Commissioning of MRI-only simulation for radiotherapy planning in pelvis

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Keyriläinen, Jani
dc.contributor.advisor Kiljunen, Timo
dc.contributor.advisor Pesola, Marko
dc.contributor.author Kemppainen, Reko
dc.date.accessioned 2020-02-14T10:12:16Z
dc.date.available 2020-02-14T10:12:16Z
dc.date.issued 2019
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/43153
dc.description.abstract Modern radiation therapy delivery techniques enable ever conformal delivery of the radiation increasing the likelihood for successful treatment and reducing complications in nearby healthy tissue. In order to improve the treatment outcomes, in addition to advanced radiation delivery techniques, more accurate knowledge about the location and spread of both disease and organs at risk (OAR) is needed. Thus, the use of magnetic resonance imaging (MRI) has increased substantially during recent years. In MRI, the contrast resolution for soft tissue is superior compared to other imaging modalities enabling precise target definition and contouring of the OARs. Currently, the use of MRI in radiation therapy is based on co-registration of the images facilitating the use of the information provided by MRI while computed tomography (CT) is used for dose computation and as a reference image for patient positioning. Unfortunately, the dual modality workflow is laborious and cost inefficient. In addition, the co-registration uncertainty propagates to treatment uncertainty causing systematic error. During recent years several research groups have published methods enabling the generation of so-called synthetic CT (sCT). It can be used like traditional CT for density information in dose computation and as positioning reference images. The use of sCT enables external beam radiation therapy workflow using only MR imaging. In this work we studied the commissioning and accuracy of MRI-only workflow for external beam radiation therapy (EBRT) of pelvic malignancies. The commissioning test shall cover all steps in the radiation therapy workflow where geometric or dosimetric accuracy is affected by the substitution of the CT by the sCT. In publications I and III, we assessed the dosimetric accuracy of sCT images in pelvis by comparing to dose distributions computed using CT images. In publications II and III, we studied the patient positioning accuracy when sCT images are used as reference images. In addition, in publications I and III we evaluated the impact of geometric distortions to the total accuracy of MRI-only workflow. According to our results, the use of studied sCT method is sufficiently accurate for clinical use for pelvic indications. In addition, image-guided radiation therapy based on MR images is accurate enough so that the total geometric accuracy improves compared to current CT based work-flow. en
dc.description.abstract Modernit sädehoitotekniikat mahdollistavat yhä tarkemman kohteenmukaisen sädehoidon antamisen, mikä lisää hoidon onnistumisen todennäköisyyttä ja vähentää komplikaatioita ympäröivissä terveissä kudoksissa. Parempiin hoitotuloksiin pääsemiseksi sädehoidossa tarvitaan kuitenkin, kehittyneiden hoitotekniikoiden lisäksi, yhä tarkempaa tietoa hoitokohteen ja riskielinten sijainnista. Tämän takia ionisoimattoman säteilyn käyttöön perustuvan magneettikuvauksen (MK) käyttö on lisääntynyt voimakkaasti sädehoidossa viime vuosina. MK:ssa pehmytkudosten välinen kontrasti on muita kuvausmodaliteetteja parempi, mikä mahdollistaa tarkemman kohteen määrittelyn ja riskielinten rajauksen. Nykyinen käytäntö MK-kuvien osalta sädehoidossa perustuu tietokonetomografia- (TT) ja MK-kuvien rekisteröintiin, jolloin MK-kuvien antama lisäinformaatio voidaan hyödyntää, vaikka itse hoitokenttien annoslaskenta ja potilaan kohdistus on TT-kuviin perustuvaa. Kahden kuvausmoda-liteetin käytöstä aiheutuu ylimääräistä työtä ja kustannuksia. Lisäksi kuvien rekisteröintiin liittyvä virhe lisää epävarmuutta hoidon tarkkuudessa. Viime aikoina useat tutkimusryhmät ovat julkaisseet menetelmiä, joiden avulla on mahdollista muodostaa sädehoidon annoslaskennassa tarvittava tiheyskartta (laskennallinen TT-kuva) suoraan magneettikuvausta käyttäen. Näin sädehoito on mahdollista toteuttaa pelkän magneettikuvan perusteella, jolloin yllä mainitut kahden kuvausmodaliteetin käytöstä aiheutuvat ongelmat voidaan välttää. Tässä työssä tutkittiin MK-kuviin perustuvan laskennallisen TT-kuvan käyttöönottoa ja tarkkuutta lantion alueen ulkoisessa sädehoidossa. Käyttöönottotestien tulee kattaa kaikki sellaiset vaiheet, jossa MK-pohjainen suunnittelu vaikuttaa joko geometriseen tai dosimetriseen tarkkuuteen. Ensimmäisessä ja kolmannessa osatyössä tutkittiin mahdollisuutta käyttää MK:ta sädehoitopotilaiden lantion alueen annoslaskennassa säteilyn vaimennuskorjaukseen. Toisessa ja kolmannessa osatyössä määritettiin potilasasemoinnin epätarkkuus käytettäessä MK-pohjaista menetelmää vertaamalla perinteiseen TT-kuvaan pohjautuvaan menetelmään. Lisäksi ensimmäisessä ja kolmannessa osatyössä arvioitiin MK:n geometrisen vääristymän vaikutuksia kokonaistarkkuuteen. Tutkimuksen perusteella menetelmän käyttö lantion alueella on riittävän tarkka kliiniseen käyttöön. Lisäksi kuvantaohjattu sädehoito magneettikuvien pohjalta on riittävän tarkkaa, jotta potilaan asemointitarkkuus ei huonone suhteessa nykyiseen TT-pohjaiseen suunnitteluun. fi
dc.format.extent 41+32
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.publisher Aalto-yliopisto fi
dc.publisher Aalto University en
dc.relation.haspart Kemppainen R, Suilamo S, Tuokkola T, Lindholm P, Deppe MH, Keyriläinen J. Magnetic resonance-only simulation and dose calculation in external beam radiation therapy: a feasibility study for pelvic cancers. Acta Oncol. Taylor and Francis; 2017;56:792–8. DOI: 10.1080/0284186X.2017.1293290 en
dc.relation.haspart Kemppainen R, Vaara T, Joensuu T, Kiljunen T. Accuracy and precision of patient positioning for pelvic MR-only radiation therapy using digitally re-constructed radiographs. Phys. Med. Biol. IOP Publishing; 2018; 63:aaad21. DOI: 10.1088/1361-6560/aaad21 en
dc.relation.haspart Kemppainen R, Suilamo S, Ranta I, Pesola M, Halkola A, Eufemio A, Minn H., Keyriläinen J. Assessment of dosimetric and positioning accuracy of a magnetic resonance imaging-only solution for external beam radiotherapy of pelvic anatomy. Phys. Imaging Radiat. Oncol. Elsevier; 2019;11:1–8. DOI: 10.1016/j.phro.2019.06.001 en
dc.subject.other Biotechnology en
dc.subject.other Medical sciences en
dc.subject.other Physics en
dc.title Commissioning of MRI-only simulation for radiotherapy planning in pelvis en
dc.title Magneettikuvaukseen perustuvan sädehoidon suunnittelun käyttöönotto lantion alueella fi
dc.type G3 Lisensiaatintutkimus fi
dc.contributor.school Perustieteiden korkeakoulu fi
dc.contributor.school School of Science en
dc.contributor.department Neurotieteen ja lääketieteellisen tekniikan laitos fi
dc.contributor.department Department of Neuroscience and Biomedical Engineering en
dc.subject.keyword Radiation therapy en
dc.subject.keyword Sädehoito fi
dc.subject.keyword MRI en
dc.subject.keyword Commissioning en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-202001241752
dc.type.ontasot Licentiate thesis en
dc.type.ontasot Lisensiaatintyö fi
dc.contributor.supervisor Ilmoniemi, Risto
dc.rev Nikkinen, Juha
local.aalto.openaccess yes
dc.rights.accesslevel openAccess en
local.aalto.formfolder 2020_01_24_klo_12_20
local.aalto.archive yes


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