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SISTEMAS DE PLANIFICACIÓN Y ALGORTIMOS DE CÁLCULOS

SISTEMAS DE PLANIFICACIÓN Y ALGORTIMOS DE CÁLCULOS. Elke Pastor Pastor Instituto Nacional de Enfermedades Neoplásicas Dr. Eduardo Cáceres Grazzani Lima - Perú. Diana Feld Comisión Nacional de Energía Atómica Buenos Aires - Argentina.

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SISTEMAS DE PLANIFICACIÓN Y ALGORTIMOS DE CÁLCULOS

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  1. SISTEMAS DE PLANIFICACIÓN Y ALGORTIMOS DE CÁLCULOS Elke Pastor Pastor Instituto Nacional de Enfermedades Neoplásicas Dr. Eduardo Cáceres Grazzani Lima - Perú Diana Feld Comisión Nacional de Energía Atómica Buenos Aires - Argentina Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 1 2008-10

  2. CONTENIDO SISTEMAS DE PLANIFICACIÓN • Introducción • Sistema Hardware • Funciones básicas de un sistema de planificación (software) Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 2 2008-10

  3. SISTEMAS DE PLANIFICACIÓN EN RADIOTERAPIA Sistema computarizado que es capaz de generar distribuciones de dosis (isodosis) en pacientes. El objetivo es la optimización de la distribución en el tumor, reduciendo al mínimo la dosis en el tejido normal para disminuir la toxicidad y efectos adversos. Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 3 2008-10

  4. GTV CTV SISTEMAS DE PLANIFICACIÓN EN RADIOTERAPIA Objetivo: distribución uniforme de la dosis en el volumen blanco: +7% y -5% de la dosis prescripta (ICRU 50) ¿Volumen blanco? DEFINICIÓN DE VOLÚMENES GTV: volumen tumoral palpable o visible CTV: GTV + margen por enfermedad subclínica ITV: CTV+margen interno por el movimiento de los órganos PTV: volumen de planificación, tiene en cuenta todas las variaciones geométricas, tamaño tal que asegura que la dosis prescripta llega al CTV OR: órganos en riesgo, su radiosensibilidad puede determinar el cambio de un plan de tratamiento PTV OR Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 4 2008-10

  5. SISTEMAS DE PLANIFICACIÓN 1. INTRODUCCIÓN Historia de los sistemas de planificación Desarrollo de calculador de isodosis • 1965Primer sistema de planificación desarrollado en Washington University Biomedical Computer Laboratory, llamado Consola para programar • 1970 Primer sistema de planificación en venta por Artronix llamado PC-12. Al mismo tiempo, • RAD-8 en UK. Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 5 2008-10

  6. SISTEMAS DE PLANIFICACIÓN 1. INTRODUCCIÓN Historia de los sistemas de planificación Desarrollo de calculador de isodosis • Introduce el Beam Eyeview un grupo de Rhode Island y Brown University. • 1987 9th ICCR (La Conferencia internacional en el uso de computadoras en radioterapia) • Publica los sistemas de planificación en 3-D • Universidad de Michigan introduce TC y MRI y la manipulación de imágenes Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 6 2008-10

  7. CONTENIDO SISTEMAS DE PLANIFICACIÓN • Introducción • Sistema Hardware • Funciones básicas de un sistema de planificación Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 7 2008-10

  8. SISTEMAS DE PLANIFICACIÓN SISTEMA HARDWARE • Sistema para gráficos e imágenes • Memoria y accesorios de • almacenamiento • Hardware de comunicación Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 8 2008-10

  9. Imágenes Datos de entrada para el proceso de planificación CT MRI SPECT PET … REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA DE PLANIFICACIÓN Los datos llegan en distinto formato • aceptar distintos tipos de datos de entrada y darles un arreglo común de voxels. • Convertirlos luego en un único sistema común de referencia. • La capacidad del planificador al utilizar las imágenes debe ser independiente del origen de las mismas. Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 9 2008-10

  10. CONTENIDO SISTEMAS DE PLANIFICACIÓN • Introducción • Sistema Hardware • Funciones básicas de un sistema de planificación Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 10 2008-10

  11. 3. FUNCIONES BÁSICAS DE UN SISTEMA DE PLANIFICACIÓN SISTEMAS DE PLANIFICACIÓN • Datos de la máquina • Datos del haz • Entrada de datos del paciente • Cálculo de dosis • Evaluación de isodosis Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 11 2008-10

  12. SISTEMAS DE PLANIFICACIÓN Datos de la máquina • Gantry, mesa y colimador Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 12 2008-10

  13. SISTEMAS DE PLANIFICACIÓN Datos de la máquina, todos los accesorios influyen en la dosis a entregar • Cuñas virtuales/dinámicas y físicas • Apertura del campo para las cuñas • Movimientos de las mandíbulas de cuñas dinámicas Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 13 2008-10

  14. SISTEMAS DE PLANIFICACIÓN Datos de la máquina Multiláminas y bloques Diseño y movimientos del colimador multihojas Distancia de las bandejas porta bloques y tipos de bloques Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 14 2008-10

  15. SISTEMAS DE PLANIFICACIÓN Datos de la máquina • Compensadores Láminas de plomo De aleaciones • Conos Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 15 2008-10

  16. 3. FUNCIONES BÁSICAS DE UN SISTEMA DE PLANIFICACIÓN SISTEMAS DE PLANIFICACIÓN • Datos de la máquina • Datos del haz • Entrada de datos del paciente • Cálculo de dosis • Evaluación de isodosis Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 16 2008-10

  17. SISTEMAS DE PLANIFICACIÓN B. Datos del haz Obtención de datos • Off center Ratio (OCR) • Porcentaje de dosis en profundidad (PDD) • Off center diagonal (OCD) (OCR) • Factor de campo • Factor Backscatter • Factor bandeja, cuña, etc (OCD) (PDP) DISTRIBUCIÓN DE DOSIS CÁLCULO DE TIEMPO O UM Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 17 2008-10

  18. SISTEMAS DE PLANIFICACIÓN Generación de tablas de cantidades relativas a partir de datos medidos del PDD PDD > TAR,TMR > TAR(0),TMR(0) > SAR,SMR Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 18 2008-10

  19. SISTEMAS DE PLANIFICACIÓN B. Datos del haz • Curvas de isodosis Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 19 2008-10

  20. SISTEMAS DE PLANIFICACIÓN Curvas de isodosis La dosis en cualquier punto es mayor en el centro y gradualmente decrece hacia afuera. Región de penumbra Región del colimador (dispersión trasmisión) Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 20 2008-10

  21. SISTEMAS DE PLANIFICACIÓN Eje central (EC) filtro aplanador 100% “cuernos” Ancho de penumbra Ej. 20/80 Dispersión y transmisión Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 21 2008-10

  22. B. Datos del haz SISTEMAS DE PLANIFICACIÓN • MLC( transmisión) Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 22 2008-10

  23. SISTEMAS DE PLANIFICACIÓN 3. FUNCIONES BÁSICAS DE UN SISTEMA DE PLANIFICACIÓN • Datos de la máquina • Datos del haz • Manejo de datos del paciente • Cálculo de dosis • Evaluación de isodosis Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 23 2008-10

  24. C. MANEJO DE DATOS DEL PACIENTE • Información anatómica Obtención de contornos manualmente Obtención de contornos por tomografía Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 24 2008-10

  25. C. Manejo de datos del paciente • Fusión de imágenes Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 25 2008-10

  26. C. MANEJO DE DATOS DEL PACIENTE Paciente El sistema de planificación permite delimitar los volúmenes necesarios para la planificación Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 26 2008-10

  27. C. MANEJO DE DATOS DEL PACIENTE ATENCIÓN: la prescripción de la dosis es al PTV volumen palpable GTV GTV + enfermedad subclínica CTV CTV+márgenes por set-up y movimiento PTV externo interno Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 27 2008-10

  28. C. MANEJO DE DATOS DEL PACIENTE Atención con la penumbra PTV + penumbra da diferentes tamaños de campo a diferentes ángulos del gantry Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 28 2008-10

  29. Órganos de riesgo C. MANEJO DE DATOS DEL PACIENTE • Tejidos normales • Sensibilidad a la radiación. • Pueden ser limitantes para la dosis total que será aplicada al tumor Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 29 2008-10

  30. C. MANEJO DE DATOS DEL PACIENTE Simulación virtual Imágenes de la TC Vista de haz DRR Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 30 2008-10

  31. SISTEMAS DE PLANIFICACIÓN 3. FUNCIONES BÁSICAS DE UN SISTEMA DE PLANIFICACIÓN • Datos de la máquina • Datos del haz • Entrada de datos del paciente • Cálculo de dosis • Evaluación Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 31 2008-10

  32. D. CÁLCULO DE DOSIS: ALGORITMOS Algoritmo • Proceso para solucionar un problema matemático en un número finito de pasos que frecuentemente involucra repeticiones de algunos de sus pasos. • Descripción de procedimiento, paso a paso, para solucionar un problema o alcanzar algún fin, especialmente con una computadora Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 33 2008-10

  33. Algoritmo • Secuencia de instrucciones que opera sobre un conjunto de datos de entrada En los sistemas de planificación de tratamientos, los algoritmos deben ser capaces de predecir la dosis en cualquier punto dentro del paciente para poder decidir la aceptación o no de un tratamiento y/o la elección de un plan alternativo de tratamiento Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 34 2008-10

  34. D. CÁLCULO DE DOSIS: ALGORITMOS • Algoritmos basados en correcciones Usa parámetros medidos en agua y corrige los datos para aplicar a un paciente en una situación específica Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 35 2008-10

  35. D. CÁLCULO DE DOSIS: ALGORITMOS • Algoritmos basados en correcciones • Correcciones de contorno ( irregularidades) Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 36 2008-10

  36. D. CÁLCULO DE DOSIS: ALGORITMOS Algoritmos basados en correcciones • Métodos de corrección • Método de distancia efectiva foco - superficie • Método de TAR (relación tejido-aire) o TMR (relación tejido-máximo) • Método de desplazamiento de isodosis Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 37 2008-10

  37. D. CÁLCULO DE DOSIS: ALGORITMOS Métodos: TAR, Power Law TAR, TAR equivalente, desplazamiento de isodosis • Algoritmos basados en correcciones • Correcciones por heterogeneidad Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 38 2008-10

  38. D. CÁLCULO DE DOSIS: ALGORITMOS Algoritmos basados en correcciones Para el cálculo en el punto P: Método TAR Factor de corrección Donde: = distancia desde la superficie hasta el punto de cálculo = es el campo proyectado P Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 39 2008-10

  39. D. CÁLCULO DE DOSIS: ALGORITMOS Para el cálculo en el punto P: Método Power Law Batho Algoritmos basados en correcciones Factor de corrección Donde: = es la densidad electrónica de la heterogeneidad con respecto al agua P Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 40 2008-10

  40. D. CÁLCULO DE DOSIS: ALGORITMOS Bolus Material de densidad equivalente al tejido cuya función es aumentar la dosis en superficie y compensar la falta tejido Compensadores, tienen el mismo efecto en la distribución de dosis que el bolus pero mantienen el skin sparing. Son de fabricación muy laboriosa y los sistemas de planificación no calculan su distribución de dosis, requieren de la toma datos del haz bajo esta condición • Algoritmos basados en correcciones Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 41 2008-10

  41. D. CÁLCULO DE DOSIS: ALGORITMOS • Uso de cuñas Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 42 2008-10

  42. D. CÁLCULO DE DOSIS: ALGORITMOS • Uso de cuñas Por ejemplo para el caso de los campos tangenciales en la irradiación de un Ca de mama, la distribución de dosis Para el cálculo de UM, para dar 200cGy a la curva del 100% factor de cuña 206 UM y 208UM 108 UM y 109UM Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 43 2008-10

  43. Bloques Tenemos un campo, cuyas dimensiones son 16 x 14 Campo equivalente de 15 x 15 Factor de campo: 1.036 Sin bandeja Campo equivalente de 13 x 13 Factor de campo: 1.025 Factor bandeja. 0.945 Para dar 200cGy a 5 cm de profundidad se requieren 202 UM 216 UM Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 44 2008-10

  44. D. CÁLCULO DE DOSIS: ALGORITMOS Calcula la dosis en el paciente moldeando representación del haz y su interacción en el paciente Simulación del espacio del acelerador, diseño del cabezal y características del haz de electrones que impactara en el blanco para producir los rayos x Simulación de la absorción y transporte de energía en el paciente Algoritmos basados en modelos Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 45 2008-10

  45. D. CÁLCULO DE DOSIS: ALGORITMOS • Algoritmos basados en modelos: Aspectos físicos Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 46 2008-10

  46. D. CÁLCULO DE DOSIS: ALGORITMOS Colimador primario Blanco Filtro aplanador Cámara Mandíbulas El haz primario (líneas sólidas) emitido desde una posición finita de la fuente es subsecuentemente contaminado por fotones dispersos (líneas punteadas azules) y electrones (líneas punteadas rojas) desde el colimador primario y filtro aplanador mayoritariamente Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 47 2008-10

  47. D. CÁLCULO DE DOSIS: ALGORITMOS BASADO EN MODELOS Radiación dispersa Haz primario Electrones dispersos La dosis en el paciente se incrementa desde la piel (dosis en la superficie) debido al incremento de partículas cargadas en movimiento hasta alcanzar una dosis máxima dmáx(región de build up) , o alcanzar el equilibrio electrónico. En los bordes del campo y en la interfase de medios de ≠ densidad no existe equilibrio electrónico. Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 48 2008-10

  48. D. CÁLCULO DE DOSIS: ALGORITMOS BASADO EN MODELOS Para determinar la dosis en el punto D, tendríamos que determinar la dosis primaria y la dosis por dispersión de todo el campo para ese punto Q La dosis primaria para el punto será: Coeficiente de atenuación del haz primario Energía primaria del haz de fotones Kerma Fluencia de energía primaria Coeficiente másico de absorción de energía Fluencia de fotones primaria(superficie) La dosis total será: Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 49 2008-10

  49. D. CÁLCULO DE DOSIS: ALGORITMOS BASADO EN MODELOS Cálculo de la Fluencia Cálculo de TERMA 3. Cálculo Kernel TERMA: energía total liberada por las interacciones primarias por unidad de masa en cada lugar de interacción primaria. 4. Depósito de Dosis Kernel: modelo de deposición de energía alrededor de un punto (en un elemento de volumen) donde se produce la interacción de fotones (point-spread kernel) Los kernels elementales se superponen en todo el volumen del paciente para obtener la distribución de dosis en el mismo. Determinan la conversión de  a deposición de dosis 5. Cálculo de Unidades de Monitor Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 50 2008-10

  50. D. CÁLCULO DE DOSIS: ALGORITMOS BASADOS EN MODELOS Cálculo de TERMA Cálculo Kernel Definición de parámetros del haz Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 8 : Planificadores y Algoritmo de cálculo E. Pastor D.B. Feld 51 2008-10

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