BOLETIN SEFM, 4-1997. ARTCULO INVITADO

Dosimetra clnica en Braquiterapia,basada exclusivamente en TCJ. Prez-Calatayud, F. Lliso, V. Carmona, J. Bea, A. Tormo, I.Petschen y E. Milln*Servicio de Oncologa Radioterpica. Hospital La Fe. Valencia.*Servicio de Fsica y P. R. Hospital Clnico. Zaragoza

Introduccin | Material y Mtodos | Resultados | Discusin | Conclusiones |ReferenciasEn este trabajo se presentan dos mtodos de reconstruccin basados en lainformacin obtenida mediante Tomografa Computarizada (TC). El primero deellos se apoya fundamentalmente en sus cortes axiales y el segundo en lasradiografas localizadoras o "scout views" (SV), ortogonales. Realizando unaserie de comprobaciones y ajustes previos en el equipo de TC, es posible el usode estos mtodos para la reconstruccin de fuentes y de puntos de inters enBraquiterapia de manera sencilla y precisa. El mtodo basado en los SVortogonales es compatible con el uso de aplicadores metlicos y evita lautilizacin de la "caja" con marcas de referencia que viene utilizndosetradicionalmente en el simulador convencional. Ambos mtodos se apoyan en elmismo sistema de coordenadas, lo que permite su utilizacin conjunta,aprovechando la informacin de TC disponible en cada caso y facilitando suincorporacin en la rutina de la dosimetra clnica de Braquiterapia.

INTRODUCCIONTradicionalmente, el clculo para la dosimetra clnica en Braquiterapia (BT)est basado en la utilizacin de radiografas ortogonales con las que es posiblediferenciar claramente entre el metal de los aplicadores y las fuentes, el hueso,el tejido blando, las cavidades de aire y las sondas con lquido de contraste.Mediante estas proyecciones no es posible la consideracin individualizada del"Volumen Blanco", por lo que en los resultados del clculo se valoran las

distribuciones de dosis en planos fundamentalmente relacionados con lasfuentes y las dosis en determinados puntos [1] que, localizados y calculadossegn procedimientos establecidos, intentan reflejar las dosis recibidas por elVolumen Blanco y los rganos crticos.Aunque con ms lentitud que en Radioterapia Externa (RTE), la llegada de laTomografa Computarizada (TC) ha abierto el camino para conseguir tambinen BT unas relaciones ms precisas entre estructuras y dosis. Estudios en losque se ha comparado la dosis en rganos crticos y Volumen Blanco utilizandola informacin de la TC, frente a la procedente de las radiografas ortogonalesconvencionales, en aplicaciones ginecolgicas en las que se usan losaplicadores de Fletcher [2], muestran discrepancias importantes [3-5], comopueden ser, por ejemplo, las mayores dosis en vejiga y recto utilizando lainformacin de la TC. Con dicha informacin pueden observarse, adems,aspectos del implante difciles de constatar con el mtodo ortogonaltradicional, como por ejemplo una eventual perforacin uterina [6].Tengamos presente, adems, que mediante el uso de imgenes de TC se abre laposibilidad de realizar una planificacin en tres dimensiones (3D) en BT. Aligual que el procedimiento que se sigue en la planificacin de RTE, es posiblecontornear tanto el Volumen Blanco como los diferentes rganos de inters encada corte de TC, pudiendo obtenerse la forma tridimensional de cadaestructura; esto permitira pasar de una BT de puntos discretos a un anlisisde dosis en volmenes, mediante histogramas dosis-volumen e ndices decalidad que den cuenta del cubrimiento del Volumen Blanco y de launiformidad de dosis, con los que pueda valorarse la efectividad y el riesgo decomplicaciones del tratamiento de una forma ms adecuada.Los principales problemas, descritos en la literatura, que se presentan a lahora de utilizar las imgenes TC para BT, son:

La distorsin y los artefactos producidos en la imagen por loscomponentes metlicos de los aplicadores tradicionales. Algunos autoreslo han resuelto utilizando aplicadores plsticos, en los que incluso losblindajes de proteccin vesical y rectal son, como las fuentes, de cargadiferida [7].

1.

El hecho de que los cortes transversales, en algunos tipos deplanificaciones, no sean los ptimos para la valoracin mdica delimplante [8]. Se ha intentado evitar esta limitacin mediante variosmtodos:

a) Reconstruccin a partir de los cortes contiguos de TC, porcontorneo, al igual que se realiza en la planificacin de la RTE, decualquier estructura en 3D .

2.

b) Reconstruccin de una imagen en "grises"en cualquier plano apartir de un conjunto de imgenes transversales, en los sistemas demanipulacin de imgenes recientes [9].c) Una tercera solucin, aportada por algunos autores, consiste engirar el brazo del TC para poder aproximarse ms al plano deadquisicin deseado, aunque esta modalidad comprometegeneralmente la reconstruccin espacial y obliga al uso de guasestereotcticas [10].

El tercer problema importante no es ya solamente la dificultad en conocerlas coordenadas precisas de un plano adquirido o reconstruido parasuperponer sobre l la distribucin de dosis, sino la insuficiencia de lautilizacin exclusiva de la informacin de la TC para reconstruir,completamente y con la precisin adecuada, el implante. Por ello hayautores que reconstruyen el implante por el mtodo tradicional deradiografas ortogonales en el simulador convencional y trasladan despusal paciente al TC, relacionando ambas adquisiciones mediante marcasexternas en la piel [11, 12] ; Pero creemos que en este procedimientoresulta complejo el mantenimiento de la adecuada precisin. Otros fijan laposicin del paciente en ambas adquisiciones mediante el uso de guasestereotcticas. Finalmente, un tercer grupo de autores [13] reconstruyeenteramente el implante utilizando la informacin de TC mediante cortescontiguos, cuidando de usar aplicadores completamente plsticos. Cuandose reconstruye de esta manera el problema aparecera en los casos defuentes cuya direccin sea prxima a la del plano transversal.

3.

Hemos estudiado dos mtodos de reconstruccin basados tanto en los cortestransversales como en los escanogramas o "scout views" (SV) del TC, cuyadescripcin y anlisis son el objeto de este trabajo.

MATERIAL Y METODOSEn TC queda establecido un sistema de coordenadas que normalmente sedefine con la coordenada Z en la direccin longitudinal de la mesa y con lascoordenadas X,Y en los planos transversales, teniendo el origen en elisocentro, que debe coincidir con el centro del tnel. Estas coordenadasaparecen al utilizar cualquier herramienta o cursor en las consolas devisualizacin de las imgenes.Los SV en TC consisten en imgenes adquiridas por el conjunto de losdetectores para una posicin fija del tubo y un movimiento longitudinalcontinuo de la mesa. El haz est muy colimado en la direccin Z, no existiendo

divergencia en esa dimensin, mientras que, en la dimensin perpendicular, enel plano XY, la imagen presenta la divergencia habitual de un tubo de RX. Enla TC, estas imgenes se obtienen habitualmente para dos angulacionesortogonales y su funcin fundamental es la de ser el medio de establecer elrango y la posicin de los diferentes cortes a tomar en el proceso deadquisicin.Mtodo de reconstruccin basado en los cortes transversales y en unade las radiografas localizadorasEste mtodo de reconstruccin de fuentes y puntos se realiza en dos etapas:

Se obtiene un SV y sobre l se programan cortes en unos valores de Zperfectamente determinados, por ejemplo, sobre los puntos necesariospara reconstruir las cargas rectas y sobre aquellos puntos de inters queson visibles en esa proyeccin. As pues, en este SV se fija la coordenada Zde los puntos (Figura 1a).

1.

Se realizan cortes transversales del mnimo espesor posible, normalmentemenor o igual a 2 mm, sobre las posiciones programadas, tomndose lascoordenadas X,Y del punto de corte de las cargas o de los puntosanatmicos de inters (Figura 1b). Estas dos coordenadas, junto a la Z,que se haba tomado en el SV, completan las posiciones de puntos ycargas reales en el espacio relativas al sistema de coordenadas del TC.

2.

Figura 1. a) Esquema de un SV lateral con dos cortes programados en losextremos de una carga en los que quedan definidos los valores de Z. b)Obtencin de las coordenadas (X,Y) en uno de los cortes transversalescorrespondiente a los extremos de la fuente.

Mtodo de reconstruccin basado en las radiografas localizadorasortogonalesHemos estudiado la posibilidad de utilizacin de las dos radiografaslocalizadoras ortogonales para la reconstruccin de fuentes y puntos en BT,como ha sido sugerido por Bridier y Dutreix.Tras estudiar en un equipo de TC concreto (CT-Sytec de GEMS) elcomportamiento de la divergencia transversal presentada por el SV resultaque, para un valor de Z dado, la imagen del SV consiste en una proyeccinsobre el plano del isocentro de todos los puntos siguiendo la divergencia delhaz (Figura 2).Se ha realizado un conjunto de diferentes pruebas para evaluar, tanto laviabilidad del mtodo de reconstruccin utilizando los dos SV ortogonalescomo la consistencia con el sistema de coordenadas establecido, cuyosprocedimientos y resultados vamos a describir a continuacin.

Figura 2. Proyeccin de los puntos P1 y P2 sobre el plano del SV a 0.Modelo de ajuste del foco virtual.Para las medidas hemos utilizado un maniqu compuesto por dos planchas dePMMA situadas en planos paralelos; cada plancha tiene insertados pequeoscilindros metlicos de 1mm de dimetro y 3 mm de longitud, dispuestos en dosfilas perpendiculares formando una "L" (Figura 3a). En la Figura 3b, quemuestra la imagen de un SV de este maniqu, se observa como la divergenciaacta slamente en la direccin transversal.

Figura 3. a) Esquema del maniqu utilizado, en el que los puntos del planoinferior se han indicado con cruces. b) Imagen de un SV del maniqu a 0, enel que se observa la coincidencia de las marcas en ambos planos en direccinlongitudinal y la divergencia en el transversal.

Las principales comprobaciones se han realizado para confirmar que:Los SV a 0 y 90 son perpendiculares.Los puntos de los focos virtuales pertenecen a las rectas X=0 (SV 0) eY=0 (SV 90).Las coordenadas de los focos son iguales:|XF| = |YF| = R.Las coordenadas del isocentro son XI=0, YI=0, siendo la distancia al focovirtual, desde el isocentro, la misma en ambos SV.La coordenada Z es real y con idntico valor en ambos SV en cualquierposicin del tnel.Los planos de SV y los cortes transversales son perpendiculares.

El procedimiento que se ha utilizado para obtener la posicin del foco virtual, apartir de imgenes SV del maniqu, se muestra en la Figura 4. Los valoresresultantes de las lateralizaciones aparentes L de puntos con lateralizacionesreales l y distancias al plano del isocentro d, para un conjunto de puntos

distribuidos por todo el tnel, se han ajustado a la expresin: L l -- = -------- R (R + d)

As, se ha obtenido, para el equipo CT-Sytec, un radio virtual R de 518 2mm, y puede reproducirse cualquier punto real en cualquier posicin del tnelcon una precisin del milmetro.

Figura 4. Esquema delprocedimiento para la obtencindel radio virtual.

Figura 5. Obtencin de las coordenadasreales del punto P mediante el algoritmode reconstruccin.

Esta geometra se mantiene muy estable en el tiempo, como es lgico portratarse de TC. Hemos comprobado esta constancia durante un periodosuperior a tres aos, utilizando los resultados del control diario que se realizaen el equipo de TC, que est incluido en el programa de aseguramiento de lacalidad de la cadena de simulacin virtual; en dicho control uno de losparmetros chequeados es la anchura, medida en el SV, de un maniqucentrado en el origen de coordenadas mediante sistema de lseres [14].Algoritmo de reconstruccin.Una vez que se conoce la posicin de los focos virtuales , con coordenadas(0,YF) para el SV a 0 y coordenadas (XF,0) para el SV a 90 con XF = YF = R,es posible conocer la posicin real de un punto en un plano de determinadovalor de Z, a partir de sus coordenadas en los SV ortogonales. Elprocedimiento general se recoge en la Figura 5. Las coordenadas reales de unpunto (Xp,Yp) se calculan a partir de la interseccin de las siguientes rectas:por un lado la que une su proyeccin sobre el plano Y=0 en el SV a 0, concoordenadas (Xs,0) y el foco virtual con coordenadas (0,YF); y por otro la queune la proyeccin en el SV a 90 (0,Ys) y el foco lateral (XF,0). Quedando

expresado en las ecuaciones: (Yp 0) (0 YF)----------- = -----------(Xp Xs) (Xs 0) (Yp Ys) (Ys 0)------------- = ---------- (Xp 0) (0 X-F)

Consideracin de los puntos protocolizados.Existe una serie de puntos protocolizados que se establecen en las radiografasortogonales convencionales, de los que se realizan los clculos de las dosis quese relacionan tanto con el Volumen Blanco como con rganos crticosinvolucrados. Un conjunto importante de estos puntos se define basndose endistancias, ya sea desde estructuras anatmicas determinadas o desde elaplicador o fuentes insertadas.Como hemos visto, los SV se caracterizan por esa deformacin especial en laque la dimensin longitudinal es real, pero no as la transversal. Esto impideque sobre ellos se puedan realizar medidas para localizar los puntos deprotocolo comentados, como se acostumbra a realizar tradicionalmentecorrigiendo su magnificacin en las radiografas ortogonales.Para resolver este problema es posible realizar una serie de algoritmos muysimples, en los que se recogen las relaciones analticas tanto con la geometradel implante como con referencias anatmicas, permitiendo la obtencin de laposicin de estos puntos protocolizados a partir de otros auxiliaresidentificables en los SV.De esta manera se obtiene, de una forma sencilla y rpida, los puntoshabituales en BT ginecolgica como son los "puntos A" [15-17], los "puntos B"[18], los puntos en las superficies de los aplicadores vaginales, los puntos dedosis rectal relacionada con los ovoides [19] y los puntos del trapecio deFletcher. Tambin mediante algoritmos sencillos es posible determinar lascoordenadas de las fuentes dentro de los colpostatos que no son visibles en lasproyecciones; en estos algoritmos se contempla fcilmente la relacin entre lasgeometras de fuente y aplicador.

RESULTADOS

En este apartado se indica la estimacin de la precisin de los dos mtodos dereconstruccin descritos.Con el maniqu ya mencionado se realizaron reconstrucciones con ambosmtodos; las primeras utilizando el SV para determinar las coordenadas Z,seguida de la toma de cortes de 2 mm de espesor para (X,Y), y las segundasmediante el mtodo de los dos SV ortogonales. Los resultados confirmaron lacoincidencia de las coordenadas reconstruidas por ambos mtodos con lasreales, siendo las diferencias inferiores al milmetro.Hemos comprobado, utilizando el mtodo de propagacin de errores, que elvalor del error en la determinacin de la posicin de un punto en los SV, setraduce en el mismo valor del error en las coordenadas reales del puntoreconstruidas por el algoritmo.Por otra parte se ha estimado el error asociado a fijar la posicin de unextremo de carga en los SV, debido a su resolucin, resultando ser menor de0.5 milmetros en medidas realizadas, por diferentes personas, utilizandoindependientemente las herramientas de ampliacin y manejo de grises.

DISCUSIONCon la utilizacin del primer mtodo de reconstruccin descrito se presentandos problemas. El ms importante ocurre en BT ginecolgica cuando elimplante contiene colpostatos u ovoides vaginales, en los que, adems de supropia pared metlica, existen dos bloques de tungsteno junto a los extremosde la carga, cuyo fin es la proteccin de la vejiga y del recto. Esto provoca unelevado nivel de artefacto que impide obtener la informacin necesaria de loscortes de TC, adems de no permitir que se vean los extremos de las cargasdentro del colpostato en el SV.El segundo problema ocurre cuando la fuente a reconstruir presentadirecciones prximas a las del plano de corte de TC, ya que en estos casosaparece en la imagen una "mancha" elptica de dimensiones excesivas queintroduce incertidumbre en el establecimiento del punto correspondiente paralas coordenadas X,Y.Estos problemas no se presentan en la reconstruccin por el mtodo de los SVortogonales, del que cabe destacar las siguientes consideraciones.Dado que la posicin de los focos es fija, no es necesario calcularla en cadaaplicacin, por lo que se evita el uso de la caja con las referenciastradicionales. Adems, la geometra de reconstruccin se mantiene estable, yaque es una caracterstica fundamental de la TC. La constancia de estas

condiciones se verifica mediante un conjunto de controles muy simples.Los SV tienen menor resolucin que las radiografas convencionales tpicas y,adems, la resolucin no es la misma en el sentido longitudinal que en eltransversal [20]. No obstante este problema no ha sido obstculo para suutilizacin en BT, ya que la resolucin es suficiente en la mayora de los casospara determinar la forma y posicin de fuentes, aplicadores y estructurasanatmicas involucradas. Esta calidad de resolucin puede ser especialmentecrtica con fuentes muy delgadas como los hilos de Ir-192, aunque suelendistinguirse sin problemas. Tngase en cuenta que la calidad de las imgenespuede optimizarse mediante la manipulacin del nivel y rango de los grises,permitiendo fijar las condiciones para visualizar las estructuras de inters.Esto es especialmente til en las proyecciones laterales de las pelvis, en lasque frecuentemente, por su gran espesor, son crticas las condiciones deadquisicin.El posicionamiento es el mismo que el adoptado en la adquisicin de TC para laRTE, por lo que se facilita una posible sumacin de las dosis de la RTE y de laBT al ser fcilmente relacionables colocando al paciente para ambasadquisiciones, segn las mismas marcas cutneas.El hecho de que la coordenada Z sea la misma en las dos proyecciones facilitala reconstruccin de puntos que se ven con dificultad en una de ellas. Estaventaja es adems muy til en la reconstruccin de fuentes curvas, como es elcaso de los hilos de Ir-192, ya que dicho hecho permite que su descomposicinen pequeas fuentes rectas se realice con sus extremos homlogos en las dosproyecciones, simplificando considerablemente el algoritmo de reconstruccin.No existe el problema que se presenta en la reconstruccin clsica utilizandola "caja" y las radiografas ortogonales en BT, en donde las rectas que unen losfocos virtuales con las proyecciones de los puntos en las radiografas puedenno intersectar en el espacio, complicando el algoritmo de reconstruccin alutilizar la distancia mnima entre las rectas. En el algoritmo del SV tendrnestas rectas siempre un punto de interseccin.La principal ventaja de este mtodo de reconstruccin es la de usar el mismosistema de coordenadas para el algoritmo de SV y para el conjunto de cortescon TC. De este modo, la aplicacin puede reconstruirse mediante los SV, y lasdosis pueden evaluarse en los cortes de TC, tanto tomando las coordenadas depuntos sobre dichos cortes como mediante la superposicin de la distribucinde dosis sobre ellos.. Esto puede realizarse con cualquier tipo de aplicador,incluso metlico, ya que en la prctica clnica se observa que el problema delruido por artefacto, a causa del metal, queda limitado a los cortes que abarcana los colpostatos con bloques de tungsteno para la proteccin vesical y rectal.A otros niveles del aplicador metlico se produce cierta distorsin, aunque no

se perturba la imagen considerablemente, permitiendo la visualizacin de lasestructuras necesarias. En cualquier caso, podra obviarse esta limitacinutilizando aplicadores de plstico rgido, con un material de alta densidad paralas protecciones que pueda introducirse de forma diferida.La posibilidad de reconstruir a partir de los SV facilita la correlacin de ladosis en los puntos tradicionales, obtenidos por proyecciones ortogonales, conlas distribuciones de dosis proporcionadas por la TC. Existen por otra partepuntos de referencia protocolizados que difcilmente pueden determinarse sloa partir de los cortes de TC, como son los puntos del trapecio de Fletcher ,mientras que con la posibilidad de integrar la informacin de los SVortogonales su determinacin se realiza fcilmente.Cualquiera de los dos mtodos de reconstruccin descritos podr utilizarse,seleccionando uno u otro en funcin de las caractersticas y condiciones delimplante - por ejemplo, daramos preferencia al descrito en segundo lugar siussemos aplicadores ginecolgicos con tungsteno- lo que no es bice parapoder utilizar ambos en un mismo caso aprovechando las particularidades yventajas de cada uno de ellos.

CONCLUSIONESConsideramos que en cualquier modelo de TC, realizando una serie decomprobaciones y ajustes preliminares, es posible el uso de los dos mtodosdescritos para la reconstruccin de fuentes y puntos en BT. Ello se realiza demanera sencilla y precisa sin necesidad de utilizar el simulador convencional yla caja auxiliar.La deformacin caracterstica de los SV no impide la determinacin de lospuntos tradicionales de protocolo en BT. El uso de algoritmos simples, endonde se recogen las condiciones analticas de los puntos respecto al aplicadoro estructuras anatmicas, permite su determinacin sencilla y rpida. Esposible utilizar este procedimiento incluso usando aplicadores metlicos.Toda la informacin obtenida en los cortes de TC se utiliza conjuntamente conla informacin obtenida por los SV ortogonales, ya que estn definidas en elmismo sistema de coordenadas.Mediante los mtodos descritos se introduce, en la rutina de trabajo de unDepartamento, la dosimetra clnica de BT con el uso exclusivo de lainformacin de TC.

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