Radiophysics / Comissionamento e verificação

QA de paciente virtual

QA Virtual · rdphy Platform

No QA de IMRT e VMAT por medida, uma taxa gamma baixa diz que algo está errado, mas não onde. O módulo transfere o plano para um MapCHECK 2 ou ArcCHECK virtual, simula no Geant4 a dose na água nas posições dos diodos e compara os mapas pelos critérios do serviço. Com medida, simulação e TPS no mesmo fantoma, a discrepância passa a ter uma origem provável: cálculo, entrega ou modelo.

Mapa de dose do ArcCHECK virtual desenrolado em ângulo e posição axial, com os 1386 diodos em hélice sobre a dose calculada de sete campos.
ArcCHECK virtual: dose na camada dos diodos, cilindro desenrolado (ângulo IEC × z), calculada no Geant4 (2·10⁸ histórias) para um plano sintético de 7 campos 8 × 8 cm com 100 UM cada; os pontos são os 1386 diodos em hélice. Modelo do dispositivo em versão de partida e fonte analítica provisória — uso em pesquisa, não clínico. Cálculo próprio (geant4-dose, modo device_dose) sobre geometria de config/dispositivos/arccheck.yaml; plano sintético, sem dado de paciente.

O que o módulo permite

  • Plano de verificação a partir do plano do paciente — O plano criado no módulo de planejamento ou um RT Plan importado do Mônaco é transferido para o dispositivo com os mesmos campos, aberturas e UM, sem reescala. Soma de UM e número de pontos de controle são conferidos; toda mudança imposta pelo modo (mesa a 0°, gantry a 0°) fica listada.
  • Três modos de entrega — Composto com os ângulos reais (padrão no ArcCHECK), composto perpendicular e campo a campo perpendicular (MapCHECK 2). Arcos do RT Plan são interpolados em subsegmentos entre os pontos de controle; arco em modo perpendicular é recusado.
  • Dose nos diodos simulada no Geant4 — Um Monte Carlo por campo ou arco, com o mesmo motor, fonte e MLC do planejamento. Uma rodada piloto estima quantas histórias faltam para a incerteza alvo nos diodos acima de 50 % do máximo; a incerteza de cada diodo é registrada e os diodos acima do limite ficam fora da gamma, com a contagem no resultado.
  • Gamma de pontos contra mapa contínuo — Cada diodo é avaliado contra o mapa contínuo de referência, com a distância medida na superfície do dispositivo: no plano do MapCHECK 2 ou como arco no cilindro do ArcCHECK, com periodicidade em ângulo. Padrão TG-218: dose absoluta, global, 3 %/2 mm, limiar 10 %, tolerância ≥ 95 %.
  • Tríade medida × Geant4 × TPS — Com os três pares avaliados, a tabela de interpretação aponta a origem provável: cálculo do TPS, entrega ou setup, ou o próprio modelo Geant4. Par ausente é declarado como tríade incompleta, sem interpretação.
  • Pacote entregável — RT Plan de verificação (TREATMENT_DEVICE, intenção VERIFICATION, RESEARCH/UNAPPROVED), RT Dose volumétrico do dispositivo, CSV por diodo e um LEIA-ME com a montagem. Só é gerado para QA vigente, com a simulação concluída.
  • QA amarrado à versão do plano — O resultado guarda o hash dos campos com UM; se o plano muda, o QA deixa de ser vigente. Aprovar um plano IMRT ou VMAT pode disparar a simulação no dispositivo e modo padrão das Configurações.
  • Cena 3D do arranjo — Visualização com os mesmos sólidos enviados ao motor: corpo, inserto, camada dos diodos, mesa, diodos coloridos pela dose e campos ou arcos. Opcionalmente, dose volumétrica no fantoma com cortes e isodoses.

Como funciona na rotina

  1. Escolher plano e dispositivo — Plano do módulo ou RT Plan do Mônaco; ArcCHECK ou MapCHECK 2, modo e deslocamento intencional do isocentro, registrado.
  2. Gerar o plano de verificação — Isocentro no ponto de referência do dispositivo, UM idênticas, conferência de UM e pontos de controle.
  3. Simular no dispositivo virtual — Rodada piloto, rodada final pela incerteza alvo, conversão para Gy pela calibração Gy/UM do planejamento.
  4. Entregar e medir — O RT Plan de verificação vai para o acelerador; a medida é feita e calibrada no software do fabricante.
  5. Comparar e decidir — Gamma e diferença ponto a ponto por par, mapas de falha e tabela da tríade; o físico decide.

Grandeza, geometria e estatística

A grandeza comparada é a dose na água nas posições dos diodos, em Gy absolutos, a mesma que o software do fabricante entrega após calibração. No nível padrão, o dispositivo é um corpo homogêneo (PMMA no ArcCHECK, camadas em g/cm² de água no MapCHECK 2) com uma camada fina de água na profundidade dos diodos. A energia depositada nessa camada é binada num mapa contínuo (cilindro desenrolado em ângulo IEC × z, ou plano x × z) e somada em volumes de 2 × 2 × 2 mm³ centrados em cada diodo, com massa analítica. Modelo detalhado de silício fica como opção de pesquisa.

Os sólidos são nativos do Geant4 (G4Box, G4Tubs) e a sobreposição recusa o job. A mesa entra como placa paramétrica de fibra de carbono e espuma sempre que o dispositivo está apoiado nela; excluí-la é possível nas Configurações, mas o resultado sai com o aviso de que falta a atenuação posterior. Na camada há limite de passo e corte de produção de 0,1 mm; elétrons cujo alcance não chega à camada são encerrados (pósitrons nunca).

A incerteza vem do método de lotes por diodo e por bin; no composto, as incertezas dos campos somam em quadratura. Com 1 mm³ por diodo, 2·10⁷ histórias deram 13 % por diodo nesta máquina; por isso o volume padrão é 2 mm³, menor que a DTA de 2 mm do TG-218 e ajustável no comissionamento. Na gamma, cada diodo busca o mínimo de √(Δr²/DTA² + ΔD²/ΔD_tol²) num disco ao redor da sua posição, em passos de DTA/10, com o mapa de referência interpolado de forma bilinear; ΔD_tol é global (percentual do máximo dos pontos avaliáveis) ou local.

Referências

  • AAPM TG-218 (Miften et al., Med Phys 2018) — critérios gamma e tolerâncias
  • IEC 61217 — convenção de ângulos de gantry e colimador
  • DICOM RT Plan e RT Dose (RTPlanGeometry TREATMENT_DEVICE)

O que muda para o serviço

  • Diagnóstico, não só passou ou falhou — Falhas concentradas no ângulo posterior apontam para a mesa; padrão inteiro deslocado, para setup; erro uniforme, para output. A tríade separa cálculo do TPS de entrega.
  • Verificar planos do Mônaco já — O módulo aceita RT Plan do Mônaco, o que permite confrontar o motor Geant4 com medidas reais em planos clínicos antes de qualquer uso do TPS próprio.
  • Critérios do serviço, auditados — Critérios vêm da configuração institucional (padrão TG-218) e aparecem no resultado. Nenhum critério é ajustado para passar.
  • Rastreabilidade — Versão do modelo do dispositivo (com hash do YAML), versão do plano, sementes, histórias e incerteza ficam gravadas com o resultado.

Integração

  • RT Plan do Mônaco (DICOM), inclusive arcos VMAT
  • Planos IMRT e VMAT do módulo de planejamento
  • Motor geant4-dose e calibração Gy/UM do planejamento
  • Export: RT Plan de verificação, RT Dose do dispositivo e CSV por diodo
  • Modelos de dispositivo em YAML versionado (MapCHECK 2, ArcCHECK, mesa)
Dois painéis: perfil angular da dose no ArcCHECK virtual para o plano nominal e com o isocentro deslocado 2 mm, com a diferença nas bordas dos campos; abaixo, mapa de gamma por diodo com os diodos reprovados destacados.
Erro de setup introduzido de propósito: o mesmo plano sintético simulado duas vezes no Geant4, a segunda com o isocentro deslocado 2 mm para a esquerda do paciente. Em cima, o perfil angular (média dos mapas em |z| < 30 mm) mostra o deslocamento nas bordas dos campos. Embaixo, a gamma por diodo do módulo contra o mapa nominal: 85,1 % de 596 diodos a 3 %/2 mm e 61,6 % a 2 %/1 mm. Com 3,9 % de incerteza média por diodo, parte das falhas no interior dos campos é ruído estatístico — é por isso que o módulo dimensiona as histórias pela incerteza alvo (padrão 1 %). Não é uma medida. Cálculo próprio (geant4-dose + planning/qa/compare.py); plano sintético, sem dado de paciente.
Corte axial do ArcCHECK virtual com corpo de PMMA, cavidade com inserto, anel de diodos, mesa e as direções dos sete campos.
Corte axial do modelo montado pelo código a partir do YAML do ArcCHECK (versão de partida): corpo, inserto, camada dos diodos, mesa paramétrica e os 7 campos do plano sintético. Os campos marcados como pendentes (raios, densidades, origem da hélice, mesa) ainda precisam de manual, TC e comissionamento. Desenho gerado a partir de config/dispositivos/arccheck.yaml e mesa.yaml.

Situação

Implementados: modelos virtuais, plano de verificação, simulação Geant4 nos diodos, gamma de pontos, tríade e pacote entregável. A importação da medida aguarda arquivos exportados pelo software do fabricante; os modelos dos dispositivos e da mesa estão em versão de partida (raios, densidades, origem da hélice do ArcCHECK e layout dos 1527 diodos do MapCHECK 2 a confirmar) e o comissionamento com campos simples, o relatório PDF e o controle estatístico (SPC) ainda não foram feitos.

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

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