Software development for SPECT voxel-based internal dosimetry

Introdução: A análise dosimétrica da terapia com radionuclídeos é usuário dependente e demorada. Infelizmente a escassez de soluções para otimizar o procedimento incrementa a dificuldade de implementação da rotina, forçando médicos a possivelmente realizar um subtratamento ou supertratamento dos pacientes por protocolos empíricos de dosimetria. Para superar esses problemas, foi desenvolvida a automação para corregistro das Tomografias por Emissão de Fóton Único/Tomografias Computadorizadas (SPECT-CT) até a criação do mapa de dose (DM) do paciente. Metodologia: Um software de código livre foi criado a partir da linguagem Matlab, entregado uma interface amigável. Para propósito de validação, foi analisada a influência de um marcador fiducial para auxilio de posicionamento e corregistro de estudos seriados adquiridos com phantom Jaszczak, rotacionado em 5° e 10° em relação ao eixo da maca. A técnica de corregistro inelástico foi aplicada para correção das imagens rotacionadas para a imagem referência (0°). A qualidade do corregistro foi mensurada utilizando o valor da Raiz do Erro Quadrático Médio (RMSE) e a avaliação do possível impacto na qualidade das imagens processadas foi realizada através do comparativo da uniformidade, contraste e resolução de todas as imagens. Uma análise estatística descritiva com 95% de intervalo de confiança foi aplicada para comparar os dois grupos para cada rotação. Na etapa de utilização do software foram selecionadas doze aplicações terapêuticas do banco de dados da instituição para cálculo de dose renal, medindo o tempo do estágio de corregistro até a avaliação do DM, comparando o trabalho manual necessário para avaliar a dose utilizando o Olinda/EXM®. Resultados e Discussão: Todas as imagens foram corretamente corregistradas, com resultados do RMSE independentes da marcação fiducial (valor p de 0,40 para ANOVA unicaudal). Não houve perda de uniformidade, contraste ou resolução. A comparação entre os dois grupos seguiu o mesmo comportamento estatístico do RSME com valor p>0,05, sugerindo que o software consegue corregistrar automaticamente, independente do marcador fiducial, mantendo a qualidade da imagem. A aplicação clínica preliminar apresentou tempo total de processamento, do corregistro do volume ao cálculo da dose renal com o DM na estação de trabalho DICOM, de 9 ± 3 min/paciente. O tempo consumido para avaliar o mesmo grupo de pacientes foi de 64 ± 10 min/paciente para o Olinda/EXM®. Conclusão: O fluxograma lógico do software atendeu todas as necessidades básicas de uma ferramenta dosimétrica. Realizou o corregistro praticamente sem o envolvimento do usuário, entregando excelentes resultados independente da marcação fiducial. Testes preliminares mostraram um ganho significativo de eficiência temporal, reduzindo o tempo em 7,1 vezes com boa correlação ao Olinda/EXM, virtualmente reduzindo o custo de procedimento somente ao hardware, melhorando o tempo de planejamento terapêuticoIntroduction: The dosimetric analysis in radionuclide therapy is time-consuming and user-dependent. Unfortunately, the scarcity of solutions to optimize the procedure increases the difficulty in implementing the routine, forcing physicians to possibly undertreat or overtreat their patients by empirical protocols. Automation from Single Photon Emission Tomography/Computerized Tomography (SPECT/CT) co-registration to a patient\'s dose map (DM) creation was developed to overcome these problems. The results of this work should improve the cost-effectiveness of therapy planning and personalize the patient\'s treatment. Methods: An open-source software was created from the Matlab language, giving a user-friendly environment. For validation purposes, the influence of a fiducial marker for auxiliary positioning and image acquisition in a series of Jaszczak phantom rotated with 5° and 10° with respect to bed axis was analyzed. The inelastic co-registration technique was applied to correct the rotated images to the reference image (0°). The co-registration quality was measured using the Root Mean Square Error (RMSE) value. The evaluation of the possible impact on the quality of processed images was performed by comparing the uniformity, contrast, and resolution. Descriptive statistical analysis with a 95% confidence interval was applied to compare the two groups for each rotation. In the software testing stage, twelve therapeutic applications were selected from the institution\'s database to calculate the renal dose, measuring the time from the co-registration stage to the DM assessment, comparing the manual work required to assess the dose using Olinda/EXM ®. Results and Discussion: All the images were correctly co-registered, with RSME reporting the same results independently of fiducial marking (one-way ANOVA p-value of 0.40). There was no loss in uniformity, contrast, and resolution. The comparison between groups followed the same statistical behavior as the RSME, with a p-value > 0.05, suggesting that the software can automatically co-register, independent from fiducial marker, maintaining the image quality. The preliminary clinical application showed a total processing time, from volume co-recording to renal dose calculation with DM on the DICOM workstation, of 9 ± 3 min/patient. The time to evaluate the same group of patients was 64 ± 10 min/patient for Olinda/EXM®. Conclusion: The software logic flow chart attended all the basic needs of a dosimetry tool. It performed the co-registration almost without user involvement, giving an excellent result independently of a fiducial marking. The preliminary clinical tests showed a significant gain in time efficiency, reducing the time by 7.1-fold with high accuracy compared to Olinda/EXM, virtually reducing the procedure costs only to hardware while improving the time in therapy plannin