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.

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 DVHCriar isodose 3DOtimizar IMRTCálculo simultâneo das três janelas 2DCálculo da dose integralSoma de dose por várias fases.

Isto não afeta o cálculo de dose dentro do volume limitado por DGRIDL e DGRIDH, somente fora.

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.

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

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.

DVH sem DGRID = DVH com DGRID

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 evitarutilizar muitas imagens no template, coisaque toma espaço em disco desnecessariamente

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 nomeque costuma utilizar no dia a dia. Exemplo “I”. Salve o plano.

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 sercriado com a função “ROI center to POI”, presente no Menu de ROIs.

Selecionar “Import Fields”

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

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.

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

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.

Esta seria a hipotética fase 2 do tratamento

Determinamos a dose de prescriçãoda fase 2, e de outras fases que eventualmente existam, com máximode 8 fases

Neste caso vamos administrar 3000 cGy nesta fase.

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

Resultado da dose integral mostrado. A distribuição da dose é colocada emarquivo com extenção .DOSE3D

Imediatamente feche o plano desta fasesem alterar nada.

Abra outra fase, na qual vamos somar todas as dose administradas ou planejadas

Esta é a fase de 5 camposantes mostrada.

Defina a prescrição de dose para esta fase.

No Menu da teleterapiaselecione “Add Dose from external Plans”.

No diálogo que se abre, selecioneas fases que quer adicionar aoplano ativo no CAT3D.

Podemos adicionar até 7 fases aoplano ativo, de modo que permitesomar 8 fases

NOTA: O sistema apenas soma fases com o mesmo nome de paciente e com as mesmas imagens em cada plano (fase).

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

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

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.

DVH com soma das fases

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.

Agora vemos os pontos definidos peloarquivo 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.

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.

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” .

Algoritmo de Pencil Beam versus Collapsed Cones

PB CC

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

PB CC

Pencil Beam Superposition: Campo 20x20 (pequeno) em faixas heterogêneas.

1.00 g/cm3

0.01 g/cm3

1.56 g/cm3

Collapsed Cones Superposition: Campo 20x20 (pequeno) em faixas heterogêneas.

1.00 g/cm3

0.01 g/cm3

1.56 g/cm3

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

PB CC

Pencil Beam Superposition Collapsed Cones Superposition

Pencil Beam Superposition Collapsed Cones Superposition

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).