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Planejamento 3D automático

Planejamento 3D Automático · rdphy Platform

O planejamento 3D conformado de sítios gerais segue quase sempre a mesma rotina: campos equiespaçados, MLC com margem ao PTV, cálculo, subcampos para tirar os pontos quentes e normalização numa isodose. O botão "Planejar 3D" executa essa rotina para 4 a 7 campos, registra cada decisão com os números e entrega as variantes ordenadas para o físico escolher e ajustar.

Corte axial de pelve com cinco campos a 25°, 97°, 169°, 241° e 313° e, ao lado, a vista do feixe de cada campo com o PTV, a abertura com margem de 6 mm, a bexiga, o reto e as lâminas do MLC.
Geometria gerada pelas funções do Planejar 3D numa TC pública de próstata: isocentro no centro de massa do PTV, ângulo inicial pela varredura, abertura igual à projeção do PTV mais 6 mm conformada ao MLCi2, colimador escolhido por campo (90° em dois deles). TC: TCIA Prostate-Anatomical-Edge-Cases, caso Prostate-AEC-001 (CC BY 4.0); PTV = próstata + 7 mm gerado para teste; geometria calculada pela plataforma

O que o módulo permite

  • Janela de uma tela — Parte da prescrição assinada e do protocolo dela. O usuário escolhe os arranjos a testar (padrão 4, 5 e 7 campos), a técnica (3D com field-in-field, IMRT ou híbrido) e, se quiser, o bloqueio de um OAR pelo MLC.
  • Isocentro e arranjo — Isocentro no centro de massa do PTV, arredondado em mm. Campos a θ0 + k·360°/N; 4 campos saem em box (0, 90, 180, 270°). Para os demais, θ0 é varrido em passos de 5° e fica o que põe menos volume de OAR, ponderado pela prioridade, dentro dos feixes.
  • MLC com margem uniforme — A abertura é a projeção exata do PTV no BEV, com divergência, dilatada pela margem (padrão 6 mm) e conformada ao MLC com a regra da lâmina escolhida (padrão: fora). Para cada campo o colimador testa 0 a 165° e só sai de 0° se reduzir a área aberta fora de PTV + margem em pelo menos 5 %.
  • Pesos dos campos para os OARs — Antes dos subcampos, os pesos dos campos abertos minimizam a dose média relativa dos OARs ponderada pela prioridade, com os limites de dose média do protocolo como restrição e a heterogeneidade do PTV limitada a 1,10 vez a dos pesos iguais.
  • Escada de isolinhas e field-in-field — Degraus (102/95), (103/96), (104/97), (105/98), configuráveis. Em cada degrau, subcampos bloqueiam a projeção do volume acima de h nos campos que mais o aquecem, com fração de MU testada entre 5 e 60 %. Atingido o degrau, o plano é normalizado na isodose n.
  • Limites do acelerador — Subcampos respeitam o MU mínimo da ficha da máquina, a área mínima (padrão 4 cm²) e o máximo por campo (padrão 2). Subcampo abaixo do mínimo sai do plano e o peso volta ao campo aberto.
  • Variantes e ranking — Cada arranjo é gerado com pesos iguais e com pesos otimizados. A ordem segue: restrições do protocolo, cobertura e Dmáx, OARs por prioridade, simplicidade (menos campos, segmentos e MU) e degrau mais baixo da escada. O Monte Carlo roda nas duas primeiras.
  • IMRT e híbrido na mesma geometria — Com os mesmos isocentro e ângulos, a variante IMRT usa o fluxo de otimização inversa da plataforma; a híbrida dá cerca de 70 % da dose do PTV pelos campos abertos e modula o restante. As duas são normalizadas para a mesma cobertura e levam o aviso de QA de paciente.

Como funciona na rotina

  1. Conferência — A janela confere prescrição assinada, protocolo, estruturas e posição da TC antes de começar.
  2. Geometria — Isocentro, varredura do ângulo inicial, conformação do MLC e colimador por campo, para cada arranjo pedido.
  3. Pesos, escada e subcampos — Cálculo rápido com o pencil beam: doses dos segmentos uma vez, e cada troca de peso vira uma soma.
  4. Dose final nas melhores — As duas variantes do topo são recalculadas no Geant4 com os mesmos pesos; a escada é reaplicada e um alerta aparece se a homogeneidade piorar mais de 0,5 ponto.
  5. Escolha e revisão — O físico compara as variantes no painel, ajusta o que quiser e segue a revisão e a aprovação comuns do plano. Nada é aprovado automaticamente.

A matemática da escada

Normalizar na isolinha n multiplica toda a dose por 1/n. O PTV, que estava coberto pela isolinha n, passa a receber pelo menos 100 %, e o ponto mais quente, que estava em até h, passa a no máximo h/n. Para (102/95) isso dá 107,37 %; para (105/98), 107,14 %. A escada mantém a Dmáx perto de 107 % e troca o achatamento exigido do field-in-field pela isolinha em que a cobertura é cobrada.

Internamente o sistema usa a razão de homogeneidade R = Dmáx / D_cob, em que D_cob é a dose que cobre o volume-alvo do PTV (padrão 98 %). R não depende da escala, e o degrau equivale a R ≤ h/n. Subcampo que não reduz R é descartado: o field-in-field nunca piora a homogeneidade. Sem degrau atingido, a normalização é contínua em D_cob = 100 % e o relatório mostra R com aviso.

No gabarito 2D de referência (fantoma pélvico, 5 campos), os campos abertos dão Dmáx de 104,2 %; com field-in-field e o degrau 104/97 a Dmáx final fica em 106,9 % com V100 do PTV de 100 %, e os pesos otimizados levam a dose média relativa do reto de 88 % para 82 % e a da bexiga de 71 % para 60 %.

Referências

  • IEC 61217 (ângulos de gantry e colimador)
  • Protocolos de OAR da biblioteca da plataforma, com a fonte em cada restrição (QUANTEC, RTOG/NRG, UK SABR, entre outros)
  • DICOM RT Plan e RT Dose

O que muda para o serviço

  • A rotina do serviço, documentada — O algoritmo segue o passo a passo manual: margem de 6 mm, isolinha de 102 % e normalização em 95 %, e o degrau seguinte quando não dá. Cada número fica registrado.
  • Comparação lado a lado — Quatro, cinco e sete campos, com e sem pesos otimizados, avaliados pelo mesmo protocolo antes de o físico escolher.
  • Decisões na página do relatório — O PDF do plano traz a página "Planejar 3D — decisões automáticas": arranjo e curva de custo do ângulo, isocentro, margem e regra da lâmina, pesos, degrau atingido e R, subcampos com MU, métricas e comparação das variantes.

Integração

  • Prescrição assinada e protocolos de OAR do planejamento da plataforma
  • Motores de dose da plataforma: pencil beam nas iterações, Geant4 na dose final
  • Exportação RT Plan + RT Dose como qualquer plano 3D
  • Mama tem fluxo próprio no botão "Planejar mama"
  • Redundância de cálculo e QA de paciente para o plano escolhido
Gráfico do custo de OAR no feixe em função do ângulo inicial, de 0 a 70°, com mínimo em 25°.
Varredura do ângulo inicial para 5 campos no mesmo caso: o custo (prioridade × cm³ de OAR fora do PTV dentro dos feixes) tem mínimo em 25°. Prioridades: reto 3 e bexiga 2, valores padrão das Configurações; cabeças femorais 1. TC: TCIA Prostate-Anatomical-Edge-Cases (CC BY 4.0); cálculo da plataforma

Situação

Geometria, escada com field-in-field, pesos, variantes, IMRT/híbrido e relatório estão implementados e passaram por revisão física interna. Falta a validação retrospectiva com pelo menos 30 planos 3D clínicos por sítio e a avaliação cega; escada, cobertura, margem e prioridades estão marcadas como a confirmar. Mama, SIB, TC fora de HFS e casos com metal ficam fora do automático. O acelerador ainda não foi comissionado.

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

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