Simulação de Campo Elétrico Específica para Paciente em Eletroquimioterapia para Metastase Espinhal

Como um protocolo simula campos elétricos específicos do paciente durante a eletroquimioterapia espinhal e os compara com a mononucleose pós-tratamento. Fluxos de trabalho existentes raramente validam campos elétricos simulados em relação à resposta tridimensional ao tratamento em doenças metastáticas da coluna vertebral. Após importar os dados para o 3D Slicer e definir CTI como o volume de referência, abra o módulo do editor de segmentos e crie um segmento denominado osso cortical.

Utilize a ferramenta de limiar no CTI para isolar o osso cortical de alta densidade. Em seguida, refine manualmente o segmento usando as ferramentas de tesoura ou pincel conforme necessário. Crie um segmento denominado Gordura.

Utilize a ferramenta Limiar para selecionar a gordura de baixa densidade no espaço perirrenal ou subcutâneo. Em seguida, construa um segmento de disco intervertebral e use a ferramenta Pintura 3D nas vistas axial, sagital e coronal. Selecione fora de todos os segmentos visíveis para restringir a pintura aos vóxeis vazios e evitar sobrescrever segmentos já existentes.

Em seguida, prepare um segmento de osso esponjoso para o osso esponjoso vertebral. Utilize a ferramenta Pintura 3D para preencher os compartimentos trabeculares internos e selecione fora todos os segmentos visíveis conforme descrito anteriormente. Crie um segmento denominado Medula Espinhal e use a ferramenta Pintura 3D para delimitar manualmente a medula em cortes axiais desde acima até abaixo dos níveis tratados.

Em seguida, defina um segmento denominado líquido cefalorraquidiano. Utilize a ferramenta de Pintura 3D para preencher o espaço do líquido cefalorraquidiano ao redor da medula espinhal dentro da bainha dural, e também selecione fora de todos os segmentos visíveis para evitar sobrescrever segmentos existentes. Crie segmentos adicionais para cimento, espiras ou pulmões, se presentes.

Utilize a ferramenta de limiar para identificar o cimento hiperdenso ou espiras e o parênquima pulmonar hipodenso. Realize correção manual conforme necessário. Em seguida, salve a cena atualizada do Slicer.

Importe o volume de RNM pré-procedimental, MRIp, para a cena do Slicer. Utilize o módulo Transformações para realizar o registro rígido do MRIp sobre o CTI, usando marcos ósseos vertebrais no nível tratado para orientar o registro. Aplique a transformação ao MRIp e avalie visualmente o co-registro nos planos axial e sagital.

Aceite o registro apenas se o alinhamento visual e o erro de registro do alvo forem inferiores a 2,5 milímetros. Em seguida, crie um novo segmento denominado Tumor. Utilize a ferramenta de Pintura na MRIp para delinear manualmente o envolvimento tumoral epidural e vertebral na linha de base.

Aplicar suavização opcional ao segmento do tumor para obter um volume tridimensional coerente, sem lacunas. E salvar a cena atualizada do Slicer. Importar o volume de tomografia computadorizada intraprocedimental com angiotomografia por computador da agulha para a cena do 3D Slicer.

Utilize o módulo de transformações para o registro rígido da AAT na ATI. Empregue os mesmos marcos ósseos vertebrais do passo anterior para garantir o alinhamento adequado. Inicie o módulo AI4DEEP e crie uma agulha virtual para cada eletrodo, partindo da ponta do eletrodo ativo.

Verifique nas vistas axial, coronal e sagital se cada número de eletrodo corresponde com precisão a uma única ponta ativa física. Salve a cena atualizada contendo as estruturas anatômicas, a segmentação do tumor e a eletrogeometria. Na interface AI4DEEP, atribua cada segmento anatômico a uma classe de tecido correspondente com condutividade elétrica predefinida.

Defina o tecido de fundo padrão com a condutividade do músculo, de modo que todos os vóxeis não segmentados sejam tratados como músculo. Verifique no painel de resumo do AI4DEEP se cada segmento está alinhado com o tipo de tecido e condutividade esperados. Em seguida, salve a configuração.

No interface AI4DEEP, especifique o comprimento ativo da ponta para cada eletrodo de acordo com o procedimento clínico e defina o diâmetro do eletrodo como 1,8 milímetros. Insira a amplitude do campo elétrico clinicamente aplicada em volts por centímetro. Em seguida, defina os pares de eletrodos que foram ativados durante o tratamento.

Deixe o AI4DEEP calcular a tensão aplicada para cada par de eletrodos com base na distância entre eletrodos, garantindo ao mesmo tempo que a relação solicitada entre tensão e distância, em volts por centímetro, seja respeitada. Defina o número de pulsos como oito e a duração do pulso como 100 microssegundos de acordo com o protocolo clínico. Em seguida, salve a configuração do AI4DEEP.

No interface do AI4DEEP, inicie o cálculo do campo eletrostático utilizando a anatomia configurada, as condutividades e os parâmetros dos eletrodos. Após o software gerar a configuração geométrica e resolver o potencial eletrostático linear, salve a saída da simulação e a cena atualizada do Slicer. No interface do AI4DEEP, selecione a opção para gerar isosuperfícies do campo elétrico a partir do campo simulado.

Selecione uma faixa de limiares de isodose e gere os respectivos mapas tridimensionais de isodose. Exiba mapas individuais de isodose em uma visualização tridimensional para observar a distribuição espacial do campo. O campo geralmente varia de amarelo pálido em baixas amplitudes a vermelho em altas amplitudes.

Para cada isodose, registre os valores percentuais de cobertura do tumor calculados automaticamente com base na sobreposição entre o volume da isodose e a segmentação do tumor. Salve todos os segmentos ou modelos de isodose e os valores de cobertura do tumor para análises posteriores. Realize ressonância magnética de acompanhamento seis semanas após a eletroquimioterapia e a cada dois meses subsequentes.

Selecione a ressonância magnética que mostre o maior volume necrótico ou a melhor resposta radiológica para segmentação, a fim de considerar uma resposta ao tratamento heterogênea e tardia. Importe a sequência axial T1 com supressão de gordura e contraste pós-tratamento, centralizada nos níveis tratados, para o 3D Slicer. Realize o registro rígido das ressonâncias magnéticas sobre a TC utilizando os mesmos marcos vertebrais pré-definidos usados anteriormente.

Aplicar a Transformação. Calcule o erro de registro alvo utilizando os mesmos marcos de referência e confirme que ele seja menor ou igual a 2,5 milímetros para documentar a precisão do registro. Crie um novo segmento denominado Necrose tumoral.

Utilize a ferramenta de Pintura para delinear manualmente a porção necrótica não realçada do tumor na ressonância magnética pós-eletroquimioterapia, fatia por fatia. Aplique suavização opcional ao segmento de necrose tumoral para obter um volume contíguo coerente. Em seguida, realize uma comparação quantitativa entre o campo simulado e a necrose.

Os coeficientes médios de similaridade Dice mostraram uma relação em forma de sino ao longo da coorte. Os valores atingiram um pico entre 160 e 200 volts por centímetro, e a cobertura tumoral diminuiu gradualmente à medida que os limiares aumentaram. Foi observada heterogeneidade acentuada entre os casos, com os melhores valores de Dice variando de 0,0156 a 0,7684 e os respectivos melhores valores de Iso variando de 100 a 500 volts por centímetro.

Uma sobreposição representativa mostrou correspondência espacial entre a necrose tumoral pós-tratamento e o volume de isodose de 200 volts por centímetro. Um paciente de 59 anos com metástase epidural em L3 de colangiocarcinoma apresentou menos de 5% de necrose tumoral e nenhuma melhora após a eletroquimioterapia inicial. A simulação retrospectiva com AI4DEEP demonstrou cobertura tumoral inadequada no limiar de 200 volts por centímetro.

Um tratamento repetido com uma configuração ajustada do eletrodo alcançou cobertura tumoral superior a 90%, resultando em resposta radiológica e clínica completa. Um paciente de 67 anos com carcinoma de células claras de rim e doença epidural em L5-S1 desenvolveu radiculopatia à direita após eletroquimioterapia. A simulação AI4DEEP mostrou uma extensão do campo de 300 volts por centímetro no forame S1 direito, compatível com lesão confirmada por ressonância magnética pós-operatória da raiz nervosa S1 direita.

O principal desafio é identificar o limiar de isodose relevante para cada tratamento, órgão e contexto clínico. Análises adicionais podem testar o segmentamento automático, a incerteza no registro e as relações dose-resposta entre limiares de campo elétrico. Estudos futuros devem validar essas descobertas iniciais em coortes maiores de metástases vertebrais e em outras indicações de eletroquimioterapia.