Este documento resume atualizações e técnicas avançadas do software CAT3D de 2018, incluindo: - Recursos para tratamento de radiação total do corpo como detecção de SSD até 6000 mm e validação de POIs até essa distância. - Importação de planos como templates e uso dos POIs DGRIDL e DGRIDH para reduzir tempos de cálculo. - Algoritmos de cálculo de dose Collapsed Cones versus Pencil Beam e exportação de planos para execução.

1. Atualização e Técnicas Avançadas do CAT3D - 2018
Temas avançados:
• Total Body Irradiation (TBI).
• Soma de múltiplas fases.
• Importar planos como templates.
• Uso dos POIs DGRIDL e DGRIDH.
• Collapsed Cones versus Pencil Beam superposition.
• Exportar planos para execução
Armando Alaminos Bouza.
Equipe de desenvolvimento MNPS-CAT3D.
Mevis Informática Médica LTDA.

2. Um novo parâmetro foi adicionado ao repertório dos arquivos RSD:
TBI_AWARE = 1
Ou
TBI_AWARE = 0
quando o TBI_AWARE toma valor 1 o CAT3D habilita alguns recursos para
permitir o tratamento com SSD até 6000 mm.
A checagem de validade de POIs aceita valores de (x,y,z) até 6000 mm.
O “Ray Tracing” para identificar o SSD de cada raio vai até 8000 mm.
O Width em BEV-DRR permite até 12000 mm.
Na falta do TBI_AWARE, o máximo Width de BEV é de 2000 mm e o SSD
máximo detectado no RayTracing vai até 2000 mm.

3. Caso exemplo, cortesia do colega Adrian Pérez.
Localizar o centro da anatomia do paciente e definir um POI. Neste caso “ISO”.
Definir POIs afastados do paciente na distância adequada onde ficará o
isocentro da máquina para cada campo. Neste caso são os POIs “AP” e “PA”,
eles estão a 2805 mm do centro da anatomia (ISO).
Como os POIs “AP” e “PA” estão totalmente fora do FOV das imagens temos
que criar eles via editor de POIs. O Editor de POIs se abre com <CTRL-END>

4. Theratron Elite. BEV-DRR do
campo 1, gantry 270 graus.
DRR Width = 8000 mm
Campo com proteção de pulmão
SSD = 3500 mm

5. Distribuição de dose. Cálculo com “Collapsed Cones Convolution/Superposition”.

6. DVH para caso de TBI.
Proteção parcial de pulmão
Calculado com CCC, Correção
de heterogeneidades.
180 cortes axiais com passo de
8 mm

7. O CAT3D tem uma proteção contra dose muito alta em uma única fração e também na dose total. Para
caso de TBI e também de Radioterapia estereotáxica fracionada, temos que modificar o limite antes de
prescrever dose.
No Menu Inicial selecione “Options”, seguido de “Dose Limit Trigger”. Agora pode modificar o limite
segundo seu caso. O limite standard é 450 cGy.

8. Outro recurso interessante
para avaliar a qualidade do
plano é a dose atingida em
pontos de controle definidos
pelo radioterapeuta.
Estes pontos tomam a forma
de POIs.
A ferramenta “Dose to POIs”
resolve este problema.

9. A ferramenta “Protocol” calcula unidades monitoras ou tempo para cada campo aplicado.

10. 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.

11. 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.

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

13. 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 o volume onde
tem que fazer o cálculo da dose dividido pelo
volume total do tecido nas tomografias.

14. DVH sem DGRID = DVH com DGRID

15. 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

16. 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.

17. 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.

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

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. Esta seria a hipotética fase 2 do tratamento

23. 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.

24. No Menu da teleterapia selecionamos
“Integral Dose & Save 3D Dose”
Botão “fx” abre o menu da teleterapia.

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

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

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

28. 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).

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

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

31. 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.

32. DVH com soma das fases

33. 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 constrains tem extensão .constrains e são arquivos ASCII.
Pode-se criar e modificar estes arquivos com o NotePad do Windows.

34. 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.

35. 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.

36. 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” .

37. Algoritmo de Pencil Beam versus Collapsed Cones
PB CC

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

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

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

41. 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

42. Pencil Beam Superposition Collapsed Cones Superposition

43. Pencil Beam Superposition Collapsed Cones Superposition

44. 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 0.39 segundo por corte de
CT, utilizando um i7 2600K de 8 processos a 3.4 GHz. Para um plano com 80 cortes de CT e 5
campos, gasta 154 segundos para um DVH (sem usar DGRID POIs, com DGRID podemos diminuir os
tempos).
Em um i7 7820X, de 16 processos a 4.0 GHz, cai para 0.15 segundos por campo, resultando em 57
segundos.
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).

45. Exportando planos para sua execução

46. Exportando planos para sua execução
Exporta Dicom-RT-Plan a Storage Service Class Providers.
Casos do MosaiQ e Therapist.
Exporta planos em RTP-link de Lantis. Casos do LANTIS,
PrimeView e MosaiQ (não documentado).
Exporta planos em PPF para o gerenciador de pacientes
MEVISPAT.
Exporta arquivos “.mlc” da Varian para ser executados no
Varian MLC Controller. Também exporta proteções
(shields) para ser manufaturados em fresas CNC.
NOTA: ARIA e Consola 4DTC não apresentam “Dicom Storage SCP”, mas basta copiar o arquivo DCM do
plano para uma pasta compartilhada com eles e importar.