Απεικονιστικά Καθοδηγούμενη Ακτινοθεραπεία με χρήση Cone Beam Computed Tomography

Φραγκάκη, Θεοδώρα

Image Guided Radiotherapy with Cone Beam Computed Tomography

Μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία

Author

Φραγκάκη, Θεοδώρα

Date

2023-06-26

Advisor

Παππάς, Ευάγγελος

biomed_rad20017 (1.416Mb)

Keywords

Cone beam computed tomography ; Image guided radiotherapy ; Kv/mv cbct ; Iterative cbct ; Synthetic ct ; Deep learning ; Adaptive radiotherapy ; Artifacts

Abstract

Η χρήση της αξονικής τομογραφίας κωνικής δέσμης (Cone Beam Computed Tomography- CBCT) είναι η πιο διαδεδομένη τεχνική απεικόνισης στην απεικονιστικά καθοδηγούμενη ακτινοθεραπεία (Image Guided Radiotherapy- IGRT). Η τρισδιάστατη απεικόνιση της CBCT στην ακτινοθεραπεία βοηθάει στην επαλήθευση της θέσης του ασθενούς αλλά και του όγκου στόχου σε σχέση με τα υπόλοιπα όργανα. Ο σκοπός της παρούσας βιβλιογραφικής μελέτης είναι η ανασκόπηση των συστημάτων CBCT και η κατανόηση της λειτουργίας τους. Επιπλέον, στην μελέτη αυτή γίνεται αναφορά στους περιορισμούς της CBCT, όπου προκαλούν ασυνέπειες-σφάλματα στην απεικόνιση (artifacts), με σκοπό την κατανόηση αυτών έτσι ώστε να αποφευχθούν. Παράλληλα, προτείνονται νέες τεχνικές για την βελτιστοποίηση της ποιότητας της εικόνας, όπως είναι η συνδυαστική KV-MV CBCT, ο επαναληπτικός αλγόριθμος (Iterative CBCT- iCBCT) και η χρήση τεχνητής νοημοσύνης, για την δημιουργία συνθετικής υπολογιστικής τομογραφίας (synthetic CT- sCT) χρησιμοποιώντας δεδομένα από κλασικές αξονικές και CBCT. Ένας ακόμα προβληματισμός που θα αναφερθεί και θα μελετηθεί είναι η υπερακτινοβόληση της περιοχής που θα δεχτεί την ακτινοθεραπεία λόγω της επιπρόσθετης ακτινοβολίας από την CBCT. Τέλος, θα γίνει αναφορά της προσαρμοζόμενη ακτινοθεραπεία (Adaptive Radiotherapy- ART), που θεωρείται η εξέλιξη της IGRT, καθώς και ο ρόλος της CBCT σε αυτή. Για αυτήν την βιβλιογραφική μελέτη συλλέχθηκαν μόνο δημοσιευμένα άρθρα από το PubMed και το Google Scholar, όπως και οι εικόνες που χρησιμοποιήθηκαν για την επεξήγηση του κειμένου. Το αποτέλεσμα προήλθε από συνολικά 60 βιβλιογραφικές αναφορές. Το συμπέρασμα της παρούσας μελέτης είναι ότι η CBCT είναι ένα πολύτιμο εργαλείο στην ακτινοθεραπεία, όπου κάνοντας χρήση των σωστών παραμέτρων και χρησιμοποιώντας την εξέλιξη της τεχνολογίας για ενίσχυση της απεικόνισης, αυξάνει τις πιθανότητες επιτυχούς θεραπείας με τις ελάχιστα πιθανές παρενέργειες.

Abstract

The use of Cone Beam Computed Tomography (CBCT) is the most widely used imaging technique in Image Guided Radiotherapy (IGRT). The 3D imaging of CBCT in radiotherapy helps to verify the position of the patient and the target tumor in relation to other organs. The purpose of this literature study is to review CBCT systems and understand their function. Also, this study reports on the limitations of CBCT, where they cause inconsistencies – errors in imaging (artifacts), in order to understand them so that they can be avoided. In addition, new techniques are proposed to optimize the image quality, such as combined KV-MV CBCT, iterative CBCT (iCBCT) algorithm and the use of artificial intelligence to generate synthetic CT (sCT) using data from conventional CT and CBCT. Another concern that will be reported and studied is the hyper-irradiation of the treatment area due to the additional radiation from CBCT. Finally, adaptive radiotherapy (ART), which is considered the evolution of IGRT, and the role of CBCT in it will be discussed. For this literature study, only published articles from PubMed and Google Scholar were collected, as well as the images used to illustrate the text. The result was derived from a total of 60 literature references. The conclusion of this study is that CBCT is a valuable tool in radiotherapy, where by making use of the right parameters and using advances in technology to enhance imaging, it increases the chances of successful treatment with minimal side effects.