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RicardoGomesDosReis_DISSERT.pdf | 2,39 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
Título: | Desenvolvimento e avaliação de um Sistema de Gerenciamento Respiratório baseado em vídeo e sensor de distância com interrupção automática do feixe para radioterapia em Voluntary Deep Inspiration Breath Hold em pacientes com câncer de mama esquerda |
Autor(es): | Reis, Ricardo Gomes dos |
Orientador(es): | Luz, Glécia Virgolino da Silva |
Assunto: | Câncer de mama Radioterapia Radiação ionizante Técnica de inspiração profunda voluntária Sistemas de gerenciamento de posição baseado em vídeo |
Data de publicação: | 18-Mar-2025 |
Data de defesa: | 26-Ago-2024 |
Referência: | REIS, Ricardo Gomes dos. Desenvolvimento e avaliação de um Sistema de Gerenciamento Respiratório baseado em vídeo e sensor de distância com interrupção automática do feixe para radioterapia em Voluntary Deep Inspiration Breath Hold em pacientes com câncer de mama esquerda. 2024. 73 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Biomédica) — Universidade de Brasília, Brasília, 2024. |
Resumo: | No Brasil, o câncer de mama é a segunda neoplasia mais comum entre as mulheres em todas as regiões, correspondendo a aproximadamente 30% dos casos da doença. De acordo com a Organização Mundial de Saúde, em 2020 foram registrados mais de 19 milhões de novos casos de câncer no mundo, sendo aproximadamente 2,26 milhões de casos de câncer de mama. Existem algumas modalidades terapêuticas que propiciam aumento na sobrevida do paciente com essa neoplasia, sendo uma delas a radioterapia, capaz de combater o crescimento tumoral a partir do uso de radiação ionizante. Entretanto, o tratamento radioterápico está associado a toxicidades cardíacas e pulmonares, uma vez que a radiação também incide nos tecidos adjacentes ao alvo de tratamento. Diante disso, algumas abordagens foram desenvolvidas para reduzir as doses recebidas nesses órgãos em risco durante a radioterapia, como a técnica de inspiração profunda voluntária, que se mostrou capaz de promover acentuada redução na dose média no coração em pacientes submetidas à radioterapia para câncer de mama esquerda. No entanto, dispositivos comercialmente disponíveis para gerenciamento do movimento respiratório possuem valores elevados e são pouco difundidos em países em desenvolvimento. O presente trabalho, propõe o desenvolvimento e avaliação de um sistema de gerenciamento respiratório de baixo curso baseado em dois componentes independentes (um sensor de distância e uma câmera de vídeo), que poderá ser utilizado em radioterapia para câncer de mama esquerda em inspiração profunda voluntária. A funcionalidade do sensor de distância foi desenvolvida no Ambiente de Desenvolvimento Integrado do Arduino e, em seguida, conectada a um algoritmo desenvolvido para o componente baseado em câmera de vídeo em Python, através da biblioteca Pyserial. Foi desenvolvida ainda uma interface gráfica amigável em Python utilizando as bibliotecas EasyGUI e OpenCV. Para avaliar o sistema, foram realizados testes de exatidão, linearidade, reprodutibilidade, constância e tempo de avaliação do tempo de resposta. Os componentes do sistema foram avaliados separadamente e em conjunto. Os resultados dos testes apontaram que o componente do sistema baseado em sensor de distância apresentou exatidão superior a 0,5 mm, boa linearidade (R2=0,99), boa reprodutibilidade com variações menores que 1,0 mm e tempo de resposta de aproximadamente 1,16 segundos. Resultados favoráveis também foram encontrados para o componente baseado em imagens vídeo, cuja exatidão se mostrou próximo de 0,1 mm e tempo de resposta 0,12 segundos. O teste de constância do sistema não apontou risco de travamento para o sistema durante seu uso. Quando avaliados ambos os componentes em conjunto, o tempo de resposta do sistema foi de 0,76 segundos. Foi realizada ainda comparação da dose calculada pelo sistema de planejamento e a dose medida com câmara de ionização em um objeto simulador dinâmico (teste end-to-end), e a variação percentual de dose entre planejada e medida foi de 1,75%. Pelos resultados obtidos, depreende-se que o sistema desenvolvido é capaz de mapear corretamente a variação da posição da parede torácica de pacientes em radioterapia para câncer de mama e pode ser, agora, avaliado em pacientes. |
Abstract: | In Brazil, breast cancer is the second most common malignancy among women across all regions, accounting for approximately 30% of all cancer cases. According to the World Health Organization, over 19 million new cancer cases were reported globally in 2020, with approximately 2.26 million of these being breast cancer. Several therapeutic modalities exist that can increase the survival rates of patients with this malignancy, one of which is radiotherapy, a treatment capable of combating tumor growth through the use of ionizing radiation. However, radiotherapy is associated with cardiac and pulmonary toxicities, as the radiation also affects tissues adjacent to the treatment target. Consequently, certain approaches have been developed to reduce the doses received by these organs at risk during radiotherapy, such as the deep inspiration breath-hold (DIBH) technique, which has been shown to significantly reduce the mean heart dose in patients undergoing radiotherapy for leftsided breast cancer. However, commercially available devices for respiratory motion management are costly and not widely adopted in developing countries. This study proposes the development and evaluation of a low-cost respiratory management system based on two independent components (a distance sensor and a video camera), which could be used in radiotherapy for left-sided breast cancer during deep inspiration breath-hold. The functionality of the distance sensor was developed in the Arduino Integrated Development Environment and then connected to an algorithm developed for the video camera-based component in Python, using the Pyserial library. A user-friendly graphical interface was also developed in Python, utilizing the EasyGUI and OpenCV libraries. To assess the system, tests were conducted on accuracy, linearity, reproducibility, constancy, and response time. The system components were evaluated both separately and in combination. Test results indicated that the distance sensor-based component of the system exhibited accuracy better than 0.5 mm, good linearity (R²=0.99), good reproducibility with variations less than 1.0 mm, and a response time of approximately 1.16 seconds. Favorable results were also found for the video-based component, which demonstrated accuracy close to 0.1 mm and a response time of 0.12 seconds. The system's constancy test did not indicate any risk of freezing during its use. When both components were evaluated together, the system's response time was 0.76 seconds. Additionally, a comparison between the dose calculated by the treatment planning system and the dose measured with an ionization chamber in a dynamic phantom (end-to-end test) was conducted, showing a percentage dose variation between planned and measured of 1.75%. Based on the obtained results, it can be inferred that the developed system is capable of accurately mapping the variation in the thoracic wall position of patients undergoing radiotherapy for breast cancer and can now be evaluated in clinical settings. |
Unidade Acadêmica: | Faculdade de Ciências e Tecnologias em Engenharia (FCTE) – Campus UnB Gama |
Programa de pós-graduação: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Biomédica |
Licença: | A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.unb.br, www.ibict.br, www.ndltd.org sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra supracitada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data. |
Aparece nas coleções: | Teses, dissertações e produtos pós-doutorado |
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