Magnetic resonance imaging -based radiation therapy - Methods enabling the radiation therapy treatment planning workflow for prostate cancer patients by relying solely on MRI-based images throughout the process

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Kapanen, Mika, Docent, Helsinki University Central Hospital, HUCH Cancer Center, Finland
dc.contributor.advisor Tenhunen, Mikko, Docent, Helsinki University Central Hospital, HUCH Cancer Center, Finland
dc.contributor.author Korhonen, Juha
dc.date.accessioned 2015-04-11T09:00:30Z
dc.date.available 2015-04-11T09:00:30Z
dc.date.issued 2015
dc.identifier.isbn 978-952-60-6124-5 (electronic)
dc.identifier.isbn 978-952-60-6123-8 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn 1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/15615
dc.description.abstract This study introduces a radiation therapy treatment planning (RTP) workflow for prostate cancer patients that relies solely on magnetic resonance imaging (MRI) -based RTP images throughout the process. Scanner-specific intensity values of T1/T2*-weighted in-phase MR images and Hounsfield units (HUs) of computed tomography (CT) images in the male pelvis were analyzed. The results were utilized to generate a dual model conversion technique transforming the MRI data into pseudo-HUs by separate conversion models within and outside of bone segment. The technique was implemented by constructing pseudo-CT images for 15 prostate cancer patients. The feasibility of the obtained images for RTP was evaluated by comparisons against the standard CTs. Dose distributions were analyzed e.g. with volumetric-modulated arc therapy calculated by means of a Monte Carlo algorithm. The feasibility of MRI-based reference images for image guidance was investigated for patient position verification with X-ray -based localization images. The potential susceptibility-induced bone outline shift in MR images and the effect of different bone parts to the absorbed dose were quantified with a dedicated fresh bone phantom. The local soft- and bony tissue presentation uncertainties in the pseudo-CTs were on average 11 HUs and 99 HUs, respectively. The prostate dose level differences between those in pseudo-CTs and those in CTs ranged from -1.0% to 0.8%. The percentages of dose points in the body passing the 1 mm and 1% 2D gamma index criteria between the images ranged from 79% to 100%. The maximum dose distribution inconsistency behind the bones was 1.3% measured for a single 6 MV radiation field. The bone outlines in the MR images were illustrated correctly within a 1 mm-pixel size, but each 1 mm-sized systematic error in bone segmentation resulted in ~0.4% change to the prostate dose level in the pseudo-CTs. The SDs of differences between cone-beam CT (CBCT)-to-pseudo and CBCT-to-CT automatic registrations were ≤1.0 mm and ≤0.7°. The SDs of differences between pseudo-digitally reconstructed radiograph (DRR) and CT-DRR -based manual registrations with planar localization were ≤1.0 mm (kV) and ≤1.7 mm (MV). This work shows that it is possible to construct heterogeneous pseudo-CTs of the pelvis by transforming the intensity values of a single MR image into pseudo-HUs, and that by adopting these images for dose calculation and image guidance, the entire MRI-based RTP workflow for prostate cancer patients can be conducted according to required standards of modern RT. en
dc.description.abstract Tämä työ esittelee magneettikuvaus -pohjaisen sädehoidon suunnitteluketjun eturauhassyöpäpotilaille. Tietyn magneettikuvauslaitteen T1/T2*-painotettuja kuvia ja tietokonetomografia (TT) -kuvia lantion alueesta vertailtiin keskenään, ja tulosten perusteella kehitettiin konversiotekniikka, joka muuntaa magneettikuvan intensiteettiarvot pseudo-Hounsfield yksiköiksi erikseen luu-segmentin sisä- ja ulkopuolella. Tekniikkaa käytettiin pseudo-TT-kuvien muodostamiseksi 15 eturauhassyöpäpotilaalle. Kuvien soveltuvuus sädehoidon suunnitteluun arvioitiin TT-kuvien kanssa suoritettujen vertailutestien avulla. Annosjakaumia analysoitiin esimerkiksi käyttämällä intensiteettimuokattua kaarihoitoa yhdessä Monte Carlo annoslaskenta-algoritmin kanssa. Kuvien käyttökelpoisuus kuvantaohjauksen referenssi-kuviksi tutkittiin kartiokeila-TT (KKTT) ja tasoröntgenkuva -pohjaisille lokalisointi menetelmille. Potentiaalinen luun reunan paikan kemiallinen siirtymä magneettikuvissa, sekä eri luuosien vaikutus absorboituneeseen säteilyannokseen määritettiin luu-liivate -testikohteen avulla. Pseudo-TT-kuvissa kudosten paikallinen Hounsfield yksiköiden epävarmuus oli keskimäärin 11 pehmytkudoksissa ja 99 luukudoksissa. Eturauhasen säteilyannostason erot pseudo-TT- ja TT-kuvien välillä olivat -1.0%–0.8%. Lisäksi, 79%–100% annoslaskentapisteistä lantion alueella täyttivät 1 mm and 1% 2D gamma-indeksi -kriteerit kuvien välillä. Suurin ero annosjakaumassa luiden takana yhtä 6 MV säteilykenttää käytettäessä oli 1.3%. Magneettikuvissa luun reunan paikka oli esitetty oikein 1 mm pikselikoon tarkuudella, mutta kukin 1 mm -kokoinen systemaattinen virhe luiden segmentoinnissa aiheutti ~0.4% muutoksen eturauhaseen laskettuun säteilyannostasoon pseudo-TT-kuvissa. Keskipoikkemat automaattisten KKTT-pseudo ja KKTT-TT -kuvarekisteröintien välillä olivat ≤1.0 mm and ≤0.7°. Vastaavat erot tasolokalisointikuvien perusteella (referenssinä pseudo-TT- ja TT-kuvista digitaalisesti rekonstruktuoidut röntgenkuvat) suoritetuissa manuaalisissa rekisteröinneissä olivat ≤1.0 mm (kV) and ≤1.7 mm (MV). Tämä työ osoittaa, että on mahdollista muodostaa heterogeeninen pseudo-TT-kuva lantion alueesta muuntamalla magneettikuvan intensiteettiarvot pseudo-Hounsfield yksiköiksi, ja että kyseistä kuvaa käyttämällä sädehoidon annoslaskennassa ja kuvantaohjauksessa, kaikki eturauhassyöpäpotilaiden magneettikuvaus -pohjaisen sädehoidon suunnitteluketjun työvaiheet voidaan suorittaa tarkasti nykyaikaisen sädehoidon edellyttämillä menetelmillä. fi
dc.format.extent 66 + app. 52
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.publisher Aalto University en
dc.publisher Aalto-yliopisto fi
dc.relation.ispartofseries Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS en
dc.relation.ispartofseries 35/2015
dc.relation.haspart [Publication 1]: J. Korhonen, M. Kapanen, J. Keyriläinen, T. Seppälä, L. Tuomikoski, and M. Tenhunen; “Absorbed doses behind bones with MR image-based dose calculations for radiotherapy treatment planning,” Med. Phys. 40(011701), 1-10 (2013). DOI: 10.1118/1.4769407
dc.relation.haspart [Publication 2]: J. Korhonen, M. Kapanen, J. Keyriläinen, T. Seppälä, and M. Tenhunen; “A dual model HU conversion from MRI intensity values within and outside of bone segment for MRI-based radiotherapy treatment planning of prostate cancer,” Med. Phys. 41(011704), 1-13 (2014). DOI: 10.1118/1.4842575
dc.relation.haspart [Publication 3]: J. Korhonen, M. Kapanen, J. Keyriläinen, T. Seppälä, L. Tuomikoski, and M. Tenhunen; “Influence of MRI-based bone outline definition errors on external radiotherapy dose calculation accuracy in heterogeneous pseudo-CT images of prostate cancer patients;” Acta Oncol. 53(8), 1100-1106 (2014). DOI: 10.3109/0284186X.2014.929737
dc.relation.haspart [Publication 4]: J. Korhonen, M. Kapanen, J.-J. Sonke, L. Wee, E. Salli, J. Keyriläinen, T. Seppälä, and M. Tenhunen; “Feasibility of MRI-based reference images for image-guided radiotherapy in the pelvis with either cone-beam computed tomography or planar localization images,”Acta Oncol. Ahead of print, 1-7 (2014). DOI: 10.3109/0284186X.2014.958197
dc.subject.other Electrical engineering en
dc.subject.other Medical sciences en
dc.title Magnetic resonance imaging -based radiation therapy - Methods enabling the radiation therapy treatment planning workflow for prostate cancer patients by relying solely on MRI-based images throughout the process en
dc.title Magneettikuvaus -pohjainen sädehoito fi
dc.type G5 Artikkeliväitöskirja fi
dc.contributor.school Sähkötekniikan korkeakoulu fi
dc.contributor.school School of Electrical Engineering en
dc.contributor.department Sähkötekniikan ja automaation laitos fi
dc.contributor.department Department of Electrical Engineering and Automation en
dc.subject.keyword MRI-based RT en
dc.subject.keyword radiotherapy en
dc.subject.keyword treatment planning en
dc.subject.keyword magnetic resonance imaging en
dc.subject.keyword sädehoito fi
dc.subject.keyword sädehoidon suunnittelu fi
dc.subject.keyword magneettikuvaus fi
dc.subject.keyword eturauhassyöpä fi
dc.identifier.urn URN:ISBN:978-952-60-6124-5
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.contributor.supervisor Sepponen, Raimo, Prof., Aalto University, Department of Electrical Engineering and Automation, Finland
dc.opn Greer, Peter, Prof., University of Newcastle, Department of Radiation Oncology / Physics, Australia
dc.contributor.lab Health Technology en
dc.rev Nyholm, Tufve, PhD, Umeå University, Department of Radiation Sciences, Sweden
dc.rev Stanescu, Teo, PhD, University of Toronto, Department of Radiation Oncology, Canada
dc.date.defence 2015-04-30


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account