Cherenkov Imaged Bio-morphological Features Verify Patient Positioning with Deformable Tissue Translocation in Breast Radiotherapy

要約

位置決めエラーは治療結果に大きな影響を与える可能性があるため、正確な患者の位置決めは放射線治療の線量を正確に照射するために非常に重要です。
この研究では、分割乳がん放射線治療中のチェレンコフ画像解析を通じて局所領域の組織変形を追跡する新しい方法を紹介します。
主な目標は、チェレンコフベースの局所位置精度定量化、特に放射線治療における理想的な定量化方法が欠けている局所領域変形向けのアルゴリズムを開発およびテストすることでした。
血管の検出とセグメンテーションは、段階的に移動する組織ファントムを使用してチェレンコフ画像で開発され、その後、ヒト患者 (n=10) の分割全乳房放射線療法の画像に適用されました。
剛体と非剛体を組み合わせた位置合わせ技術を使用して、分数間および分数内の位置決め変動を検出しました。
このアプローチは、2 つの部分で位置決めの変動を定量化しました。1 つは剛体位置合わせからの全体的なシフト、もう 1 つは非剛体位置合わせからの局所領域変形の 2 次元変化マップです。
この方法論は、擬人化胸部ファントム実験を使用して検証されました。この実験では、既知の治療台の移動と呼吸運動をシミュレートして、分数内および分数内の不確実性を評価し、最大 20 mm の寝台移動で平均 0.83 mm の精度が得られました。
10人の乳がん患者からの臨床チェレンコフデータの分析では、最初のフラクションと比較してフラクション間の設定の変動が3.7プラスマイナス2.4mm、局所領域の変形（95パーセンタイル）が最大3.3プラスマイナス1.9mmであることが示されました。
この研究は、グローバルおよびローカルの位置変動を定量化するためのチェレンコフベースのアプローチを提示し、従来のイメージング技術では捉えることができない局所領域の変形に対処する実現可能性を実証しています。

要約(オリジナル)

Accurate patient positioning is critical for precise radiotherapy dose delivery, as positioning errors can significantly affect treatment outcomes. This study introduces a novel method for tracking loco-regional tissue deformation through Cherenkov image analysis during fractionated breast cancer radiotherapy. The primary goal was to develop and test an algorithm for Cherenkov-based regional position accuracy quantification, specifically for loco-regional deformations, which lack ideal quantification methods in radiotherapy. Blood vessel detection and segmentation were developed in Cherenkov images using a tissue phantom with incremental movements, and later applied to images from fractionated whole breast radiotherapy in human patients (n=10). A combined rigid and non-rigid registration technique was used to detect inter- and intra-fractional positioning variations. This approach quantified positioning variations in two parts: a global shift from rigid registration and a two-dimensional variation map of loco-regional deformation from non-rigid registration. The methodology was validated using an anthropomorphic chest phantom experiment, where known treatment couch translations and respiratory motion were simulated to assess inter- and intra-fractional uncertainties, yielding an average accuracy of 0.83 mm for couch translations up to 20 mm. Analysis of clinical Cherenkov data from ten breast cancer patients showed an inter-fraction setup variation of 3.7 plus minus 2.4 mm relative to the first fraction and loco-regional deformations (95th percentile) of up to 3.3 plus minus 1.9 mm. This study presents a Cherenkov-based approach to quantify global and local positioning variations, demonstrating feasibility in addressing loco-regional deformations that conventional imaging techniques fail to capture.

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