados comparativos da dependncia da penumbra (80 - 20)% em funo do ngulo que formam as lminas com seu eixo de movimento para o mMLC 106

1

1 INTRODUO Um dos itens mais importantes na aplicao da Radioterapia com

Intensidade Modulada de Feixe (IMRT) sem dvida o colimador multi-lminas. H pouco tempo, e em muitos centros de Radioterapia na atualidade, os

aceleradores lineares possuam sistemas de colimao simples, com sistemas de colimao secundria que permitiam aberturas de campo simtricas (quadradas ou retangulares).

A maior limitao eficincia do tratamento de Radioterapia a produo de complicaes no desejadas pela irradiao de tecidos sadios em uma determinada tcnica radioterpica. Muitos rgos so relativamente sensveis aos danos de radiao e devem receber ateno especial durante o planejamento do tratamento. Em geral, quem encarregado de planejar tenta otimizar as distribuies de dose seguindo uma dada estratgia para liberar uma dose tumoricida no alvo, minimizando assim a dose nos tecidos normais

circundantes.

Os tratamentos convencionais usam um nmero limitado de campos de tratamento e restringem suas orientaes a um nmero limitado de feixes coplanares. Um aparelho de tratamento convencional delimita o tamanho do

campo de tratamento por meio de um conjunto de coiimadores secundrios construdos de metal denso. Estes coiimadores so posicionados no cabeote do acelerador, abaixo dos coiimadores secundrios e permanecem estticos durante o tratamento. Para reduzir o volume do tecido sadio irradiado, devem ser

elaboradas protees e o alvo tambm deve ser conformado para poupar estas regies anatmicas, assim como o uso de feixes mltiplos de tratamento. Para isto, foram desenvolvidas ligas de chumbo com baixo ponto de fuso para a elaborao de protees personalizadas, de acordo com o volume tumoral a ser tratado em cada paciente. Estes blocos so personalizados e construdos a partir

das imagens de simulao do paciente feitas no prprio simulador ou reconstrues digitais das imagens de tomografia computadorizada (CT). Estas protees permitem que a radiao passe pelas regies no protegidas atingindo o volume a ser tratado.

2

Os colimadores multi-lminas (MLC) esto sendo disponibilizados em muitos servios de Radioterapia, utilizando-os para substituir tcnicas convencionais de conformao, melhorando assim a eficincia do tratamento convencional de radioterapia. Os colimadores multi-lminas ou colimadores de

mltiplas lminas (MLC) apresentam a possibilidade de substituir os blocos de proteo para conformao do feixe. Os MLCs tm lminas com a capacidade de se movimentar at uma posio pr-definida para bloquear a irradiao em uma certa regio.

O processo de conformar os feixes de acordo com a forma do alvo e poupando os tecidos sadios, d origem Radioterapia Conformada (3DCRT). Este um processo mais rpido e com menor custo operacional que a fabricao dos blocos. de muita utilidade no caso em que h necessidade de correes durante o tratamento, devido ao fato de que o bloco no deve ser refeito, mas pode ser reconformado com as lminas.

Quando um volume tumoral definido em uma imagem CT ou de ressonncia magntica (RM) pelo Radioterapeuta, a partir desta definio dos volumes, realizado o planejamento do tratamento. Uma vez terminado o planejamento de um tratamento este revisado e discutido conjuntamente entre Fsico e Radioterapeuta para sua aprovao. Uma vez aceito, os dados do plano de tratamento so enviados pela rede de registro e verificao para o acelerador. Estes dados incluem a posio das lminas do MLC, os dados do tratamento, posicionamento do sistema de suporte funcional ("gantry"), colimador, mesa, etc. Um controlador ordena as lminas do MLC para se posicionarem na posio preconizada. Existem vrios modelos de colimadores multi-lminas com um maior ou menor nmero de lminas e com larguras diferentes para se obter um maior ou menor grau de conformao.

Na tcnica de tratamento conformacional (3DCRT), as lminas ficam estticas na posio programada para cada campo e o feixe de radiao liberado. Uma vez terminado um campo de tratamento, so colocados os

parmetros do novo campo (sistema de suporte funcional - "gantry", colimador, lminas, unidades monitoras, etc.) e o paciente irradiado novamente.

Outra aplicao possvel dos MLCs a modulao da intensidade do feixe. Esta tcnica uma variao da terapia conformada (3DCRT), e requer

3

compensao ou modulao a qual pode ser atingida utilizando o movimento das lminas do MLC durante a irradiao ou da posio das lminas para certas posies do sistema de suporte funcional. Assim, o MLC um dos itens mais importantes na aplicao da Radioterapia com Intensidade Modulada de Feixe (IMRT).

Pelo fato do MLC ser um sistema adicional ao acelerador, e que

modifica a geometria do feixe, requer um controle da qualidade exaustivo, para o

qual devem ser elaborados testes rotineiros.

A partir do uso de colimadores multi-lminas para substituir os blocos em 3DCRT, iniciou-se a pesquisa para a utilizao dos MLCs para modular os feixes de tratamento. Nestes ltimos anos, a maior parte de esforos tem sido focalizados nos algoritmos de otimizao dos planos de tratamento e no aperfeioamento dos sistemas de planejamento computadorizados e de liberao de feixes modulados.

Devido crescente implementao da tcnica de modulao de feixe no mundo inteiro de interesse atual estabelecer procedimentos de aceitao e comissionamento dos sistemas de colimador multi-lminas ou de mltiplas lminas. Cabe ao Fsico responsvel pela implementao da tcnica, alm dos testes de aceitao bsicos estipuladas pelo fabricante, realizar os testes de tal forma que garantam o timo funcionamento do sistema. Outro objetivo fundamental desses testes fazer o levantamento dos dados que permitam equipe multidisciplinar da Radioterapia (Fsico, Radioterapeuta e Dosimetristas) a perfeita compreenso do equipamento que est sendo utilizado. No caso de existir mais de um sistema de MLC em um servio de Radioterapia, recomendvel a intercomparao deles aps o levantamento dos dados.

Em geral os testes de aceitao realizados e recomendados pelo fabricante provem uma informao limitada, e muitos deles foram refeitos na realizao deste trabalho. A maioria de testes apresentados neste trabalho constituiu as seguintes etapas: avaliar o comportamento do sistema multi-lminas em certas condies de interesse clnico e levantar dados teis nessas condies.

4

1.1 HISTRICO. O PERCURSO AT A MODULAO DO FEIXE. Os primeiros conceitos de Radioterapia Conformada apareceram em

1965, quando o primeiro sistema de colimao de mltiplas lminas foi desenvolvido e implementado. Ele era controlado mecanicamente para conformar o feixe de acordo com a forma do volume alvo ao mesmo tempo em que o cavalete ("gantry") do equipamento girava ao redor do paciente. Este sistema foi desenvolvido no Japo pelo grupo de pesquisa do Dr. Shinji Takahashi em Nagoya no Japo. Um dispositivo com princpio similar foi desenvolvido independentemente pela Clnica Lahy do Instituto de Tecnologia de Massachusetts [1].

Outros desenvolvimentos ocorreram na Inglaterra utilizando um equipamento de Cobalto-60, no qual o paciente era irradiado pelo movimento da mesa e do cavalete ("gantry") que girava durante o tratamento, usando sistemas eletromecnicos. O objetivo desta tcnica era conformar a dose ao redor das vias de disseminao da doena e a conseqente conformao da distribuio da dose [1].

Outros esforos foram desenvolvidos no Karolinska Intitutet na Sucia, nos quais se relatou o uso de distribuies de intensidade no uniformes, e se discutiram aspectos relacionados com o planejamento e otimizao. Muitos desses conceitos estiveram envolvidos no projeto do MM50 Racetrack Microtron System da Scanditronix, que ser mencionado posteriormente [1].

Um avano significativo no caminho da modulao do feixe foram os filtros dinmicos, nos quais o movimento de uma das mandbulas ("jaws") do colimador do acelerador, junto com a variao na taxa de dose gerando assim uma distribuio de dose similar a de um filtro fsico.

A partir do uso de colimadores multi-lminas para substituir os blocos em 3DCRT, iniciou-se a pesquisa para a utilizao dos MLC para modular os feixes de tratamento. Nestes ltimos anos, a maior parte de esforos tem sido focalizados nos algoritmos de otimizao dos planos de tratamento e no melhoramento dos sistemas de planejamento computadorizados e de liberao de feixes modulados.

5

Os valores dos parmetros, tais como as transmisses de meia-lmina e intra-lminas, calibrao das variaes da posio de lminas, fatores de rendimento para campos pequenos, e geralmente medidas com campos estticos ao se comissionar o MLC; a intercomparao dos MLCs uma conseqncia de tais medidas.

1.2 SISTEMA DE MICRO COLIMADOR MULTI-LMINAS

Para caracterizar um sistema de coiimadores multi-lminas, preciso ter as seguintes informaes:

- nmero de pares de lminas;

- largura das lminas (projetada no isocentro);

- tamanho de campo mximo;

- distncia mxima de ultrapassagem com relao ao eixo central.

Na Figura 1 encontra-se um diagrama de uma lmina e a denominao de cada uma das suas partes, discutidas no presente trabalho.

Figura 1. Esquema de uma lmina que forma parte de um sistema MLC.

Todos os sistemas de coiimadores multi-lminas apresentam em seu projeto uma forma irregular pela vista frontal. Este efeito conhecido como efeito lingeta - vo ("tongue and groove"), que permite a movimentao das lminas contguas tentado minimizar o efeito de transmisso da radiao entre as lminas. O efeito est ilustrado na Figura 2.

6

uni UL Sc.md strarin Vac-tn Hl-pv Sr-rn.

Figura 2. Vista frontal de vrios sistemas comerciais de MLC, com o respectivo projeto do efeito lingeta - vo ("tongue and groove").

1.3 FEIXE DE INTENSIDADE MODULADA (IMRT).

A Radioterapia por intensidade modulada de feixe (IMRT) uma parte da modalidade de tratamento que tem sido conhecida tradicionalmente como Radioterapia Conformada (3DCRT); a diferena encontra-se na utilizao de feixes com intensidades no uniformes, obtidas a partir de tcnicas de otimizao nos sistemas de planejamento computadorizados [1][2][3][4]. Na prtica, existem algumas formas e sistemas que permitem esta modulao e que sero descritos em seguida.

1.3.1 FEIXES DE FTONS E ELTRONS COM INTENSIDADE MODULADA. O sistema Microtron Racetrack System da Scanditronix foi o primeiro

sistema de modulao de intensidade do feixe [1], O principio de funcionamento deste sistema controlar o ngulo e a intensidade com que o feixe de eltrons atinge o alvo de produo de raios-X, formando assim raios-X por freamento ("bremsstrahlung") que podem ser posicionados em qualquer posio dentro do campo de radiao, usando um padro de intensidades que guia o posicionamento.

1.3.2 TOMOTERAPIA

A Tomoterapia baseada na utilizao de um feixe estreito colimado por micro colimadores multi-lminas que so montados no sistema de suporte funcional de um acelerador linear convencional. Denomina-se tomoterapia serial,

7

pela semelhana com a tomografia axial computadorizada. Existe tambm a tomoterapia em espiral, na qual os erros potenciais devido ao movimento da mesa so reduzidos, e a semelhana desta vez com um exame de tomografia helicoidal [1][2],

Neste tipo de feixe de tratamento produzido um campo de aproximadamente 20 cm de largura e de 1 a 4 cm de comprimento. Este feixe estreito irradia uma seco pequena do paciente ao mesmo tempo em que o sistema funcional de suporte gira ao redor do seu eixo. Durante a rotao, as lminas do MLC se movimentam entrando e saindo, sendo controladas por um sistema computadorizado ("MLC Controller"), modulando a frao de tempo que cada segmento da rotao est bloqueada ou desbloqueada. As seces (definidas pela largura do campo) so irradiadas seqencialmente de forma que toda a rea de tratamento irradiada [1].

As seces (definidas pela largura do campo) so irradiadas seqencialmente de forma que toda a rea de tratamento irradiada. imperativo e preciso a movimentao exata da mesa de tratamento para garantir um tratamento correto. Comercialmente, o sistema de tomoterapia o Peacock e desenvolvido pela Nomos Corporation. O colimador adicional que montado no acelerador o MIMiC e est ilustrado na Figura 3 [1][2].

Figura 3. (a) Sistema de colimao para IMRT MIMiC acoplado no acelerador, (b) Fotografia do MIMiC . Tomado de Purdy e colaboradores [2].

8

1.3.3 INTENSIDADE MODULADA COM COLIMADORES MULTI-LMINAS

Estes so os mtodos mais usados de tratamento por IMRT, na prtica clnica e que vo ser estudados mais detalhadamente.

1.3.3.1 MODO DINMICO DE MOVIMENTO DAS LMINAS DO MLC. JANELA DESLIZANTE.

Os sistemas convencionais de MLC sendo controlados por computador podem liberar feixes de intensidade modulada. Para uma posio fixa do sistema de suporte funcional ("gantry"), uma abertura formada entre pares de lminas opostas dos bancos do MLC se movimenta em um sentido nico atravs do campo a ser tratado, quando o feixe est sendo liberado, produzindo assim o padro de fluncia desejado. Esta tcnica de IMRT comumente chamada como janela deslizante ("sliding window") ou simplesmente como DMLC (Dynamic MLC).

IMRT EM MODO DINMICO

Figura 4. Esquema de liberao com IMRT em modo dinmico (DMLC) de um perfil de intensidade modulado. O ponto P do padro est em exposio direta radiao no intervalo de tempo entre os

pontos b ec[1].

Na Figura 4, o perfil de intensidade a ser liberado encontra-se em linha contnua. Os caminhos a serem "percorridos" pelas lminas esquerda e direita so mostrados em linhas tracejadas. O eixo horizontal representa a posio das lminas e o eixo vertical o tempo de irradiao em termos de unidades monitoras. Em um ponto fixo, o intervalo de tempo entre as duas linhas de pontos representa o tempo de exposio direta da radiao. Os intervalos de tempo sob a lmina direita e sobre a lmina esquerda representam o tempo em que o campo de

9

tratamento est bloqueado por cada uma das respectivas lminas. Se considerarmos o ponto P no padro de intensidade, este ponto est em exposio direta ao feixe entre os tempos de exposio b e c, e bloqueado pela lmina direita e esquerda respectivamente entre os pontos a e b , e entre os pontos c e d.

A inclinao At/Ax ao longo do movimento da lmina o inverso da

velocidade Ax/A t . Cada lmina possui uma velocidade mxima, e a inclinao

deve, como restrio, ter o valor mnimo de 1 /v^ . O tempo total de exposio

T, que depende do comportamento da inclinao. Quando menor for a inclinao permitida, maior ser a velocidade das lminas e menor o tempo total de irradiao.

O movimento das lminas controlado por um sistema computadorizado (controlador). A abertura de cada par de lminas e sua velocidade se ajustam continuamente durante o movimento, e so funes dependentes do tempo. Neste modo de tratamento, a posio e velocidade das lminas, as unidades monitoras administradas e a taxa de dose interagem entre si.

Uma vez implementado o sistema para uso clnico, imperativo realizar a verificao pr-tratamento para cada paciente com a medio da dose absoluta com uma cmara de ionizao em um objeto simulador slido equivalente gua, assim como a determinao da distribuio de dose atravs de dosimetria por filme ou por ferramentas mais sofisticadas como matrizes de detectores ou sistemas eletrnicos de imagem portal, com a posterior anlise em um "software" adequado desta natureza.

1.3.3.2 MODO ESTTICO. AVANO E DISPARO.

Um segundo mtodo de tratamento por IMRT com MLC aquele que emprega segmentos mltiplos de campo para conformar um determinado padro de intensidade. Cada campo de tratamento (em uma orientao do sistema de suporte funcional definida) constitudo por segmentos ou sub-campos definidos por aberturas do MLC; a soma destes segmentos constitui um campo de tratamento, e desta forma obtida a modulao da intensidade do feixe de

10

radiao. O feixe liberado quando as lminas terminam seu posicionamento, a dose do segmento liberada e o feixe ento desligado. Depois disso, a configurao das lminas muda para o segmento seguinte; uma vez as lminas posicionadas novamente, o feixe liberado. O processo se repete para todos os segmentos de um campo de tratamento e posteriormente para os campos restantes. Este mtodo conhecido como avano e disparo ("'step and shoot"), ou simplesmente SMLC (Static MLC).

No mtodo de liberao de radiao SMLC, existem muitos algoritmos de otimizao para a obteno do feixe modulado, sendo que alguns visam minimizar o nmero de segmentos, enquanto que outros o tempo de exposio radiao.

IMRT EM MODO AVANO E DISPARO

Figura 5. Esquema de liberao com IMRT em modo esttico (SMLC) de um perfil de intensidade modulado. O ponto P do padro est coberto pela lmina direta no intervalo de tempo entre os pontos

a eb[1].

A Figura 5 mostra uma distribuio de intensidade em cinco nveis comparvel com a distribuio contnua do modo DMLC. O padro de intensidade discreto encontra-se em linha contnua e as trajetrias de cada uma das lminas (esquerda e direita), esto em linhas pontilhadas. Os segmentos horizontais so o tempo de parada no qual as lminas esto mudando at a posio pr-definida (Ax > 0) e o feixe desligado (Af = 0). Os segmentos verticais so o "disparo" ("shoot"J durante o qual as lminas permanecem estticas (Ax = 0) e a radiao est sendo liberada ( A f > 0 ) . As lminas da esquerda e da direita podem-se

11

movimentar de maneira simultnea durante o tempo de "parada" para encontrar suas novas posies.

Este mtodo em particular de modulao da intensidade por mltiplos segmentos, pode ser visto sob a perspectiva de uma aproximao do caso deserto de DMLC quando a velocidade das lminas Ax/At infinita [2],

1.3.3.3 ARCO DINMICO

Existe tambm a tcnica conhecida como arco terapia de intensidade modulada, que emprega campos mltiplos irregulares definidos pelas lminas do MLC ao mesmo tempo em que o cavalete ("gantry") gira ao redor do paciente. Esta tcnica planejada como uma seqncia de campos estticos com 5 a 10 de separao, liberados com arcos mltiplos superpostos. Em cada arco, os MLCs mudam sua configurao continuamente em funo da angulao do cavalete ("gantry") com base nos resultados da otimizao, adaptando-se ao volume alvo em cada projeo, de forma que a acumulao de distribuies de intensidade leva distribuio de dose [1].

Esta tcnica de tratamento utilizada tambm em Radiociruga Estereotxica e conhecida tambm com arco dinmico (AD). O princpio a conformao do volume alvo para liberar nele uma dose alta poupando os tecidos sadios circundantes.

1.3.4 INTENSIDADE MODULADA COM MODULADORES FSICOS

Existem sistemas nos quais a modulao da intensidade de feixe realizada atravs de moduladores fsicos, sendo que o efeito deles compensar as diferenas pela falta ou excesso de tecido em certas regies, a partir da visualizao dos cortes tomogrficos de simulao do paciente [1]. Com o advento dos sistemas de planejamento computadorizados, as heterogeneidades no interior do contorno do paciente tambm podem ser compensadas. Os compensadores so delineados ao longo do feixe de radiao, sendo que sua construo feita com ligas de chumbo com baixo ponto de fuso ("LipovitzVcerrobend"). A informao do planejamento, tal como a fluncia,

12

enviada para fresas automatizadas que fazem esta tarefa com a preciso

requerida para este fim. Nesta tcnica um dos principais fatores a serem levados em conta o endurecimento do feixe e a radiao espalhada pela presena dos filtros.

1.3.5 BRAO ROBTICO

Este conceito foi inicialmente desenvolvido para tratamentos de Radiocirurgia estereotxica, no qual um brao robtico capaz de gerar feixes muito estreitos ("beamlets") em qualquer orientao relativa ao volume alvo, conseguindo assim flexibilidade para obter modulao na intensidade do feixe [1].

1.4 SISTEMAS DE PLANEJAMENTO

As primeiras publicaes a respeito de sistemas de planejamento computadorizados datam de mais de quarenta anos. Os primeiros sistemas dependiam de contornos bidimensionais e doses calculadas em modelos simples. A partir de ento, existiram algumas tentativas para se dispor de sistemas de planejamento tridimensional, mas o estado da arte na poca dos sistemas computacionais baseados em imagens no permitia o seu desenvolvimento. A primeira aproximao do grupo de Sterling e colaboradores entre 1965 e 1974, gerava uma seqncia de imagens da distribuio de dose que dava uma viso 3D da anatomia irradiada [1][2].

Em 1978, foi desenvolvida na universidade de Brown - Estados Unidos,

uma ferramenta muito utilizada na atualidade nos sistemas de planejamento tridimensional, o "beam-eyes-view" (BEV), uma ferramenta de visualizao que posiciona o usurio na posio da fonte de radiao, olhando abaixo os raios divergentes do feixe, resultando em uma viso semelhante de uma imagem de raios-X convencional. A introduo posterior da tomografia axiai computadorizada na rotina dos servios de Radioterapia permitiu a incluso de algoritmos de reconstruo at chegar na utilizao completa do BEV a partir das imagens reconstrudas a partir dos cortes tomogrficos, trazendo a possibilidade de conformar os feixes a partir das imagens radiogrficas de reconstruo digital

13

(DRR) [1][2]. Um exemplo de um BEV de um campo de tratamento est na Figura 6.

Figura 6. BEV de um campo de tratamento com as respectivas distribuies de dose depois da otimizao do tratamento. As regies em vermelho so as de maior dose.

J no final da dcada dos anos oitenta, sistemas tridimensionais confiveis desenvolvidos em Universidades comearam a ser implementados para uso clnico. Nos anos 90 at os nossos dias estes sistemas tm sido implementados em todos os centros oferecendo cada vez mais ferramentas no clculo (algoritmos), no desenho de estruturas, na velocidade de clculo e no prprio desempenho dos sistemas [1][3].

A partir do uso de colimadores multi-lminas para substituir os blocos em 3DCRT, iniciou-se a pesquisa para a utilizao dos MLC para modular os feixes de tratamento. Para 3DCRT, possvel visualizar a distribuio exata das curvas de isodose em cada plano definido pelas imagens de CT. O clculo de 3DCRT possvel atravs da utilizao do sistema de planejamento computadorizado.

Este sistema alimentado com os dados obtidos no aceite e comissionamento do acelerador. Devido a este fato, esta tarefa deve ser realizada

com muita preciso devido ao fato de que algum erro na tomada de dados ser refletido nos futuros clculos j com pacientes. So mandatrias, tambm, a elaborao e a execuo de um programa de controle da qualidade rigoroso.

No caso das tcnicas mais modernas, como o IMRT ou o arco dinmico, alm da eficincia no tratamento, e pelo fato dos MLCs serem

14

fundamentais nelas, o resultado clnico depende da exatido e do controle da qualidade contnuo das vrias etapas do processo.

1.4.1 ALGORITMOS DE PLANEJAMENTO. PLANEJAMENTO DIRETO E INVERSO.

Em IMRT a distribuio de dose calculada dividindo-se o feixe em pequenos raios ("beamlets") que por sua dimenso dificilmente atingem o equilbrio eletrnico entre eles; isto produz assim a utilizao de tcnicas que integrem os feixes ("dose kernels') ou tcnicas de Monte Cario. Em IMRT modulado com MLC, as intensidades dos feixes variam com o movimento das lminas atravs do campo de radiao, por isso preciso que o sistema modele de maneira adequada a penumbra, a transmisso e a forma das bordas pelo sistema de planejamento.

Uma vez otimizado um plano de tratamento, deve ser obtida a seqncia das lminas para serem liberadas no acelerador. Isto conseguido atravs de algoritmos para dispor em seqncia o posicionamento das lminas. Mas devido ao fato de que os parmetros citados no pargrafo anterior so modelados, a liberao de radiao no ser exata, mas tentando sempre liberar um feixe o mais parecido com o planejado. Existem sistemas de planejamento computadorizados que incluem este processo no planejamento inverso aumentando o tempo de clculo. Por ocasio do comissionamento todos estes detalhes comeam a serem determinados para a implementao clnica [1][2].

Os termos planejamento "inverso" e "direto" tm sido muito utilizados desde o uso do IMRT. O planejamento "direto" ("forward planning") aquele no qual o planejador decide a configurao dos feixes e ele mesmo avalia a convenincia do plano desenvolvido e, se for o caso, efetua as mudanas necessrias. Muitas vezes, se no a maioria delas, estas mudanas so o produto da experincia adquirida pelo planejador, seja este o Fsico ou o Dosimetrista. Este tipo de planejamento utilizado pelos sistemas de planejamento tridimensionais.

O planejamento inverso divide o feixe em mltiplos raios ("beamlets") e determina a intensidade de cada um deles, e, devido ao grande nmero de raios

15

assim gerados, a soluo s possvel computacionalmente. Quem planeja especifica as orientaes dos feixes, a dose objetiva no volume alvo e as restries de dose ou limites de dose nos rgos de risco; em seguida, o algoritmo de otimizao calcula o padro de intensidades mais prximo descrio desejada. Se o Fsico precisa mudar o resultado, os limites e as restries devem ser alterados e deve-se proceder a uma nova otimizao. O sistema de planejamento agrupa os valores dos objetivos e as restries em uma funo de "custo" a ser maximizada ou minimizada pelo algoritmo de otimizao. Deve sempre ser considerado que a soluo do planejamento inverso no garante uma soluo clinicamente tima j que as restries inseridas no podem ser atingidas [1][2][3][4],

Os algoritmos de otimizao so esquemas heursticos de procura de mximos e mnimos locais que nem sempre levam a uma soluo clinicamente tima para o problema em questo. Em geral, sempre precisa mais do que uma tentativa antes de se encontrar a melhor soluo. O xito do planejamento inverso depende em grande parte de uma boa representao do problema clnico atravs da funo "custo" [2].

Existem dois tipos de algoritmos de otimizao para minimizar funes de custo: determinsticos e estocsticos [1][3][4]. Os determinsticos vo da soluo proposta soluo seguinte, calculando as primeiras e segundas derivadas da funo custo. O tamanho do intervalo depende do gradiente calculado. O clculo feito relativamente rpido, mas no pode sair de um mnimo local; estes mtodos so chamados como mtodos de decrscimo de gradiente. Os algoritmos estocsticos acham a soluo por mudanas aleatrias nas intensidades dos raios, isto faz possvel obter um mnimo local. Eles so mais

lentos no clculo que os determinsticos, devido ao fato de que o algoritmo leva um certo tempo avaliando e rejeitando os movimentos aleatrios. O mtodo de arrefecimento simulado ("simulated annealing") uma tcnica estocstica usada na otimizao inversa do IMRT. Na prtica, os mtodos estocsticos e de descida de gradiente podem ser combinados [3], A existncia de um mnimo local depende da funo de custo e dos objetivos estipulados. Se a funo linear ou quadrtica, com uma dose objetiva em cada estrutura anatmica na regio de clculo, os objetivos dose-volume podem fazer com que exista um mnimo local,

16

ou se o nmero e orientao dos campos de tratamento um parmetro a se otimizar.

1.5 PLANEJAMENTO

O planejamento de IMRT inclui vrios critrios adicionais a serem levados em considerao do que em um planejamento convencional e at em um planejamento tridimensional. A no uniformidade da intensidade introduz regies de alto gradiente de dose entre volume alvo e tecidos circundantes, devido s concavidades nos desenhos dos volumes, proximidade entre as estruturas ou do nmero de campos de tratamento utilizados [1][3].

Com relao ao delineamento de estruturas, preciso dispor de muito tempo por parte do Radioterapeuta para permitir uma definio correta das estruturas nas quais a otimizao se basear, j que esta uma tarefa fundamental no processo como um todo. Uma vez as estruturas delineadas, deve-se estabelecer as margens dos rgos seguindo os conceitos do ICRU [5][6], por exemplo volume alvo clnico (CTV) e volume alvo de planejamento (PTV). Todos os volumes dos quais se requer informao ou que sejam poupados, precisam ser desenhados nas imagens de tomografia. Com todas as estruturas delineadas, deve-se inserir no sistema as restries (doses objetivo) dose - volume para os volumes alvo e os rgos em risco.

O processo seguinte consiste no clculo inverso, como foi descrito anteriormente; o sistema procura as melhores solues para as restries propostas. Os critrios de aceitao de um plano devem estar previamente estabelecidos para que os resultados sejam discutidos entre o Fsico e o Radioterapeuta. Deve ser lembrado que as solues no so sempre as melhores desde o ponto de vista clnico, porm, geralmente so mudadas algumas restries para se obter uma soluo mais prxima planejada no incio. Na Figura 7 est um exemplo de distribuio de dose obtida a partir de um planejamento inverso.

Uma vez aprovado o plano, iniciam-se as tarefas de controle da qualidade pr - tratamento que incluem a exportao do plano escolhido a um objeto simulador slido para a verificao de dose absoluta pontual e de dose

17

relativa ou distribuio de dose. Os resultados destes testes so analisados e, se os resultados so positivos, o paciente est pronto para comear o seu tratamento.

Figura 7. Exemplo de distribuio de dose obtida a partir de um planejamento inverso de IMRT para um paciente com cncer de prstata.

1.6 FUNDAMENTOS DE DOSIMETRIA.

1.6.1 DOSE ABSORVIDA.

A radioterapia moderna baseia-se na entrega exata da dose ao volume alvo prescrito. A Comisso Internacional de Unidades e Medidas de Radiao (ICRU) recomenda uma exatido global de 5% baseada na anlise dos dados da resposta da dose e em uma avaliao das incertezas envolvidas na liberao de dose ao paciente [5][6], Considerando todas as incertezas envolvidas na liberao de dose ao paciente, a recomendao do 5% de exatido no de maneira alguma fcil de atingir.

Antes do uso clnico, o rendimento dos feixes de ftons e de eltrons produzidos nos equipamentos de radioterapia externa deve ser determinado. Esta calibrao sem dvida uma das partes mais importantes do processo de liberao da dose ao paciente.

O rendimento em um equipamento de radioterapia indica-se geralmente como a taxa de dose em um ponto P em uma profundidade de referncia dref em um objeto simulador equivalente gua a uma distncia

18

nominal fonte-superfcie e para um tamanho de campo de referncia 1 0 x 1 0 cm2

na superfcie do objeto simulador ou no isocentro. O fator de rendimento para equipamentos de raios-X na faixa dos kVp e unidades de cobaltoterapia

expressado em Gy/min; para aceleradores clnicos est dada em Gy/UM, sendo

UM unidade monitora [7].

As cmaras de ionizao so utilizadas em radioterapia e radiodiagnstico para a determinao da dose. Uma cmara de ionizao basicamente uma cavidade cercada de uma parede de material condutor e um

eletrodo central coletor. A parede e o eletrodo esto separados por um isolante

para reduzir a corrente de fuga quando aplicada uma determinada tenso

cmara.

Os procedimentos a serem seguidos quando um feixe clnico de ftons ou eltrons calibrado so descritos nos chamados Protocolos de Dosimetria. A escolha do uso de um determinado protocolo responsabilidade de cada Departamento, sendo alguns deles recomendados por Organismos internacionais como a Agncia Internacional de Energia Atmica (IAEA), ou por organismos regionais (p.ex. AAPM na Amrica do Norte, NACP na Escandinvia, etc.) ou nacionais. Estes procedimentos asseguram um alto nvel de consistncia na determinao da dose entre os diferentes centros de Radioterapia em um determinado pais e tambm entre um pas e outro [8][9],

Na prtica clnica, a cmara de ionizao a ferramenta mais utilizada para a determinao da dose atravs da utilizao de fatores que asseguram a rastreabilidade com padres nacionais, e as cmaras de ionizao so ento usadas como dosmetros relativos. Antes do uso de uma cmara na calibrao de um feixe clnico, deve ser escolhido o protocolo de calibrao apropriado para o feixe. Os protocolos fornecem o formalismo e os dados necessrios para relacionar a calibrao da cmara em um laboratrio padro com a medio da dose na gua em condies de referncia no feixe clnico. Atualmente so usados os protocolos baseados em fatores de calibrao de dose absorvida na gua. Estes fatores so obtidos geralmente em feixes de Cobalto 60 nos laboratrios de calibrao secundria [7].

A primeira etapa na utilizao de um protocolo a determinao do sinal da cmara corrigindo a carga da cmara pelas grandezas de influncia que

19

possam afetar o sinal da cmara (mq ). A dose absorvida na gua na profundidade de referncia de um feixe de qualidade Q0 dada por:

D W , Q O =MQ0NdWQC (V

O fator NDwQ o fator de calibrao de dose absorvida na gua obtido

no laboratrio secundrio de calibrao.

Seguindo este procedimento, pode ser obtida a dose absorvida e comparada com a dose em condies de referncia. Isto realizado como prtica rotineira como verificao pr - tratamento para todos os pacientes tratados com tcnicas como IMRT e AD.

Os planos aprovados so exportados a um objeto simulador slido equivalente gua.

1.6.2 DOSIMETRIA POR FILME

Os filmes radiogrficos desenvolvem funes importantes em radiodiagnstico, radioterapia e radioproteo. Servem como detector de radiao, dosmetro relativo, dispositivo de exposio e meio de arquivo de informao.

Um filme radiogrfico consiste em uma base fina de plstico com uma emulso sensvel radiao (gros de brometo de prata suspensos em base gelatinosa) revestida uniformemente em um ou ambos os lados da base. A ionizao do AgBr em gros, como resultado da interao com a radiao, forma uma imagem latente no filme. A imagem visvel (filme escurecido) somente quando revelado, sendo que os gros expostos radiao se reduzem prata metlica. O filme ento fixado atravs de uma soluo que dissolve o brometo de prata e a gelatina no expostos radiao [7][10].

A luz transmitida funo da opacidade do filme e pode ser medida em termos da densidade ptica (OD) com equipamento de medio (densitmetros).

A densidade ptica defina como OD = log 10(/o//), e funo da dose.

I0 a intensidade inicial de luz e I, a intensidade transmitida atravs do filme. O filme oferece excelente resoluo espacial em duas dimenses e em uma nica

20

exposio apresenta informao da distribuio espacial de radiao na rea irradiada ou a atenuao de radiao por algum objeto.

A faixa na qual pode ser utilizado o filme limitada segundo o tipo

utilizado, devido ao fato de que apresenta dependncia energtica. Pela

dependncia do efeito fotoeltrico com o nmero atmico ao cubo, e por ter em

sua composio a prata (Z=45), o filme absorve radiao espalhada abaixo de 150 keV, e no recomendvel seu uso abaixo este valor [7],

Geralmente os filmes so usados como ferramentas para dosimetria qualitativa, mas com uma calibrao adequada, cuidado no uso e anlise, podem ser usados para se avaliar a dose. Alguns tipos de filmes so utilizados em radioterapia (de exposio direta, para simulao, de chassi metlico para imagens portais, etc.) [7][11][12][13j.

Os filmes no expostos radiao exibem densidade ptica de fundo ("fog"); a densidade ptica liquida obtida pela subtrao da densidade de fundo da densidade medida devido exposio radiao.

Como leitores de OD so utilizados os densitmetros, densitmetros a laser, digitalizadores automticos ("scanner"), etc. Idealmente, a relao entre a dose e a OD deve ser linear, mas isto nem sempre acontece. Algumas emulses so lineares, outras so lineares em uma determinada faixa de dose e outras so

no lineares. A curva dose vs. OD conhecida como curva sensitomtrica ou curva caracterstica H&D, na honra a Hurter e Driffield que foram os primeiros

pesquisadores desta relao. A curva mencionada deve ser estabelecida para cada tipo de filme utilizado antes de cada medida dosimtrica [7][10][12][13].

As aplicaes tpicas do filme radiogrfico em radioterapia so medies qualitativas e quantitativas, incluindo dosimetria para feixes de eltrons, controle da qualidade dos equipamentos (p.ex. coincidncia de campo luminoso e de radiao, isocentricidade do colimador, do sistema de suporte funcional, mesa de tratamento, etc.), simetria e planura do feixe, distribuies de dose. verificao de tcnicas de tratamento (controle da qualidade pr-tratamento). imagens portais e comissionamento de equipamentos [7][10][11][12][14][15][16][17],

21

1.6.2.1 DOSIMETRIA RELATIVA COM FILME

Uma das ferramentas mais utilizadas e de maior confiabilidade a utilizao dos filmes radiogrficos de verificao (tipo Kodak X-Omat V ou EDR-2). Com arranjos experimentais simples pode ser realizado o levantamento de dados dosimtricos para o comissionamento de um equipamento que vo ser inseridos nos sistemas de planejamento computacionais [7][10][11][12].

Este tipo de filme tambm de grande utilidade nos procedimentos de controle da qualidade pr-tratamento para as tcnicas de IMRT. Neste caso, as fluncias do planejamento aprovado so exportadas a um objeto simulador slido equivalente gua, um filme de verificao posicionado e irradiado. Com um "software" de verificao dosimtrica so comparadas s distribuies obtidas tanto no filme irradiado quanto as calculadas pelo sistema de planejamento. Este sistema permite uma anlise qualitativa e quantitativa que permite decidir o incio ou no do plano de tratamento [3][4][11][12][14][17][18].

1.7 CONTROLE DE QUALIDADE

1.7.1 TESTES DE ACEITAAO Os testes de aceitao asseguram que as especificaes estipuladas

na aquisio do equipamento sejam satisfeitas. Estes testes so realizados na presena do representante do fabricante do equipamento. Geralmente possuem tolerncias maiores que as desejadas, se bem que garantem um funcionamento adequado do equipamento, que deve ser ainda testado e os testes aprofundados para uma familiarizao completa com o equipamento.

Os testes de aceitao podem ser divididos em trs grupos:

- testes de segurana;

- testes mecnicos; e

- medies dosimtricas [3][7][15][18].

2 2

1.7.2 TESTES DE COMISSIONAMENTO

O comissionamento de um equipamento de radioterapia inclui uma

srie de testes que geralmente consiste dos seguintes passos:

- aquisio de todos os dados dosimtricos necessrios para o

tratamento;

- organizar todos estes dados em um livro de dosimetria;

- alimentar o sistema de planejamento computadorizado com todos esses dados;

- desenvolver todas as rotinas de dosimetria, planejamento de tratamentos e procedimentos de tratamentos,

- verificao da exatido destas rotinas;

- estabelecer os testes e procedimentos de controle da qualidade; e

- treinamento de todo o pessoal.

Geralmente, so testes que garantem um timo funcionamento do equipamento bem como de seu estado inicial. Muitos dos parmetros a serem verificados rotineiramente devem ser comparados com os levantados nesta fase. Um comissionamento abreviado requerido depois de cada manuteno significativa do equipamento [2][3][7][15],

1.7.3 VERIFICAO DO TRATAMENTO DOS PACIENTES

Como parte do programa de controle da qualidade dos tratamentos dos pacientes existem algumas tarefas a serem desenvolvidas pela equipe de Fsica de um Servio que trata pacientes com IMRT, arco dinmico, radiocirugia fracionada, etc.

Uma vez terminado o planejamento de um tratamento, este revisado e discutido conjuntamente entre Fsico e Radioterapeuta para sua aprovao. Uma vez aceito, os dados do plano de tratamento so enviados pela rede de registro e verificao para o acelerador.

Nesse momento devem ser desenvolvidas tarefas de controle de

qualidade do plano de tratamento escolhido. O sistema de planejamento permite

23

exportar o plano a um objeto simulador, no qual possvel realizar medidas de dose absoluta, com cmara de ionizao, e de distribuio de dose, com filme de verificao dosimtrica. Os dados de cada campo, como ngulo de cavalete ("gantry"), ngulo de mesa, pontos de localizao do isocentro, configurao do MLC, dose e UM, so ento verificados. Deve-se determinar a dose absoluta a partir do plano gerado no objeto simulador seguindo os protocolos de determinao de dose absorvida, como est ilustrado na Figura 8 [8][9].

Outra etapa muito importante, como parte do programa de controle da qualidade, a verificao das unidades monitoras calculadas pelo sistema de planejamento [19][20][21].

Figura 8. Objeto simulador slido equivalente gua, para verificaes pr - tratamento (dosimetria absoluta e relativa). Pode-se observar a distribuio de dose exportada nele e normalizada no centro

da cmara de ionizao.

1.8 REVISO BIBLIOGRFICA

Os primeiros conceitos de Radioterapia Conformada apareceram em 1965, quando o primeiro sistema de colimao de mltiplas lminas foi desenvolvido e implementado em Nagoya no Japo [1],

Posteriormente na Inglaterra, foi utilizado um equipamento de Cobalto-60, no qual o paciente era irradiado assim que a mesa se movimentava e o sistema de suporte funcional ("gantry") girava durante o tratamento. Com esta tcnica a dose era conformada ao redor das vias de disseminao da doena [1],

No Karolinska Intitutet na Sucia, se relatou o uso de distribuies de intensidade no uniformes, no projeto do MM50 Racetrack Microtron System da Scanditronix [1][2],

24

O desenvolvimento dos sistemas de planejamento computadorizado com ferramentas tridimensionais permitiu os tratamentos conformados usando

blocos de proteo de ligas de chumbo. O posterior desenvolvimento dos sistemas de colimao de multi-lminas trouxe a possibilidade de utilizar estes para substituir os blocos de proteo [22].

A utilizao em cada vez mais centros de Radioterapia dos MLCs fez com que sejam reportadas metodologias para o controle de qualidade dos sistemas, detalhado os testes e a freqncia a serem realizados [23][24][25]. Posteriormente, Boyer e colaboradores [26] compilaram informao em um nico texto com aplicaes e caractersticas dos colimadores multi-lminas comercialmente disponveis.

A partir do uso de colimadores multi-lminas para substituir os blocos em 3DCRT, iniciou-se a pesquisa para a utilizao dos MLC para modular os feixes de tratamento. Foi assim que LoSasso e colaboradores reportaram o

desenvolvimento destes sistemas para a utilizao em DMLC [15] e as caractersticas dosimtricas.

Uma vez disponibilizados comercialmente sistemas de liberao de feixe por intensidade modulada, a pesquisa na rea incrementou-se, comeou ento a serem apresentadas as experincias de diversos centros; esse foi o caso de LoSasso e colaboradores [16] no Memorial Sloan - Kettering Cncer Center em Nova Iorque nos Estados Unidos; Essers e colaboradores [14] no Hospital Universitrio de Rotterdam, e Venencia e Besa [18] apresentaram o programa de controle de qualidade implementado no Hospital adjunto Universidade Catlica em Santiago no Chile. O trabalho de Van Esch e colaboradores [17] apresenta a experincia de cinco centros de Radioterapia na Europa, detalhando as ferramentas dosimtricas em cada um deles para fazer a aceitao, comissionamento e controle de qualidade dos diversos sistemas envolvidos em

um programa de IMRT (MLC, sistema de planejamento, acelerador, etc.). Linthout e colaboradores [27] fizeram uma descrio de alguns sistemas de liberao de feixe com intensidade modulada e as tarefas na aceitao, comissionamento e controle de qualidade dos sistemas. Cosgrove e colaboradores [28] descreveram essas tarefas especificamente para o micro colimador multi-lminas (mMLC).

25

Os programas de controle de qualidade, descritos nos trabalhos citados no pargrafo anterior, levam em considerao a utilizao de diversas ferramentas dosimtricas. Uma delas a medio da dose absoluta pontual como verificao pr - tratamento de um caso de IMRT; descrita na literatura por LoSasso e colaboradores [16] para cerca de 400 pacientes e por Venencia e Besa [18] para 120 pacientes planejados com IMRT, e sempre realizada seguindo os Protocolos de Calibrao mais divulgados [8][9], Linthout e colaboradores [29], mostram um algoritmo para verificao pr-tratamento dos clculos realizados pelos sistemas de planejamento com IMRT e Arco Dinmico.

No caso da realizao de dosimetria relativa como verificao pr -tratamento, LoSasso e colaboradores [15][16] apresentam seus resultados. Venencia e Besa [18], Van Esch e colaboradores [17], Essers e colaboradores [14] e Cosgrove e colaboradores [28] mostram sua experincia na verificao atravs de filmes de verificao dosimtrica e a comparao destes com os planejamentos realizados. J Bucciolini e colaboradores [11] descrevem de forma mais detalhada a metodologia utilizada para esta verificao. Como ferramenta adicional, Depuydt e colaboradores [30] apresentam o Anlise Gamma para a comparao quantitativa e qualitativa entre os resultados da verificao pr -tratamento realizada com filmes e o plano calculado pelo sistema de planejamento.

Todos os esforos de controle de qualidade no teriam efeito real se os sistemas de planejamento computadorizados (TPS) no tivessem o seu prprio. Testes e procedimentos rigorosos envolvendo os TPS so descritos por Fraass e colaboradores [19] e no novo documento da Agncia Internacional de Energia Atmica [21].

Nestes ltimos anos, a maior parte de esforos tem sido focalizada a normatizar os procedimentos na implementao de IMRT. desde o comissionamento dos sistemas de liberao (p.ex. MLC), dos sistemas de planejamento, o equipamento de dosimetria e principalmente o treinamento e experincia requeridos pela equipe multidisciplinar (Radioterapeuta, Fsico Mdico, Dosimetristas, Tcnicos, etc.). Para isto existem documentos importantes que descrevem a tcnica de IMRT e certos aspectos gerais a serem considerados, esse o caso do "Collaborative Group de IMRT" [1], e dos grupos

26

conjuntos da Associao Americana de Fsicos em Medicina e Associao Americana de Radiologia e Oncoiogia Teraputica [3][4].

1.9 OBJETIVOS

Caracterizar trs sistemas de MLC disponveis no Servio de Radioterapia do Hospital Israelita Albert Einstein em So Paulo. Verificar suas

vantagens e desvantagens, atravs de uma intercomparao entre eles, visando a implementao de Radioterapia de Intensidade Modulada de Feixe (IMRT).

27

2 MATERIAIS E M T O D O S

2.1 ACELERADOR LINEAR

O equipamento usado nos tratamentos de Radioterapia, Radiocirurgia e Arco Dinmico do Hospital Israelita Albert Einstein - HIAE um acelerador CLINAC 600C (Varian Medicai Systems, Paio Alto) montado isocentricamente com distncia fonte - eixo de rotao de 100 cm. A energia nominal do feixe de ftons liberado de 6 MV. A taxa de dose utilizada nos diversos testes foi de 250 UM/min. Neste acelerador acoplado um sistema m3 (BrainLAB, AG, Heimstetten, Alemanha) de micro colimadores multi-lminas (mMLC). O sistema tem a capacidade de tratar campos conformados, campos de intensidade modulada em modo dinmico e esttico, e arco dinmico.

O equipamento usado nos tratamentos de Radioterapia de Intensidade Modulada de Feixe no Hospital Israelita Albert Einstein - HIAE um acelerador Varian, modelo 23EX (Varian Medicai Systems, Paio Alto) montado isocentricamente com distncia fonte - eixo de rotao de 100 cm. Tem a capacidade de liberar feixes de ftons de 6 e 15 MV, e de 4, 6, 9, 12, 16 e 20 MeV de eltrons. A taxa de dose padro utilizada nos diversos testes foi de 300 UM/min, sendo que este equipamento pode tratar com taxas de dose entre 100 e 600 UM/min. O sistema tem a capacidade de tratar campos conformados, campos de intensidade modulada em modo dinmico e esttico, e arco dinmico. Uma fotografia deste equipamento est na Figura 9.

Para a elaborao do presente trabalho e seguindo a rotina do HIAE, os testes foram realizados para avaliar parmetros envolvidos nos tratamentos de IMRT em modo dinmico.

O acelerador que foi utilizado, para os testes com o MLC Mark II. marca Varian, modelo 2100C. Libera feixes de ftons de 6 e 18 MV, e de 4, 6, 9, 12 e 16 MeV de eltrons. Ele est montado isocentricamente com distncia fonte - eixo de rotao de 100 cm.

.R-SP-Pt'

2 8

Figura 9. Acelerador linear Varian modelo 23EX do Departamento de Radioterapia do Hospital Israelita Albert Einstein.

2.2 SISTEMA DE COLIMADOR MULTI-LMINAS.

2.2.1 COLIMADOR MULTI-LMINAS. VARIAN -MODELO MARK II

O sistema de colimador multi-lminas Varian, modelo Mark II, est montado abaixo dos coiimadores convencionais nos aceleradores Varian Srie -C. Possui 26 pares de lminas de uma liga de tungstnio, de 6 cm de altura; cada lmina projeta uma largura de 1 cm no isocentro e o ponto mdio da lmina fica a 51 cm da fonte. As lminas, montadas em carrossis possuem movimento retilneo, no mesmo sentido que os coiimadores secundrios.

A faixa de movimento das lminas por si mesmas de aproximadamente 15 cm no isocentro relativo ao carreto, e de +20 cm a - 1 6 cm relativo ao isocentro quando combinado com o movimento do carrossel.

Dentre os coiimadores secundrios, existem os superiores e inferiores. Os primeiros definem os limites superiores e inferiores dos campos. Os coiimadores inferiores so posicionados a 0,5 cm de distncia da posio mais retrada das lminas em cada lado do campo. Isto acontece de igual maneira nos campos estticos.

Para ter um valor relativamente constante de penumbra do feixe em diferentes posies, as bordas das lminas foram projetadas arredondadas. A poro central das lminas (3 cm) circular com raio de 8 cm. Depois dessa faixa de 3 cm a borda reta formando um ngulo de 11,3 relativo ao eixo vertical.

2 8

Figura 9. Acelerador linear Varian modelo 23EX do Departamento de Radioterapia do Hospital Israelita Albert Einstein.

2.2 SISTEMA DE COLIMADOR MULTI-LMINAS.

2.2.1 COLIMADOR MULTI-LMINAS. VARIAN -MODELO MARK II

O sistema de colimador multi-lminas Varian, modelo Mark II, est montado abaixo dos colimadores convencionais nos aceleradores Varian Srie -C. Possui 26 pares de lminas de uma liga de tungstnio, de 6 cm de altura; cada lmina projeta uma largura de 1 cm no isocentro e o ponto mdio da lmina fica a 51 cm da fonte. As lminas, montadas em carrossis possuem movimento retilneo, no mesmo sentido que os colimadores secundrios.

A faixa de movimento das lminas por si mesmas de aproximadamente 15 cm no isocentro relativo ao carreto, e de +20 cm a - 1 6 cm relativo ao isocentro quando combinado com o movimento do carrossel.

Dentre os colimadores secundrios, existem os superiores e inferiores. Os primeiros definem os limites superiores e inferiores dos campos. Os colimadores inferiores so posicionados a 0,5 cm de distncia da posio mais retrada das lminas em cada lado do campo. Isto acontece de igual maneira nos campos estticos.

Para ter um valor relativamente constante de penumbra do feixe em diferentes posies, as bordas das lminas foram projetadas arredondadas. A poro central das lminas (3 cm) circular com raio de 8 cm. Depois dessa faixa de 3 cm a borda reta formando um ngulo de 11,3 relativo ao eixo vertical.

29

Para minimizar a fuga de radiao entre lminas adjacentes foi projetado um intertravamento conhecido como lingeta - vo ("tongue and groove").

O movimento retilneo e a forma arredondada da borda introduzem uma dependncia no linear do tamanho de campo na posio da lmina. Quando a lmina se encontra retraindo do eixo central, o ponto de definio do tamanho de campo na regio arredondada no est mais no centro da lmina, pois este se afasta da fonte. Quando as lminas atravessam o eixo central, o ponto de definio do tamanho do campo muda em sentido da fonte. Um "software" do fabricante corrige esta dependncia no linear do tamanho de campo com a posio da lmina. Desta maneira, a leitura digital est relacionada com o campo luminoso e de radiao, e no com o deslocamento fsico.

Atravs de outro "software" controlado o alinhamento e a calibrao da posio das lminas. Isto feito ajustando quatro parmetros: a "obliqidade" dos bancos (esquerdo e direito) de forma individual, a abertura dosimtrica entre lminas opostas e a posio das lminas no eixo centrai.

Figura 10. Colimador multi-lminas marca Varian; pode-se observar o motor responsvel pelo movimento acoplado lmina.

2.2.2 COLIMADOR MULTI-LMINAS. VARIAN -MODELO MILLENIUM. O sistema colimador multi-lminas Varian, modelo Millenium, est

montado abaixo dos colimadores convencionais nos aceleradores Varian Srie -EX. Possui 60 pares de lminas de uma liga de tungstnio, aproximadamente de 6 cm de altura. Os pares 1 - 10 e 51 - 60 projetam 1,0 cm de largura; e o resto das lminas (20 cm centrais) projetam uma largura de 0,5 cm no isocentro. O limite inferior da lmina fica a 53,8 cm da fonte. As lminas, montadas em carrossis possuem movimento retilneo, no mesmo sentido que os colimadores secundrios.

30

A faixa de movimento das lminas por si mesmas de

aproximadamente 15 cm no isocentro relativo ao carrossel, e de +20 cm a -16 cm

relativo ao eixo central quando combinado com o movimento do carrossel. O

tamanho de campo mximo de 40 x 40 cm2. A velocidade mxima da lmina no

isocentro de 2,5 cm/s para operao em modo dinmico; permitida somente a movimentao das lminas, permanecendo os carrossis fixos durante a liberao do feixe. Para minimizar a fuga de radiao entre lminas adjacentes foi projetado um intertravamento conhecido como lingeta - vo ("tongue and groove").

No presente trabalho os testes realizados foram desenvolvidos com

finalidade de avaliar o MLC em modo dinmico.

2.2.3 COLIMADOR MICRO MULTI-LMINAS. BRAIN LAB -MODELO m3 O colimador de micro multi-lminas (mMLC) est baseado na

configurao e projeto de um sistema convencional de colimador de multi-lminas. Possui 26 pares de lminas de tungstnio com movimento perpendicular ao eixo central. A diferena que existe entre o sistema m3com o sistema de multi-lminas convencional da Varian que a largura das lminas no caso do micro colimador de multi-lminas no a mesma nas 52 lminas, sendo a configurao a seguinte: 7 pares com 3,0 mm de largura, 6 pares com 4,5 mm de largura e 6 Dares com 5,5 mm de largura. Fazendo um corte transversal das lminas pode ser observado o projeto do efeito lingeta - vo necessrio para permitir que o eixo de movimento seja inserido em cada lmina. O movimento realizado por um motor de 10 mm de dimetro.

O sistema de micro colimador multi-lminas pesa 30 kg, sendo acoplado no cabeote do acelerador. A distncia livre que fica entre a base do mMLC e o isocentro de tratamento de 37,9 cm para o acelerador utilizado neste trabalho.

A extremidade da lmina constituda por trs bordas retas que correspondem divergncia do feixe quando a lmina est completamente retrada (posio x = 4,9 cm), centralizada (posio x = 0,0 cm) e completamente

31

extendida (posio x = -4,9 cm). O campo de radiao mximo do micro colimador multi-lminas 9.8 x 9,8 cm2.

O monitoramento da posio de cada lmina feito por dois mtodos: o principal, em que um sinal indica a posio a partir da rotao do eixo de cada lmina; no mtodo secundrio, o sinal vem de duas escovas montadas no plano

longitudinal de cada lmina. Estes mtodos em conjunto asseguram uma preciso de 0,1 mm no posicionamento das micro multi lminas.

No presente trabalho os testes realizados foram desenvolvidos com finalidade de avaliar o MLC em modo dinmico.

2.3 EQUIPAMENTO DOSIMTRICO. Foram utilizados filmes para verificao dosimtrica Kodak tipo X-Omat

V e Kodak tipo EDR-2 (Eastman Kodak Company, Rochester, NY). Os filmes irradiados foram revelados em uma processadora Kodak X-Omat 270RA, para

depois serem digitalizados em um digitalizador (scanner) da marca Vidar VXR-12 Film Digitizer. O scanner tem capacidade de leitura de densidade ptica de 0 a 4 unidades de densidade (OD), uma resoluo ptica de 0,01 OD e resoluo geomtrica de 0,1 mm; como ferramenta para conferncia da leitura ptica foi utilizado um densitmetro MacBeth TD 932, leitora de densidade ptica. A anlise dos filmes foi feita a partir dos filmes digitalizados em dois "softwares" de anlise dosimtrica: PTW Verisoft v.2.11 e o RFAPIus v. 5.3 da Scanditronix Medical AB.

Foram usadas, para o levantamento dosimtrico, cmaras de ionizao (Cl) Scanditronix modelo RK com uma cavidade de ar de 0,120 cm3 de volume; a parede externa de polimetilmetacrilato, o material isolante poliestireno com espessura de 0,12 g/cm2, o eletrodo central e a parede interna so de uma mistura de grafite e resina epxi, a haste de ao inoxidvel [31].

Para a determinao de dose absoluta foi usada uma micro-cmara de ionizao Exradin modelo A16 com 0,007 cm3 de volume. O material da parede Shonka, o coletor equivalente ao ar e o anel de guarda de plstico C552.

Foram utilizados trs eletrmetros marca Keithley, sendo dois do

modelo 614 e terceiro do modelo 35617EBS.

32

Foram utilizados dois objetos simuladores, um deles equivalente gua ("Solid Water" - SW) e o outro um objeto simulador de PMMA, desenvolvido no hospital para testar justamente campos de arco dinmico, radiociruga e de intensidade modulada, simulando um crnio.

2.4 SISTEMA DE PLANEJAMENTO

Os sistemas de planejamento utilizados para gerar os tratamentos foram:

Brainscan v. 5.3 (BrainLAB, AG, Heimstetten, Alemanha), que permite o planejamento de diversas tcnicas de tratamento como Radiocirurgia Estereotxica, Radioterapia Conformada, Radioterapia por Intensidade Modulada de Feixe (IMRT) e o Arco Dinmico (AD);

Eclipse v. 6.5 (Palo Alto, California, USA), que permite o planejamento de Radioterapia Conformada, Radioterapia por Intensidade Modulada de Feixe

(IMRT) e o Arco Dinmico (AD).

2.5 ARRANJOS EXPERIMENTAIS

2.5.1 SSD. DISTNCIA FONTE-SUPERFCIE. Este arranjo denominado assim pela sigla em ingls, "Source to

Surface Distance". Nesta condio, a superfcie do objeto simulador posicionada a uma distncia fixa, geralmente a do eixo de rotao do acelerador; o detector encontra-se a uma profundidade de referncia (d) [7],

2.5.2 SAD. DISTNCIA EIXO SUPERFCIE. Representa um arranjo no qual a distncia da fonte ao detector fixa,

geralmente do eixo de rotao do cavalete ("gantry"), denominado isocentro. O detector encontra-se profundidade (cf). A sigla vem do ingls "Source to Axis

Distance".

Na Figura 11 encontram-se esquemas dos dois tipos de arranjo.

33

Fonte Fonte

SSD

SAD

Pi I J d

7 p;. \ f d

0 . \ L . , Q , . .

/ I \

Q , . .