title: Clinical implementation of deformable image registration with focus on proton dose re-computation based on cone beam CT information
Creators: name: De Leon, Angelica Myriam
Publisher: name: TU Wien
Year: 2021
Subjects: subject: Medizinphysik
subject: Protonentherapie
subject: Cone beam CT
subject: medical physics
subject: proton therapy
subject: cone beam CT

description: Der derzeitige Arbeitsablauf der Protonentherapie bei Med Austron umfasst regelmäßige Kontroll-CTs (cCT), um anatomische Veränderungen zu erkennen. Auf dem cCT müssen ROIs angepasst, und die Dosis neu berechnet werden, damit sie mit der ursprünglichen Dosis auf dem Planungs-CT verglichen werden kann. Durch den Vergleich von Planungsparametern wie Dosisstatistiken, Dosis-Volumen-Histogrammen und klinischen Zielen entscheiden Experten, ob eine Neuplanung erforderlich ist oder nicht. Bei häufigen Neuplanungen kann diese Methode sehr zeitaufwändig sein, weshalb ein optimierter Arbeitsablauf erforderlich ist. In dieser Studie wird untersucht, ob die aus einem CBCT gewonnenen Bildinformationen in Kombination mit deformierbarer Bildregistrierung (DIR) ausreichen, um eine Entscheidung zu treffen, die normalerweise auf der Grundlage des cCT getroffen worden wäre. Die Verwendung eines CBCT anstelle eines cCT würde eine geringere Patientendosis und eine kürzere Aufnahmezeit bedeuten. Zudem kann die Verwendung von DIR den Prozess der Plananpassung bei MedAustron beschleunigen, da sich das CBCT im Behandlungsraum befindet, das CT jedoch nicht. Um diesen Ansatz zu beweisen, wurde ein verbesserter Arbeitsablauf erdacht und die Leistung von 2 verschiedenen DIR-Einstellungen in diesem Arbeitsablauf untersucht. Beide Einstellungen der hybriden DIR der RayStation schnitten zu schlecht ab, um in der klinischen Routine eingesetzt werden zu können. Einschränkungen des Algorithmus wurden vor allem im Bereich der Artefakte und bei auftauchendem und verschwindendem Gewebe festgestellt. Außerdem traten aufgrund der unterschiedlichen Knochenrekonstruktionen von CT und CBCT Knochendeformationen auf, da die Knochen auf CBCTs dicker dargestellt wurden als auf CTs. Damit DIR in der klinischen Routine eingesetzt werden kann, sind in Zukunft weitere Leitlinien und Empfehlungen der Forschungsgesellschaft erforderlich.
description: The current proton therapy workow at MedAustron includes regular control CTs (cCT) in order to detect anatomical changes. On the control CT ROIs need to be adapted, and the dose has to be re-computed so that it can be compared to the original dose on the planning CT. By comparing planning parameters like dose statistics, dose volume histograms and clinical goals, experts decide whether re-planning is necessary or not. In case of frequent re-planning this method can be quite time consuming, why the need of a more optimized workow has arisen.This study investigates, if the image information obtained from a CBCT, in combination with deformable image registrtation (DIR), is sufficient to take a decision, which normally would have been taken based on the cCT. Taking a CBCT instead of a cCT would imply less patient dose, shorter acquisition time, and the use of DIR could accelerate the process of plan adaptation at MedAustron, as the CBCT is located in the treatment room, whereas the CT is not. To prove this approach, an improved workow was thought of and the performance of two different DIR settings was examined throughout this workflow. Both settings of the hybrid DIR of RayStation performed too poorly, to be used in the clinical routine yet. Limitations of the algorithm were especially found in the area of artifacts and for appearing and disappearing tissues. Further, due to different bone re-constructions of CT and CBCT, bone deformations occured because bones were represented thicker on CBCTs than on CTs. For DIR to be implemented in the clinical routine, further guidelines and recommendations provided by the research society are needed in the future.