Sinal Respiratório

Tomografia em 4D
Pedro Mendes Ramos
Colaboração:
Anselmo Mancini
Wellington F. Pimenta Neves Junior
CT na Radioterapia
 Modalidade de imagem primária para radioterapia
 Integridade geométrica
 Definição da área tratada bem como dos órgãos em risco
 Pode ser associada a outras modalidades
 Número de Hounsfield (HU)
CT na Radioterapia
HU – quantificação da atenuação da radiação em um meio
 Cálculo de dose considerando a heterogeneidade dos tecidos
  água
Número de Hounsfield 
 1000
água
Artefatos na Imagem Produzidos por
Movimento
CT de esfera
estática
(r = 1.2 cm)
CTs obtidas com objeto em movimento longitudinal
periódico (A = 1 cm, T = 4.4 s). Escaneamentos
iniciados em diferentes fases do movimento
Rietzel et al. Med Phys 32 (4), pp. 874-889, 2005
Artefatos na Imagem Produzidos por
Movimento
 Velocidade de escaneamento da CT << velocidade de
movimento do tumor  imagem do tumor borrada
 Velocidade de escaneamento da CT >> velocidade de
movimento do tumor  forma e posição do tumor
capturadas em uma fase arbitrária
 Velocidade de escaneamento da CT ≈ velocidade de
movimento do tumor  forma do tumor bastante
distorcida na imagem
Artefatos Produzidos por Movimento
Respiratório
CT em Respiração Livre
Gated CT em expiração
AAPM TG 76
Levando em Conta Movimentação Interna
- Estudo do Movimento com Múltiplas CTs:
 3 CTs consecutivos com o paciente na posição de tratamento
Respiração
Normal
Mantendo
Inspiração
Mantendo
Expiracão
Levando em Conta Movimentação Interna
- Estudo do Movimento com Múltiplas CTs:
 Delineamento do Alvo nas 3 Tomografias
Inspiração
Expiração
Normal
Levando em Conta Movimentação Interna
- Estudo do Movimento com Múltiplas CTs:
 Definindo Margem de Movimentação Interna e Setup
Inspiração
ITV
Expiração
Expiração
Normal
ITV = Norm+Ins+Exp
Levando em Conta Movimentação Interna
- Estudo do Movimento com Múltiplas CTs:
 Aspectos positivos
 Uso de CT convencional
 Simples de realizar
 Limitações
 Não há garantia que foi realizado corretamente
 Superestimação da amplitude de respiração
 Assume movimento retilíneo do tumor
entre
expiração e inspiração
 Não permite o uso de técnicas de tratamento mais
avançadas como gating/tracking
Movimento Respiratório
 Trajetórias de tumores de pulmão em 23 pacientes
Extensão do movimento depende da localização
 Margem de planejamento individualizada
Seppenwoolde et al. IJROBP 53 (4), pp. 822-834, 2002
4D CT - Funcionamento
1. Para cada posição de mesa, várias imagens são
adquiridas;
2. Cada imagem é etiquetada com um sinal
respiratório;
3. As imagens pertencentes a mesma fase respiratória
são agrupadas, gerando multiplos conjuntos de
imagem 3D, cada um correspondente a uma
particular fase do ciclo respiratório;
4. As imagens 4D CT abragem o ciclo respiratório
completo do paciente.
Levando em Conta Movimentação Interna
- Tomografia 4D (4D CT)
 Múltiplos conjuntos de imagens com mudanças
anatômicas ao longo do ciclo respiratório
Captura do Ciclo Respiratório
 Solução fornecida pela Siemens: Anzai
Cinta Abdominal ANZAI AZ-733, ANZAI Co. Japan
Captura do Ciclo Respiratório
 Varian RPM: Câmera que acompanha o movimento de
um marcador refletivo externo colocado no abdome
4D CT Simulador - HSL
 CT Siemens Somaton
Definition AS 20 Slices
 Varian RPM
amplitude
4D CT – Funcionamento
tempo
Sinal Respiratório é considerado na aquisição das imagens
4D CT – Funcionamento
amplitude
período
amplitude
100% (=0%)
fase 0%
(inspiração máx)
fase 50%
(expiração máx)
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% / 0%
tempo
Sinal Respiratório é considerado na aquisição das imagens
Geralmente, o período é dividido em 10 fases
4D CT – Funcionamento (Cine Axial)
 Para uma mesma região anatômica, múltiplas imagens em diferentes fases do
ciclo respiratório
ON
Raio-X
OFF
1ª posição de mesa
Sinal
Respiratório
fase 90%
fase 50%
2ª posição de mesa
3ª posição de mesa
4D CT – Funcionamento (Helicoidal)
ON
Raio-X
OFF
Movimento contínuo da mesa – pitch ≈ 0.1
Sinal
Respiratório
fase 90%
fase 50%
Técnicas de Gerenciamento Respiratório
 CT-MIP: (ex.: CT-MIP100, CT-MIP3070)
delineamento de tumores em pulmão
(densidade do tumor > densidade do meio)
 CT-MinIP - útil em fígado (densidade do
tumor < densidade do meio)
 CT-AVG: Planejamento (CT-AVG100, CTAVG3070)
OBJETIVO: Resumir Informação
4D CT – Reconstrução
CT Average (Média)
 Imagem onde o valor de cada pixel é igual à média dos pixeis correspondentes
em cada uma das fases obtidas numa aquisição 4D.
0%
25%
50%
75%
100%
Ave100
Bom modelo
para cálculo
de dose!
(Van Herk et al. Astro 2008)
4D CT – Reconstrução
 Formato do borrão depende da razão entre o tempo em inspiração para o
tempo em expiração – característico dos diferentes padrões respiratórios.
Vergalasova I. et al. Med. Phys. 38 (8), 2011
4D CT – Reconstrução
CT MaxIP ou MIP (Maximum Intensity Projection)
 Imagem onde o valor de cada pixel é igual ao valor máximo assumido pelo pixel
correspondente, considerando todas as fases obtidas numa aquisição 4D.
0%
25%
50%
75%
100%
MIP100
Ideal para
casos de
Pulmão!
(Van Herk et al. Astro 2008)
Levando em Conta Movimentação Interna
- Tomografia 4D – Retrospectiva
 Múltiplos conjuntos de imagens com mudanças anatômicas
ao longo do ciclo respiratório
 Reconstrução MaxIP: delineamento de tumores em
pulmão (densidade do tumor > densidade do meio)
4D CT - Reconstrução
Limitação do uso da CT MaxIP:
 Atenção: Tumor adjacente ao diafragma, há sobreposição das duas estruturas
na reconstrução MaxIP
Cortesia William Song - UCSD
4D CT – Reconstrução
CT MinIP (Minimum Intensity Projection)
 Imagem onde o valor de cada pixel é igual ao valor mínimo assumido pelo pixel
correspondente, considerando todas as fases obtidas numa aquisição 4D.
0%
25%
Ave
50%
75%
100%
MinIP100
Não serve para
pulmão !
(tumor mais denso que o meio)
Cortesia William Song - UCSD
4D CT – Reconstrução
CT MinIP (Minimum Intensity Projection)
 Imagem onde o valor de cada pixel é igual ao valor mínimo assumido pelo pixel
correspondente, considerando todas as fases obtidas numa aquisição 4D.
0%
25%
50%
75%
100%
MinIP100
Ideal para alguns
casos de fígado!
 Quando o tumor é
menos denso que o meio
4D CT – Reconstrução
CT MinIP (Minimum Intensity Projection)
 Imagem onde o valor de cada pixel é igual ao valor mínimo assumido pelo pixel
correspondente, considerando todas as fases obtidas numa aquisição 4D.
MaxIP
Cortesia William Song - UCSD
MinIP
4D CT – Planejando para Gating
Reconstrução Parcial do Ciclo Respiratório
 Utilizando fases que representam a EXPIRAÇÃO (mais regular).
Amplitude
0%
25%
50%
Ave3070
t
75%
MIP3070
100%
4D CT – Planejando para Gating
Reconstrução Parcial do Ciclo Respiratório
 Utilizando fases que representam a EXPIRAÇÃO (mais regular).
Cortesia William Song - UCSD
Gerenciamento Respiratório
 Redução do ITV
100% Ciclo Resp.
100% Ciclo Resp.
Compressor Adb.
Gate 40-60%
4DCT não é perfeita !
 Respiração Irregular: principal causa de artefatos na 4D CT
Respiração Irregular
 Causa de artefatos na 4D CT
Yamamoto et al. IJROBP 72 (4), pp. 1250-1258, 2008
Feedback Audiovisual
- Objetivo: melhorar periodicidade e reproducibilidade do ciclo respiratório
Sem Feedback
Com Feedback
Gerenciamento Respiratório: GATING
 MUITO CUIDADO AO EXECUTAR O TRATAMENTO EM FASE
 Considere a AMPLITUDE!
Apesar da fase ser expiração, tumor pode
estar fora da posição planejada !
AMPLITUDE DIFERENTE!
Amplitude
Tempo
Conclusões
- 4DCT se tornou a ferramenta padrão para o planejamento
de tumores que se movem com a respiração
- Em relação à técnicas convencionais de estudo de
movimentação interna (múltiplas CTs, aquisição lenta etc) a
4DCT gera dados mais confiáveis para o planejamento:
 movimentação real do tumor;
 menos artefatos*;
 tem-se a informação de como o paciente respirou
durante a aquisição;
 permite individualizar margens de forma mais
precisa e segura.
- Possibilita o uso de técnicas de Gating e Tracking e,
assim, e reduzir agressivamente margens de tratamento