Automatic analysis of image quality control for Image Guided Radiation Therapy (IGRT) devices in external radiotherapy

Automatisation du contrôle de qualité d'une installation d'imagerie de repositionnement en radiothérapie externe

Tarraf Torfeh (1)

1 IRCCyN - Institut de Recherche en Communications et en Cybernétique de Nantes

On-board imagers mounted on a radiotherapy treatment machine are very effective devices that improve the geometric accuracy of radiation delivery. However, a precise and regular quality control program is required in order to achieve this objective. Our purpose consisted of developing software tools dedicated to an automatic image quality control of IGRT devices used in external radiotherapy: 2D-MV mode for measuring patient position during the treatment using high energy images, 2D-kV mode (low energy images) and 3D Cone Beam Computed Tomography (CBCT) MV or kV mode, used for patient positioning before treatment. Automated analysis of the Winston & Lutz test was also proposed. This test is used for the evaluation of the mechanical aspects of treatment machines on which additional constraints are carried out due to the on-board imagers additional weights. Finally, a technique of generating digital phantoms in order to assess the performance of the proposed software tools is described. Software tools dedicated to an automatic quality control of IGRT devices allow reducing by a factor of 100 the time spent by the medical physics team to analyze the results of controls while improving their accuracy by using objective and reproducible analysis and offering traceability through generating automatic monitoring reports and statistical studies.

Les imageurs embarqués sur les appareils de traitement par radiothérapie sont des dispositifs très efficaces pour améliorer la précision géométrique des irradiations. Cependant, ils ne sont pertinents que s'ils font l'objet de contrôles de performances précis et réguliers. Notre propos a donc été de développer des solutions logicielles permettant d'automatiser l'analyse des images de contrôle de qualité des principaux modes utilisés en imagerie de repositionnement : le mode 2D-MV qui mesure l'image radiante bidimensionnelle haute énergie transmise par le patient pendant le traitement, les modes 2D-kV (images bidimensionnelles basse énergie) et mode 3D (images tridimensionnelles MV ou kV) qui permettent de réajuster la position du patient avant de traiter. Nous avons également automatisé l'analyse des images du test de Winston & Lutz utilisé pour évaluer la précision mécanique des appareils de traitement sur lesquels s'exercent des contraintes supplémentaires dues au poids supplémentaire de l'imageur embarqué. Enfin nous avons développé et mis en oeuvre une méthodologie originale et performante utilisant des objetstest numériques pour évaluer les performances des solutions logicielles mises au point. Au bilan, l'automatisation des contrôles de qualité des imageurs embarqués avec les solutions logicielles développées dans le cadre de ces travaux de thèse permet de réduire d'un facteur de 100 le temps consacré par l'équipe de physique médicale à l'analyse des résultats des contrôles tout en améliorant leur précision grâce à l'utilisation d'analyses objectives et reproductibles et leur traçabilité grâce à l'édition automatique de rapports de contrôle et d'études statistiques.

Keywords: imagerie médicale; traitement d'images; contrôle de qualité; radiothérapie externe; objet-test numérique; imagerie de repositionnement; CT scan

Domains: Human-Computer Interaction [cs.HC]

Tarraf Torfeh. Automatisation du contrôle de qualité d'une installation d'imagerie de repositionnement en radiothérapie externe. Interface homme-machine [cs.HC]. Université de Nantes, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00426889⟩