Validación del registro deformable de imágenes en radioterapia adaptativa

Abstract

En los últimos años, una de las áreas de mayor interés en la radioterapia ha sido la radioterapia adaptativa (ART), siendo la forma más versátil y eficiente de realizarla utilizar el registro de imágenes deformable (DIR). Este se basa en crear un campo de deformación vectorial entre dos imágenes, que permite relacionar los vóxels de una imagen con la otra. Una de las grandes dificultades para implementar la ART en los centros hospitalarios es la dificultad para validar si el algoritmo de DIR relaciona correctamente las dos imágenes que queremos registrar deformablemente. En esta tesis se pretende validar el algoritmo hibrido del sistema de planificación computarizada (TPS) RayStation (v.4.0.1.4, RaySearch Laboratories AB, Stockholm, Sweden), para dos diferentes localizaciones (cabeza y cuello y próstata), donde, por sus diferentes características anatómicas, se abordan desde diferentes métodos. Para los pacientes con cáncer de cabeza y cuello, para validar el algoritmo se utilizan (1) las distancias entre puntos de interés (POI) en la tomografía computarizada (TC) y (2) los POIs seleccionados en las mimas áreas y proyectados desde las imágenes de tomografía computarizada de haz cónico (CBCT). Para determinar, en términos de dosis absorbida, la incertidumbre del DIR, se utiliza la propiedad de consistencia inversa (IC). Un algoritmo DIR con IC se define como aquel que, cuando se realiza un registro deformable entre dos imágenes, independientemente de si se deforma una imagen o la otra, el resultado del campo de deformación es exactamente igual. Por ello, en primer lugar, se determinó la precisión del algoritmo híbrido del TPS mediante la colocación de POIs sobre características anatómicas en las imágenes del CT y CBCT de cinco pacientes con cáncer de cabeza y cuello. En segundo lugar, se desarrolló un método para estimar la implicación de estas distancias en la dosis absorbida de las estructuras de interés utilizando la propiedad IC del algoritmo de DIR. El método se realizaba proyectando las estructuras desde la imagen de CT a una imagen de CBCT, luego se proyectaron de vuelta al CT, y este proceso se repitió dos veces, por lo que en total se deformaron cuatro veces. Con este método se comparó la dosis absorbida recibida por las estructuras contorneadas en la TC por el médico, y las estructuras que fueron cuádruplemente deformadas por el algoritmo híbrido DIR. Para los pacientes de cáncer de próstata, se validó de nuevo el algoritmo hibrido en términos de valores del histograma dosis-volumen (DVH) para la arco-terapia modulada volumétrica (VMAT). En este caso, se seleccionaron veinte pacientes con cáncer de próstata, cada uno con 15 sesiones hipofraccionadas de VMAT, utilizando un total de 20 TC y 180 CBCT. Se determinó la incertidumbre del DIR, con, o sin, la utilización ROIs para guiar el algoritmo, comparando el DVH de los ROI originales, con los ROIs corregidas y proyectadas desde de cada CBCT. Con la utilización de este método como base, también se desarrolló un software propio para determinar la incertidumbre en el proceso de radioterapia adaptativa (ART). Para la estimación de la incertidumbre en distancias de los pacientes de cabeza y cuello, la precisión del algoritmo, estimada mediante el método de distancias entre puntos, fue 1,7 ± 0,8 mm (k = 1). La distancia promedio obtenida con el método de IC, en el cual se deforman cuatro veces los puntos, fue de 1,7 ± 0,9 mm. Es decir, la diferencia en distancias entre aplicar dos veces el método IC, y la diferencia en distancias entre los puntos (método para validar en distancias el TPS) no fue significativa. Esto nos permite obtener los resultados en termino de dosis absorbida mediante el método IC, y se muestran pocas variaciones en los DVH cuando se comparan las estructuras originales y cuádruplemente deformadas. En la localización de próstata, los resultados de las pruebas de Wilcoxon mostraron una diferencia significativa en todas las estructuras si se utilizan, o no, las ROIs de control. Los resultados para próstata fueron mejores para la media, la desviación estándar y el máximo y mínimo cuando se utilizan las ROIs de control. Como conclusión, podemos señalar que este algoritmo es útil para la planificación de tratamientos de radiación adaptativa utilizando CBCT en pacientes con cáncer de cabeza y cuello, aunque la incertidumbre incluida por el algoritmo debe tenerse en cuenta al tomar una decisión clínica para adaptar el plan de tratamiento del paciente. Para los pacientes con cáncer de próstata, el algoritmo debe utilizarse con precaución cuando no se utilicen las ROIs de control. Por lo tanto, aconsejamos utilizar este u otro método de validación del DIR para cuantificar las incertidumbres en cada paciente en el que se va a aplicar ART.