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ExacTracLaura Furnari

1

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:

6

outro de formação de imagem radiográfica com

kV, para verificação do posicionamento e

realização de seu ajuste baseado na anatomia

interna, estrutura óssea, ou em marcadores

(fiduciais) implantados.

um de posicionamento óptico baseado em

infravermelho para a colocação inicial do paciente e controle

preciso do movimento da mesa

Laura Furnari

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

Laura Furnari

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

Laura Furnari

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


Tomo com caixa estereotáticaa localização dos rods secomunica com os marcadores

10Laura Furnari


11

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


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

Laura Furnari

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.

Laura Furnari

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.

Laura Furnari

Outros componentes do ExacTrac

• monitor que indica o posicionamento dosmarcadores e da mesa,

30Laura Furnari

Monitor

31Laura Furnari



• painel e tela de controle do software,

32Laura Furnari

Painel de controle

33Laura Furnari

Tela

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Os pixels mortos não fornecem

informaçãoPara corrigir esse problemafaz-se a white image, que éuma calibração quesubstitui os pixels mortospor valores obtidos porinterpolação dos vizinhos.

Os pixels mortos podem interferir

na precisão

Laura Furnari




• lâmpada de aviso de funcionamento do raios-X,

35Laura Furnari

Aviso de funcionamento na porta

36Laura Furnari





• mesa robótica,

37Laura Furnari

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.

Laura Furnari

Mesa robótica

39Laura Furnari





• mesa robótica,

• um sistema de software que reconstrói o DRR epossibilita a sua fusão com as imagens de raios-X e

• câmara de vídeo digital para monitorar a posição dopaciente durante o tratamento.

40Laura Furnari

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


46Laura Furnari


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M 90°

M 270°M 0° M 0°

G 0°

G 0°

G 90° G270°

Laura Furnari

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


49

Ação: Move IsocenterPhantom to Current Isocenter

Os marcadores do phantom , quetem configuração e posiçãoconhecida, fornecem ao sistema deinfravermelho a informação sobre osistema de coordenadas doisocentro radioativo.

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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

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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

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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

Laura Furnari

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

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