Somar dose de varias fases de um plano. Criação e uso de templates de tratamento. Comparação de algoritmo de Superoposição de Pencil Beam e Collapsed Cones. CAT3D is a Radiotherapy TPS

1. Atualização e Técnicas Avançadas do CAT3D - 2015
Temas avançados:
• Soma de múltiplas fases,
• Importar planos como templates.
• Uso dos POIs DGRIDL e DGRIDH.
• Collapsed Cones versus Pencil Beam superposition.
Armando Alaminos Bouza.
Equipe de desenvolvimento MNPS-CAT3D.
Mevis Informática Médica LTDA.

2. Uso dos POIs DGRIDL e DGRIDH.
Esses nomes agem como palavras-chave.
Com estes POIs limitamos o volume onde o CAT3D
calcula dose, com isto podemos diminuir o tempo
de diversos processos tais como:
Calcular o DVH
Criar isodose 3D
Otimizar IMRT
Cálculo simultâneo das três janelas 2D
Cálculo da dose integral
Soma de dose por várias fases.
Isto não afeta o cálculo de dose dentro do volume
limitado por DGRIDL e DGRIDH, somente fora.

3. Uso do DGRIDH e DGRIDL - Exemplo para um cálculo de DVH. Plano de IMRT com 5 campos, não coplanares,
com correção de heterogeneidades. Teste em CPU com 12 núcleos virtuais.

4. Configuração dos campos e dose resultante. Campos com
intensidade modulada (IMRT). Algoritmo de cálculo Collapsed
Cones Convolution/Superposition (CCC) do CAT3D.

5. Tempos de cálculo do DVH para ROI do PTV.
Sem definir DGRIDL e DGRIDH: 38 s
Com DGRIDL e DGRIDH definidos: 27 s
Aproximadamente 30% do tempo poupado.
A relação é aproximadamente volume onde tem
que fazer o cálculo da dose dividido o volume
total do tecido nas tomografias.

6. DVH sem DGRID = DVH com DGRID

7. Criando “templates” para tratamentos típicos.
Pode criar um phantom com o “Atlas
Cross Section Anatomy” do CAT3D.
Abrir no botão indicado no CatShell
O Template pode-se criar sobre um
phantom feito a partir de atlas, para evitar
utilizar muitas imagens no template, coisa
que toma espaço em disco
desnecessariamente

8. Crie um novo plano sobre as imagens do phantom
com a configuração desejada de campos.
Dê um nome ao plano que lembre do que se trata:
“Template_Prostata_5”
Recomendo usar para isocentro o mesmo nome
que costuma utilizar no dia a dia.
Exemplo “I”. Salve o plano.

9. Inicie normalmente o plano do paciente real. Na hora de criar o isocentro do tratamento sugerimos utilizar o
nome usado no template.
O isocentro pode ser
criado com a função “ROI
center to POI”, presente no
Menu de ROIs.

10. Selecionar “Import Fields”
Ir ao Menu Inicial do CAT3D.
Selecione “File” . A seguir
Selecione “Import Fields”.
Escolha o template desejado.

11. Volte ao planejamento. Abra o editor de campos e mande calcular com o botão F10 ou no teclado com
<F10>. Todos os campos entram com os mesmos ângulos, tamanhos, isocentro, modificadores, etc.

12. Com o mesmo conjunto de imagens do phantom podemos criar outros templates com diferentes
configurações de tratamentos. Isso evita poluir a pasta de trabalho com imagens desnecessárias.

13. Como somar dose de várias fases de tratamento
Vamos utilizar o template de três campos criados anteriormente para iniciar uma segunda fase de
tratamento da próstata do exemplo.

14. Esta seria a hipotética fase 2 do tratamento

15. Determinamos a dose de prescrição
da fase 2, e de outras fases que
eventualmente existam, com máximo
de 8 fases
Neste caso vamos administrar 3000
cGy nesta fase.

16. No Menu da teleterapia selecionamos
“Integral Dose & Save 3D Dose”

17. Resultado da dose integral mostrado.
A distribuição da dose é colocada em
arquivo com extenção .DOSE3D
Imediatamente feche o plano desta fase
sem alterar nada.

18. Abra outra fase, na qual vamos somar todas as dose administradas ou planejadas
Esta é a fase de 5 campos
antes mostrada.
Defina a prescrição de dose
para esta fase.

19. No Menu da teleterapia
selecione “Add Dose from
external Plans”.

20. No diálogo que se abre, selecione
as fases que quer adicionar ao
plano ativo no CAT3D.
Podemos adicionar até 7 fases ao
plano ativo, de modo que permite
somar 8 fases
NOTA: O sistema apenas soma fases
com o mesmo nome de paciente e
com as mesmas imagens em cada
plano (fase).

21. A partir deste ponto o programa entra no
modo “Add Dose”.

22. A dose somada pode ser
apresentada sobre qualquer
orientação de imagem reconstruída
em 2D: sagital, coronal e obliqua.

23. A dose total das fases pode ser apresentada na janela 3D. Neste caso mostramos a isodose de 50 Gy
(vermelho-rosa) e a ROI da bexiga em azul claro.

24. DVH com soma das fases

25. Lembramos que com CLICK-direito sobre a área do DVH ativamos a seleção de um arquivo de
“Constrains” para este tipo de tratamento.
Os arquivos de definição de contrains tem extensão .constrains e são arquivos ASCII.
Pode-se criar e modificar estes arquivos com o NotePad do Windows.

26. Agora vemos os pontos definidos pelo
arquivo de constrains plotados sobre o
DVH, de modo que resulta facilitada a
avaliação de cada um.
Exemplo do arquivo de constrains para
próstata com 74 Gy. Pelo gráfico se
demonstra que Bexiga esta OK, porém o
Reto estaria errado por excesso de dose.

27. Para encerrar o modo soma, abrir o Menu da teleterapia com botão <fx> da
barra de ferramentas. Estando no modo soma o menu tem poucas opções.

28. Escolha do algoritmo para cálculo da Dose
Para definir o modo de cálculo da dose, click no botão <fx> da
barra de ferramentas. No menu da teleterapia selecione “Dose
Model Settings” .

29. Algoritmo de Pencil Beam versus Collapsed Cones
PB CC

30. Campos pequenos : 25x25 mm. Diferenças maiores que para campos extensos.
PB CC

31. Pencil Beam Superposition: Campo 20x20 (pequeno) em faixas heterogêneas.
1.00 g/cm3
0.01 g/cm3
1.56 g/cm3

32. Collapsed Cones Superposition: Campo 20x20 (pequeno) em faixas heterogêneas.
1.00 g/cm3
0.01 g/cm3
1.56 g/cm3

33. Campos tangentes, típicos da mama. Variação no pulmão para curvas na penumbra do feixe. Diferenças
na pele por perda de equilíbrio eletrônico lateral.
PB CC

34. Pencil Beam Superposition Collapsed Cones Superposition

35. Pencil Beam Superposition Collapsed Cones Superposition

36. Problema: O tempo de cálculo no modo Collapsed Cones é quase 10 vezes maior que no modo
Pencil Beam.
Hoje, um campo típico, de 100x100 mm no CAT3D em modo CCC, toma 1 segundo por corte de CT,
utilizando um i7 de 8 processos a 3.4 GHz. Para um plano com 80 cortes de CT e 5 campos, gasta
380 segundos para um DVH (sem usar DGRID POIs, com DGRID podemos diminuir os tempos).
Indicação: Em casos de pulmão ou qualquer caso com heterogeneidades significativas o uso de CCC
se justifica.
Ajuda do hardware: O tempo de convergência do algoritmo CCC, como está implementado hoje no
CAT3D, diminui quase proporcionalmente ao número de threads disponíveis no hardware.
Esperamos que no futuro próximo as CPUs multi-núcleos apresentem cada vez maior número de
threats ou “virtual cores”.
O CAT3D utiliza paralelismo baseado em OpenMP explorando apenas CPUs. Futuramente podemos
investigar implementações em OpenCL para estender o processamento a GPU e MIC (Xeon PHI de
Intel).