Charla en el: 1er Congreso Mundial Virtual de Radiocirugía y Radioterapia. Septiembre / 2020 Aspectos físicos, dosimétricos y geométricos en el comisionamiento del sistema de planificación de radiocirugía estereotáxica. Todas las presentaciones en youtube: https://www.youtube.com/watch?time_continue=2518&v=eYQvKLtoth0&feature=emb_logo

1. ASPECTOS FÍSICOS PARA
COMISIONAMIENTO DEL TPS EN LA
RADIOCIRUGÍA CON COLIMADORES
CÓNICOS.
ARMANDO ALAMINOS BOUZA
FÍSICO MÉDICO,
MEVIS INFORMÁTICA MÉDICA,
SÃO PAULO, BRASIL.
1ER CONGRESO MUNDIAL VIRTUAL DE RADIOCIRUGÍA Y RADIOTERAPIA.
SEPTIEMBRE / 2020

2. Elementos a considerar al comisionar el TPS.
1 – Datos dosimétricos para cada cono.
• Factores de rendimiento relativo respecto al haz de referencia del sistema.
• Perfiles laterales de dosis.
• Distribución de la dosis en el eje central del haz.
2 – Datos geométricos del sistema localizador e inmovilizador. Conocer y confirmar sus limitaciones y
márgenes de error.
• Tipo de localizadores. “N-localizer” o “V-localizer” (también llamado Localizador de Sturm-Pastyr)
• Tipo de localizador para imágenes de Rayos-X (Angiografía de Sustracción Digital).
• Software con correcciones de inclinación entre imágenes y aro de fijación.
• Recursos de Segmentación Anatómica.
• Recursos de Registro y Fusión de Imágenes.
• Recursos para Radiocirugía Funcional, Atlas Estereotáxicos y Modelos de Cerebro Normalizados.

3. Conjunto de colimadores cónicos para radiocirugía.
A la derecha sistemas de fijación y centrado de los
colimadores.
(reproducción con permiso de Fi.Me – Física Médica S.R.L. – Córdoba - AR)

4. Peculiaridades de la dosimetría en radiocirugía con
colimadores cónicos.
Para varios de los tamaños de conos estaremos
lidiando con dosimetría de campos muy pequeños.

5. “A new formalism for reference dosimetry of
small and nonstandard fields.”
Rodolfo Alfonso et al.
Lectura de dosis sobre eje central en profundidad
de referencia para cada cono.
La dosimetría de conos para radiocirugía nos
obliga a ser cuidadosos en la elección de
detectores y la utilización de correcciones que
dependen del tamaño de campo y el modelo de
detector.
Este tema será tratado por otros panelistas con
más detalle.

6. Lateral Charged Particle Equilibrium.
Según la recomendación del TRS-483
Tamaños de conos en mm definidos por su diámetro a
nivel de isocentro, considerando la definición FWHM
con las curvas de isodosis del 50%
Para un haz típico de 6 MV obtenemos
rLCPE ~ 1.10 cm
Con eso todos los haces de conos menores
que el 24 mm presentan pérdida de
equilibrio electrónico lateral en su eje
central.

7. Perfiles laterales de dosis.
Las dimensiones del volumen sensible del detector afectan
significativamente el ancho de la penumbra.
Detectores recomendados.
• Film Radiocrómico.
• Diamantes.
• Diodos.
• Cámaras Pinpoint.
Un refinamiento posible es la deconvolución de la medida si
se conoce el kernel del detector (su Función de Transferencia)
o se puede estimar.
¿Cuantos perfiles por cada cono exige nuestro TPS? Perfil de dosis de un cono de 15.1mm.
A nivel de isocentro. A 70mm de
profundidad, haz de 6MV.

8. Distribución de la dosis en el eje central del
haz.
Detectores recomendados.
• Diamantes.
• Diodos.
• Cámaras Pinpoint.
Método alternativo para los conos menores:
Monte Carlo que emplea un espectro de
energías previamente ajustado para los conos
y campos grandes con tamaños seguros para
nuestro detector.
MC3D. Cono de 18mm al isocentro. SSD=1000mm. 6MV.
Máxima Varianza sobre el eje central <= 2.03%

9. Personalmente he tenido que complementar tablas de PDD de conos utilizando códigos de Monte Carlo.
Los resultados fueron verificados independientemente y considerados satisfactorios.
Instrucciones de uso en el pirs702
https://nrc-cnrc.github.io/EGSnrc/doc/pirs702-egsnrc-codes.pdf
Reconstrucción del espectro energético de un haz
experimental para configurar Convolución de EDK o generar
distribuciones de dosis en el eje central. Código
“FixCC_Spectrum.exe”
(código ejecutable está disponible y puede solicitarse al autor.)
Ejecutar dosrzNRC o MC3D con el espectro óptimo

10. En cualquier caso, nuestro
comisionamiento debe ser
verificado antes del primer
uso clínico.
En el caso mostrado
tuvimos la oportunidad de
certificar el
comisionamiento contra el
sistema de verificación del
MD Anderson.
En este caso fue con el
conjunto de SRS fabricado
por Micromar Ind. E Com.,
Diadema, SP, Brasil
y el TPS MNPS.

11. El reporte de MD Anderson evalúa:
• Precisión de la dosis administrada.
• Localización y centrado de los blancos.
• Volumetría de los blancos segmentados.

12. Autor: Diego Gerardo Franco. 2008.
“Determinación de la precisión total de un
sistema de radiocirugía estereotáxica”

13. “Determinación de la precisión total de un sistema de
radiocirugía estereotáxica”
Autor: Diego Gerardo Franco. Córdoba, Diciembre 2008.

14. (preprint en Medical Physics)
Recientemente empleamos el método de resolver el
espectro y generar PDDs con MC3D al conjunto de
conos de Small Animal Radiation Research Platform
(SARRP). Se compararon los resultados entre un
detector micro-Diamante (PTW-60019), una PinPoint
3D (PTW 31016) y el MC3D.
X-ray: 220 kVp (HVL 0.634 mm Cu).
Resultados con conos de 5x5 y 3x3 mm.
Resultados μD versus MC3D, diferencias < 0.8%

15. Factores físicos y geométricos a considerar.
En lo adelante vamos a tratar solamente de sistemas con fijación esquelética, asociado a un aro
estereotáxico, solamente localización intracraneal.
Alaminos-Bouza A L, Brown R A (July 11, 2020) Comparative Accuracies of the N-Localizer and Sturm-Pastyr
Localizer in the Presence of Image Noise. Cureus 12(7): e9137. doi:10.7759/cureus.9137
N-Localizer
Sturm-PastyrLocalizer

16. Ambos tipos de localizador tiene solución analítica para la Z de su barra central. Pero en el caso del Sturm-Pastyr la
propagación del error ante pequeños errores de la localización de las barras crece mucho en el caso de imágenes
inclinadas respecto al aro. ¡Sturm-Pastyr con imágenes bien alineadas!
Alaminos-Bouza A L, Brown R A (July 11, 2020) Comparative Accuracies of the N-Localizer and Sturm-Pastyr Localizer in the Presence of Image Noise. Cureus 12(7): e9137. doi:10.7759/cureus.9137

17. Para el caso de los localizadores que parecen una “N” sin una de las barras verticales, recomiendo
adquirir imágenes lo más paralelas posibles al aro. Nótese que en este caso algunas virtudes de los
“N-localizers” (*) no están presentes. Además, verifique si su TPS hace correcciones de oblicuidad.
(*) - Brown R A (October 02, 2015) The Mathematics of Three N-Localizers Used Together for Stereotactic Neurosurgery. Cureus 7(10): e341. doi:10.7759/cureus.341

18. El tratamiento de malformaciones
arteriovenosas es un problemas que
nos remite al registro 2D-3D.
Localizador típico para angiografía de
sustracción digital acoplado a un
sistema FiMe:
Registro 2D-3D: DSA registrado en el volumen estereotáxico

19. También podemos registrar
indirectamente las imágenes
2D con las resonancias no
estereotáxicas.
CT
RX RMN
Sedrak M, Alaminos-Bouza A L (April 30, 2020) Applied
Mathematics of Ray Tracing and Perspective Projection
in Fiducial-Based Registration of X-Ray Images.
Cureus 12(4): e7904.
doi:10.7759/cureus.7904
Sedrak M, Alaminos-Bouza A L, Srivastava S (June 12,
2020) Coordinate Systems for Navigating Stereotactic
Space: How Not to Get Lost.
Cureus 12(6): e8578.
doi:10.7759/cureus.8578

20. Desde hace algunos años el dominio de aplicación de la Radiocirugía Estereotáxica sobrepasó las
fronteras de la oncología y el tratamiento de malformaciones arteriovenosas.
En algunas de las charlas programadas en este congreso, varios neurocirujanos expondrán sus
experiencias empleando la radiocirugía en indicaciones típicas de Neurocirugía Funcional. Algunos
ejemplos son:
• Tratamiento del dolor (caso de la neuralgia del trigémino) [1].
• Epilepsia [2].
• Movimientos anormales [3].
• Trastorno obsesivo-compulsivo y otras patologías psiquiátricas [4].
1. Tuleasca et al. Stereotactic radiosurgery for trigeminal neuralgia: a systematic review. J.Neurosurgery 2018 Apr 27. doi: 10.3171/2017.9.JNS17545
2. McGonigal et al. Radiosurgery for epilepsy: Systematic review and International Stereotactic Radiosurgery Society (ISRS) practice guideline. Epilepsy Res. 2017, Nov; 137.
doi: 10.1016/j.eplepsyres.2017.08.016.
3. Higuchi et al. Gamma knife radiosurgery in movement disorders: Indications and limitations. Movement Disorders, March 2016. doi: 10.1002/mds.26625
4. Lévêque et al. Radiosurgery for the Treatment of Psychiatric Disorders: A Review. World Neurosurgery. Vol 80, Issue 3-4, 2013. doi: 10.1016/j.wneu.2013.07.004
Atlas USP, Eduardo Alho et al.

21. Algunas de estas aplicaciones se benefician mucho de atlas específicos, que pueden registrarse
sobre el cerebro de nuestro paciente.
Verifique si el TPS contiene atlas de neurocirugía funcional o si estos pueden adicionarse.
Ejemplos:
• Schaltenbrand-Wahren
• Morel
• Talairach
• MNI (Montreal Neurological Institute)
• LPBA40
• USP-Würzburg.
Algunos son de dominio público pero
casi todos están en formato
NIfTI . Verifique el TPS lee NIfTI o deberá
convertirlo a DICOM previamente.
MNI152 - 256

22. Cuando empleamos modelos normalizados de cerebro, necesitamos mecanismos de registro y fusión no rígida
Verifique si eso es posible en su TPS, como se emplea y que márgenes de error debe adicionar por estos factores.
USP-Würzburg - Histology USP-Würzburg + Cerebro
Registro no rígido.
Errores por puntos de referencia.

23. LPBA40 T1 + Labels
Estructuras identificadas
Schaltenbrand-Wahren Atlas registrado sobre cerebro de paciente.
Estructuras/Núcleos identificados. Atlas vectorial, basado en puntos de referencia

24. Tractografía. Técnica de segmentación de fibras cerebrales a partir de “Diffusion Weighted Image” seguida de
extracción de “Diffusion Tensor Image”. A la izquierda todas las fibras derivadas del DTI. A la derecha, las que coliden
con la ROI del Núcleo Subtalámico (STn) izquierdo.

25. Pienso que la tractografía podrá ser más explotada por la radiocirugía en los próximos años.
Colisión entre fibras y el volumen encerrado por la isodosis del 80% de la prescripción

26. Conclusiones.
La puesta a punto de un TPS para radiocirugía, en su interpretación mas amplia,
enfrenta al profesional con problemas clásicos de la dosimetría y física médica y otros
menos discutidos, como las particularidades propias de su sistema estereotáxico, el
software estereotáxico, procesamiento de imágenes médicas de distintas modalidades
y formatos, además de temas que unos años atrás parecían de acceso exclusivo de los
neurocirujanos funcionales.
Muchas gracias.