Radiophysics / Comissionamento e verificação

Dosimetria com filmes radiocrômicos

Film QA · rdphy Platform

Filme radiocrômico dá a dose 2D em alta resolução, mas o resultado depende do lote, do scanner, do protocolo de leitura e de quem fez a conta. O módulo leva a digitalização TIFF 16 bits até a dose absoluta com incerteza por pixel, compara com o RT Dose do TPS e faz o QA mecânico do acelerador. Cada número fica ligado às digitalizações, à calibração e à versão do software que o produziu.

Três mapas lado a lado: dose do filme reconstruída pelo método multicanal com isodoses do TPS, mapa gama 3 %/2 mm com taxa de aprovação de 88,9 % e mapa da incerteza expandida por pixel.
Dados sintéticos. Distribuição planar tipo IMRT com 2,5 mm de deslocamento e +2 % de dose injetados na entrega. Calibração por canal, dose multicanal, incerteza GUM (k = 2) e gama 3 %/2 mm global (limiar 10 %, método geométrico) calculados pelo motor do módulo. Filme simulado pelo gabarito do módulo (parâmetros de resposta inventados para teste, não representam lote comercial); cálculo: Film QA · rdphy Platform.

O que o módulo permite

  • Aquisição controlada — Aceita TIFF RGB 16 bits por canal e recusa 8 bits, JPEG, arquivo sem DPI e correção de cor ligada. Pré e pós-irradiação ficam associadas ao mesmo filme e lote. Várias digitalizações por filme são combinadas por média ou mediana. Saturação, poeira e riscos são mascarados e contados no relatório.
  • Calibração por lote — Protocolos netOD (pré e pós do mesmo filme) ou OD com base, que exige a fita de 0 Gy. Modelos racional, polinomial e spline monotônica ajustados por canal; o escolhido é o de menor erro na validação cruzada deixa-um-nível-fora. Pontos independentes validam a curva, e só calibração liberada entra em análise clínica.
  • Dose multicanal e correções — Dose monocanal ou multicanal com perturbação δ regularizada e mapa de consistência entre canais (χ²). Correção lateral medida por canal e nível de resposta, bloqueada fora da região caracterizada do vidro. Recalibração entre sessões com fitas de 0 Gy e dose de referência. Fora da faixa calibrada a dose vira inválida, sem extrapolação.
  • Incerteza por pixel — Propagação GUM de 1ª ordem pela própria solução do multicanal: leitura, parâmetros das curvas com covariância completa e dose de referência. Mapa de U (k = 2) e orçamento por fonte, com a contribuição percentual de cada componente.
  • Comparação com o TPS — RT Dose em Gy de qualquer TPS (plano axial, coronal, sagital ou oblíquo) ou a dose por campo calculada na própria plataforma. Registro por fiduciais (Kabsch, FRE e resíduo por marca); o registro otimizado por intensidade, quando usado, sai em resultado separado com justificativa. Gama 2D global ou local, diferença de dose, perfis, isodoses, estatística por ROI e histograma dose-área.
  • QA mecânico do acelerador — Star Shot com círculo mínimo, Picket Fence automático (piquetes, bancos e erro por lâmina com a rotação do filme removida), Winston–Lutz por projeção e resumo multiângulo, coincidência campo luminoso × radiação, transmissão do MLC e lingueta-ranhura. Os testes geométricos usam densidade óptica e não exigem calibração dosimétrica.
  • Técnicas especiais — PDD em filme paralelo ao feixe (R50/R80 em elétrons), série de filmes de TBI/TSEI com junções e degrau de dose, fatores de saída de campos pequenos com aviso de efeito de volume, dose junto a aplicadores de HDR e filme em feixe de prótons. HDR e prótons ficam restritos ao modo pesquisa.
  • Tendência e custódia — Cartas de controle Shewhart com regras Western Electric por equipamento e por teste. Exportação de RT Dose do filme, CSV e TIFF com hashes SHA-256 de entrada e saída; a exportação é reimportada e conferida antes da entrega.

Como funciona na rotina

  1. Cadastro e comissionamento do scanner — Lote, perfil do scanner (fundo, região lateral, correção lateral medida) e testes de aquecimento, uniformidade, reprodutibilidade, linearidade e MTF, com baseline.
  2. Calibração do lote — Filmes uniformes em pelo menos 5 níveis, incluindo 0 Gy. O sistema mostra o ranking dos modelos por canal, a validação com pontos independentes e a faixa de dose válida. O físico libera a calibração.
  3. Estudo — Envio das digitalizações do filme medido, do RT Dose ou plano de referência e dos fiduciais. O manifesto da análise registra protocolo, calibração, critérios e versões.
  4. Análise — Dose 2D com mapa de incerteza, registro, gama e demais métricas, ou o teste mecânico escolhido. A situação calculada é DENTRO, INVESTIGAR, FORA ou INCONCLUSIVO, pelos limites do perfil de tolerância do equipamento.
  5. Revisão e decisão — O físico revisa os mapas e as causas prováveis sugeridas (deslocamento, escala de dose, χ² alto, pixels fora da faixa) e assina APROVADO ou REPROVADO com reautenticação. O relatório PDF/JSON leva parâmetros, hashes e trilha de auditoria.

Da leitura do scanner à dose com incerteza

A resposta é netOD = log10((P_pré − f)/(P_pós − f)) por canal, com o fundo f do scanner, ou a OD absoluta menos a base do lote. A curva dose × resposta é ajustada por canal em três famílias (racional D = (a + bz)/(c + z), polinomial D = bz + czⁿ e spline monotônica) e escolhida pelo RMSE deixa-um-nível-fora entre as monotônicas. Não há coeficientes universais. A faixa válida é aplicada em dose, com margem de ruído configurável.

O multicanal (Micke et al., 2011; Mayer et al., 2012) separa a dose de uma perturbação comum aos três canais, como espessura da camada ativa e não uniformidade do scanner, minimizando um χ² ponderado pela covariância medida entre canais. No protocolo netOD essa perturbação é pouco identificável, por isso entra com regularização σ_δ e teste de não regressão contra o monocanal. A incerteza segue o GUM pela sensibilidade da própria solução e foi conferida contra Monte Carlo nos testes.

O gama 2D do relatório usa o método geométrico exato (Ju et al., 2008), conferido contra força bruta; a busca em anéis serve só à pré-visualização rotulada. Referência e avaliada são escolhidas e registradas, pontos sem dose avaliada válida são excluídos e contados, e os critérios vêm do perfil de tolerância do serviço, com 3 %/2 mm global e limiar de 10 % (TG-218) como exemplo.

O motor de produção é verificado contra uma implementação independente (gabarito) com 178 testes de referência. Filmes e scanners simulados com verdade conhecida checam calibração, correção lateral, multicanal, registro, gama e testes mecânicos. Qualquer mudança no motor devolve a instalação ao modo pesquisa até nova liberação.

Referências

  • AAPM TG-235 (Niroomand-Rad et al., Med. Phys. 47:5986, 2020)
  • AAPM TG-218 (Miften et al., 2018)
  • JCGM 100:2008 (GUM)
  • Micke, Lewis, Yu, Med. Phys. 38:2523, 2011 (multicanal)
  • Low et al., 1998 e Ju et al., 2008 (índice gama)
  • AAPM TG-142 como base dos perfis de tolerância mecânicos
  • IAEA TRS-483 (campos pequenos) e TRS-398 (TPR20,10 a partir do PDD)

O que muda para o serviço

  • Rastreabilidade de cada número — Dose, gama e erro de lâmina ficam ligados ao hash das digitalizações, à calibração (lote, scanner, data), ao manifesto e à versão do motor. Reexecutar a análise com as mesmas entradas gera o mesmo resultado.
  • Falhas visíveis, não escondidas — Lote ou scanner divergente bloqueia, dose fora da faixa calibrada vira inválida e é contada, e o registro por intensidade nunca substitui o de fiduciais sem aviso. O cálculo dá a situação; aprovar ou reprovar é sempre decisão assinada do físico.
  • Um lugar para filme clínico e QA de máquina — QA de IMRT/VMAT/SRS por paciente, testes mecânicos, TBI/TSEI e campos pequenos usam a mesma calibração, o mesmo scanner comissionado e a mesma trilha de auditoria, com tendência por equipamento.
  • Critérios do serviço — Tolerâncias e limites de ação ficam em perfis versionados por equipamento, definidos pelo físico. O software não embute nenhum valor como norma.

Integração

  • TIFF RGB 16 bits exportado pelo software do scanner (perfil fixo, sem correção de cor)
  • DICOM RT Dose em Gy de qualquer TPS; RT Plan, RT Struct e CT com Frame of Reference conferido
  • Dose por campo calculada no módulo de planejamento da plataforma
  • Exportação: RT Dose do filme, CSV e TIFF de mapas, relatório PDF/JSON com bloco de custódia
  • Cadastro de equipamentos do módulo, com perfis de tolerância versionados por máquina
Curvas de calibração netOD × dose para os canais vermelho, verde e azul, com nove níveis de 0 a 5 Gy e o modelo racional escolhido em cada canal.
Dados sintéticos. Calibração por canal com 9 níveis (0–5 Gy) no protocolo netOD. Em cada canal o modelo é escolhido por validação cruzada; com o filme simulado o racional vence, o que não vale como evidência para lotes reais. Filme simulado pelo gabarito do módulo (parâmetros inventados para teste); ajuste: Film QA · rdphy Platform.
À esquerda, filme de Picket Fence com sete piquetes e um desvio visível no piquete central; à direita, mapa do erro por par de lâminas e piquete, com o par 21 no piquete central destacado.
Dados sintéticos. Picket Fence com lâmina do par 21 deslocada 0,5 mm no piquete central e colimador girado 0,3°. A análise automática mediu a rotação (0,30°), removeu-a pela reta Theil–Sen de cada piquete e apontou só essa lâmina fora da tolerância de exemplo (0,3 mm). Filme simulado pelo gabarito do módulo; análise: Film QA · rdphy Platform.

Situação

Aquisição, calibração, dose com incerteza, comparação com o TPS, QA mecânico, técnicas especiais, relatórios e governança estão implementados e verificados com dados sintéticos e com o gabarito independente. Falta a validação experimental (câmara de ionização e detectores) e o piloto clínico em paralelo ao método atual do serviço, além do cadastro do lote e do comissionamento do scanner. Até a liberação formal, o módulo funciona em modo pesquisa.

Software em desenvolvimento. Uso clínico somente após registro na Anvisa e validação no serviço.

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