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Planejamento 3D, IMRT e VMAT

Planejamento · rdphy Platform

Planejamento de fótons dentro da plataforma, da prescrição assinada pelo médico ao RT Plan, com a dose final calculada por Monte Carlo no Geant4 e a avaliação automática pelos protocolos de órgãos de risco. É ferramenta de pesquisa: toda dose leva o aviso de uso não clínico até o comissionamento do acelerador e o registro.

Cortes axial e coronal de TC de pelve com a distribuição de dose de um plano 3D de quatro campos em cores, isodoses e os contornos do PTV, da bexiga, do reto e das cabeças femorais.
Plano 3D conformado de quatro campos para próstata numa TC pública, com a dose final calculada pelo Geant4 da plataforma. Teste isolado com cálculo leve (grade de 5 mm) e ficha da máquina em rascunho. USO EM PESQUISA — NÃO CLÍNICO. TC: TCIA Prostate-Anatomical-Edge-Cases, caso Prostate-AEC-001 (CC BY 4.0); PTV = próstata + 7 mm gerado para teste; dose calculada pela plataforma

O que o módulo permite

  • Prescrição médica por PTV — O médico prescreve dose e frações por PTV e assina. Boost simultâneo (SIB) ou sequencial por fases, com a soma das fases avaliada pelo curso inteiro. A revisão e a aprovação exigem a prescrição assinada vigente.
  • Protocolos de órgãos de risco — Biblioteca com 89 protocolos e 1043 restrições em 18 sítios (convencional, hipofracionado, SBRT, dose única, hiperfracionado), cada restrição com a fonte. Depois do cálculo, o plano é conferido contra os protocolos compatíveis com o fracionamento: passou, tolerância ou não passou.
  • 3D conformado — Isocentro no centro dos alvos, de uma estrutura, num ponto da TC ou digitado; posição do paciente confirmada contra a TC. Conformação do MLC com margem e regra da lâmina, BEV com DRR, edição de lâminas e jaws, cunha motorizada, ponto de cálculo e normalização, field-in-field manual ou automático.
  • IMRT step-and-shoot — Matriz Dij por pencil beam na otimização (ou Geant4), otimização da fluência na GPU com objetivos de DVH, dose, média e gEUD, sequenciamento com as restrições do MLCi2 (gap mínimo, área mínima, sem interdigitação), pesos dos segmentos e dose final no Geant4. A diferença entre a dose da otimização e a do Monte Carlo fica registrada.
  • VMAT (pesquisa) — Arco com pontos de controle a cada 2°, lâminas deslizantes dentro dos limites do MLCi2, MU mínimo por grau e faixa de MU por arco, dose Monte Carlo por setor e tempo de entrega estimado. Exportação como arco dinâmico.
  • Otimização multicritério — Além da soma ponderada, os modos com restrição rígida, Pareto, MCO e lexicográfico, nos dois estágios de IMRT e VMAT, com a degradação entre a otimização e a dose final mostrada lado a lado.
  • Revisão, aprovação e saída — Revisão do físico e aprovação médica por checagem guiada, com todos os números calculados no servidor. Relatório PDF completo, checagem independente de MU, campos de setup com DRR e exportação RT Plan + RT Dose + RT Image marcada como não clínica.
  • Treino com os planos do serviço — Na área do administrador, planos aprovados exportados do Mônaco (DICOM ou formato nativo) são ingeridos, anonimizados com vínculo cifrado, curados e organizados em datasets. Modelos de predição de dose e de geometria são treinados offline e promovidos só por critério.

Como funciona na rotina

  1. Prescrição — Estruturas aprovadas no AutoSeg, prescrição por PTV assinada pelo médico e protocolo do sítio.
  2. Novo plano — Alvos, técnica, isocentro e posição do paciente, em quatro passos; metas por PTV e objetivos de OAR vêm da prescrição e do protocolo.
  3. Campos e objetivos — Campos conformados vistos nas três vistas da TC e no BEV; objetivos de IMRT/VMAT editáveis, com sugestão do modelo quando houver.
  4. Cálculo — Rápido (prévia analítica), híbrido (Dij analítica e dose final Geant4) ou Geant4 completo, com progresso, função de custo ao vivo e opção de interromper.
  5. Avaliação — Dose em cores, isodoses, DVH, métricas e verificação automática dos protocolos; comparação de doses com gamma 3D.
  6. Revisão e aprovação — Checagem guiada do físico e do médico, relatório e exportação. Com a máquina não comissionada, a aprovação fica marcada como não clínica e não gera sessão de tratamento.

O motor de dose

O Geant4 11.4 multithread transporta fótons e elétrons com G4EmStandardPhysics_option4 num fantoma voxelizado montado da TC: cada HU vira material e densidade pela curva do tomógrafo, no estilo de Schneider. A grandeza padrão é a dose no meio, com opção de dose na água. A incerteza estatística vem de lotes independentes com sementes registradas; o usuário define a incerteza alvo e o limite de aprovação por plano.

O Elekta Precise 6 MV é descrito por um modelo de fonte virtual: foco gaussiano, fonte extrafocal, fluência radial e amolecimento do espectro fora do eixo, com jaws e MLCi2 por fluência (transmissão e offset da ponta). A dose é normalizada pela fluência incidente e convertida em Gy/MU por calibração na condição de referência. O espectro é analítico e provisório, e os parâmetros são valores típicos até o comissionamento.

Além do Geant4 há um pencil beam ajustado às tabelas de feixe da máquina, usado como prévia e na matriz Dij, e um collapsed cone com kernels gerados no próprio Geant4, hoje em uso na redundância de cálculo. Cada motor só gera dose para aprovação depois de ter um relatório de validação próprio contra medidas.

Critérios de comissionamento previstos: gamma 2 %/2 mm ≥ 95 % em PDDs e perfis, fatores de campo em ± 1 % e transmissão em 0,5 % absoluto. O índice gamma 3D da plataforma foi conferido com o pymedphys.

Referências

  • IEC 61217 (coordenadas e ângulos)
  • DICOM RT Plan, RT Dose e RT Image
  • Low et al., Med Phys 1998 (índice gamma)
  • Schneider et al., Phys Med Biol 2000 (HU → material)
  • Protocolos de OAR com fonte por restrição (QUANTEC, RTOG/NRG, UK SABR, entre outros)
  • RDC Anvisa 657/2022 (software como dispositivo médico)

O que muda para o serviço

  • Monte Carlo na dose final — Heterogeneidades, pulmão e metal tratados pelo transporte de partículas, com a incerteza estatística mostrada junto da dose.
  • Protocolo conferido sempre — Cada cálculo é avaliado contra os protocolos compatíveis, e a otimização pode ser dirigida a um protocolo que não passou sem perder os que passaram.
  • Tudo auditado e versionado — Configurações em versões imutáveis com motivo, plano preso à versão da ficha da máquina, auditoria de cada ação e reprodutibilidade por versão do motor e sementes.
  • Integração com o restante — Mesmo caso, mesmas estruturas e mesma prescrição do AutoSeg e do fluxo do paciente; o plano segue para redundância de cálculo e QA de paciente.

Integração

  • Importação de RT Plan + RT Dose DICOM para visualizar e comparar com gamma
  • Leitor do formato nativo do Mônaco (TC, contornos e dose convertidos para LPS) para o treino
  • Exportação RT Plan + RT Dose + RT Image (setup), marcada RESEARCH_/UNAPPROVED
  • Estruturas do AutoSeg e prescrição do fluxo do paciente
  • Redundância de cálculo, QA de paciente e otimizador multicritério da plataforma
Histogramas dose-volume de um plano VMAT de 78 Gy: PTV com queda acentuada perto de 78 Gy, bexiga, reto e cabeças femorais.
DVH de um plano VMAT de um arco, 78 Gy, num fantoma de pelve sintético, com a dose final do Geant4: D95 do PTV 76,0 Gy, D2 80,8 Gy, 519,5 UM. Cálculo leve de teste (grade de 5 mm), 41 min. USO EM PESQUISA — NÃO CLÍNICO. Fantoma de pelve sintético da plataforma (FANTOMA-PELVE-01); dose e DVH calculados pela plataforma

Situação

3D, IMRT, field-in-field, prescrição e protocolos, revisão, aprovação e exportação estão implementados; VMAT é pesquisa. A máquina tem ficha com valores típicos e não está comissionada: o comissionamento aguarda as medidas do Precise 6 MV e a comparação com planos do Mônaco aguarda planos exportados. Até lá toda dose sai com o aviso USO EM PESQUISA — NÃO CLÍNICO.

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

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