Magnetic Resonance Imaging and conformal radiotherapy: Characterization of MRI alone simulation for conformal radiotherapy. Development and evaluation of an automatic volumes of interest segmentation tool for prostate cancer radiotherapy
Imagerie par Résonance Magnétique et radiothérapie conformationnelle: Caractérisation de l' Imagerie par Résonance Magnétique pour son utilisation dans l' établissement des plans de traitement en radiothérapie conformationnelle. Développement et évaluation d'un outil de délinéation automatique et semi- automatique des volumes d'intérêt pour la radiothérapie conformationnelle du cancer prostatique
Résumé
Radiotherapy is a curative treatment of malignant tumours. Radiotherapy techniques considerably evolved last years with the increasing integration of medical images in conformal radiotherapy. This technique makes it possible to elaborate a complex ballistics conforming to target volume and sparing healthy tissues. The examination currently used to delineate volumes of interest is Computed Tomography (CT), on account of its geometrical precision and the information that it provides on electronic densities needed to dose calculation. Magnetic Resonance Imaging (MRI) ensures a more precise delineation of target volumes in many locations, such as pelvis and brain. For pelvic tumours, the use of MRI needs image registration, which complicates treatment planning and poses the problem of the lack of in vivo standard method of validation. The obstacles in the use of MRI alone in treatment planning were evaluated. Neither geometrical distortion linked with the system and the patient nor the lack of information on electronic densities represent stumbling obstacles. Distortion remained low even in edge of large field of view on modern machines. The assignment of electronic densities to bone structures and soft tissues in MR images permitted to obtain equivalent dosimetry to that carried out on the original CT, with a good reproducibility and homogeneous distribution within target volume. The assignment of electronic densities could not be carried out using 20 MV photons and suitable ballistics. The development of Image Guided Radiotherapy could facilitate the use of MRI alone in treatment planning. Target volumes and organ at risk delineation is a time consuming task in radiotherapy planning. We took part in the development and evaluated a method of automatic and semi automatic delineation of volumes of interest from MRI images for prostate cancer radiotherapy. For prostate and organ at risk automatic delineation an organ model-based method and a seeded region growing method were used respectively. Our results are reproducible with minimal repercussion on dosimetry.
La radiothérapie fait partie des traitements à visée curative des tumeurs malignes. Les techniques de radiothérapie ont considérablement évolué ces dernières années avec l' intégration croissante de l'imagerie en radiothérapie conformationnelle. Cette technique permet d'élaborer une balistique complexe se conformant le mieux possible au volume cible en préservant les tissus sains. L'examen utilisé pour la définition des volumes d'intérêt est actuellement la tomodensitométrie ou « scanner » en raison de son exactitude géométrique et de l'information donnée sur les densités électroniques utilisées pour les calculs dosimétriques. L'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) permet cependant une définition plus précise des volumes cibles dans les localisations pelviennes et cérébrales. Dans le cadre des localisations pelviennes, l'utilisation de l'IRM passe à l'heure actuelle par la fusion d'images, ce qui complexifie la phase de préparation du traitement et pose le problème de l'absence de méthode « standard » de validation in vivo de cette fusion d'images. Nous avons évalué les contraintes posées par l'utilisation de l'IRM seule dans la planification dosimétrique. Nos résultats montrent que ni la distorsion liée au système et au patient ni l'absence d'informations sur les densités électroniques ne représentent des obstacles rédhibitoires à l'utilisation de l'IRM seule dans ce contexte. La distorsion reste contenue y compris en bordure de grands champs de vue sur des machines modernes. Nous avons montré que l'assignation de densités aux structures osseuses et aux tissus mous permettait d'obtenir une dosimétrie équivalente à celle réalisée sur le scanner original avec une bonne reproductibilité et une répartition de dose homogène au sein du volume cible. L'assignation de densités électroniques pourrait même ne pas être réalisée avec des photons de 20 MV et une balistique appropriée. Le développement de la radiothérapie guidée par l'image pourrait faciliter l'utilisation de l'IRM seule dans la planification dosimétrique. La délinéation des volumes d'intérêt est une tâche nécessitant de plus en plus de temps. Nous avons participé au développement et évalué une méthode de segmentation automatique et semi automatique des volumes d'intérêt d'après des images IRM pour la radiothérapie du cancer prostatique. La délinéation automatique de la prostate repose sur un modèle d'organe déformable; une méthode par extension de régions a été utilisée pour la délinéation du rectum et de la vessie. Nos résultats sont reproductibles et le retentissement dosimétrique de la délinéation automatique est minime.
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