Commissioning of MRI-only simulation for radiotherapy planning in pelvis
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Science |
Licentiate thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2019
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
41+32
Series
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.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.Description
Supervisor
Ilmoniemi, RistoThesis advisor
Keyriläinen, JaniKiljunen, Timo
Pesola, Marko
Keywords
radiation therapy, sädehoito, MRI, commissioning
Other note
Parts
-
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 View at publisher
-
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 View at publisher
-
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 View at publisher