Image co-registration Deformable registration Radiotherapy Radiation Therapy software

1. Processi e Software per la Fusione
delle immagini: “Evidence” e
metodologie applicative
Gabriele Guidi
Medical Physics Dpt.
Az.Ospedaliero Universitaria di Modena
+39 059 422 5669
Guidi.Gabriele@policlinico.mo.it

2. NO CONFLICTS OF INTEREST TO DISCLOSE
Co-Funding:
• Italian Ministry of Health (MoH2010, GR-2010-2318757)
Dose warping methods for IGRT and Adaptive RT: dose accumulation based on organ
motion and anatomical variations of the patients during radiation therapy treatments
• Tecnologie Avanzate S.r.l. (Italy): Co-Partner of MoH2010, GR-2010-2318757

3. QUANTE E QUALI IMMAGINI………. PER LA FUSIONE…..
US
CT

4. ….DIFFERENZE TRA TEORIA E «EVIDENCE»
«Evidence»……Appropriatezza, efficacia ed efficienza clinica
Teoria, software e algoritmi….. Fisica, Matematica, Biologia, Genetica, Ingegneria…..

5. RAZIONALE : IMAGING, PROCESSI ED EVIDENZE
Image-Guided Radiation Therapy: A Refresher
D.A. Jaffray, ASTRO 2012
Imaging and cancer: a review;
Leonard Fassa . Molecular Oncology 2 (2008)
QUALI TIPI DI IMMAGINI?
QUALI VANTAGGI E SVANTAGGI?
QUALI PROBLEMATICHE?
QUALI PROCESSI ED EVIDENZE?
PERCHÉ LA FUSIONE?

6. QUALE ALGORITMO O SOFTWARE ?
(…..dubitate di chi dichiara di avere il migliore……..)

7. ….CORREVA L’ANNO 1998….. E SE NE PARLAVA….
Medical Image Analysis (1998) volume 2, number 1, pp 1–36
A survey of medical image registration
J. B. Antoine Maintz∗ and Max A. Viergever
Image Sciences Institute, Utrecht University Hospital, Utrecht, The Netherlands

8. MATEMATICAMENTE……… SIETE SICURI DI AVERE UN MIGLIORE?
Medical Dosimetry, vol. 33, no. 2, pp. 149-155, 2008
Multimodality image fusion and planning and dose
Delivery for radiation therapy. Cheng B
ALLINEAMENTO
PERFETTO
ALLINEAMENTO
IMPERFETTO
Robust Image Registration for improved clinical efficiency using local structure analysis
and model-based processing
Daniel Forsberg

9. MATEMATICAMENTE……… SIETE SICURI DI TROVARE UN MIGLIORE?
Image Fusion
Medical image fusion: A survey of the state of the art
Alex Pappachen James a,⇑, Belur V. Dasarathy b

10. MATEMATICAMENTE……… SIETE SICURI DI TROVARE SEMPRE LA STESSA SOLUZIONE?

11. 8/24/2015 11
…… PERCHÉ’ UTILIZZIAMO LA FUSIONE?
Mesothelioma
H-N
Lymphoma
Pancreas
Prostate
Radiosurgery
Craniospinal
PRATICA CLINICA … È UNA ROUTINE DI TUTTI I GIORNI
Re-Irradiation
Lung
Total Lymphoid Irradiation
Total Body Irradiation
Lung - SBRT Bilateral BreastMultiple Lesions
1. Per la definizione del volume bersaglio?
2. Perché i trattamenti sono sempre più
conformati?
3. Perché vogliamo fare AdaptiveRT?
4. Perché curiamo il setup del paziente?
5. Perché teniamo conto del movimento?
6. Perché meccanicamente o fisiologicamente
il paziente assume condizioni particolari?
7. ……………

12. 8/24/2015 12
Es. PET FUSION & CT EXHALE & CT INHALE …. PROBLEMI CELATI CHE LA FUSIONE POTREBBE FALSARE O RISOLVERE
4DCT vs. PET
(GTV4D= Red Contour)
4DCT vs CT with Max Inhale
(GTV Max Inhale=Yellow contour)
4DCT vs CT with Max Exhale
(GTV Max Exhale Green Contour)

13. QUANTE VARIABILI DI ERRORE E/O CO-REGISTRAZIONE ERRATA……..”EVIDENCE”
(ES. ARTEFATTI DA MOVIMENTO, PROTESI, VARIAZIONI DOSIMETRICHE DA RESPIRO, LEMBI CHIRURGICI ESPIANTATI)
Anatomy-Pathology
exam before formalin
Anatomy-Pathology
exam after formalin

14. ……….FORSE UN ERRORE CONCETTUALE……………?
(LAVORARE IN 4D NECESSITA DI CONCETTI 4D…. LA FUSIONE È UNA COSA DIVERSA)
4DCT (Fase Specifica) 4DCT (Fusione)

15. 8/24/2015 15
LA MATEMATICA E FISICA COMPLESSA CI AIUTA?
MA È SEMPRE VERA E REVERSIBILE…….………..ANCHE NEL CASO DI MOVIMENTO?

16. LE IMMAGINI ENTRANO IN UNA NUOVA ERA….FINITE ELEMENT METHODS

17. ….PROVIAMO AD ESSERE PIÙ SEMPLICI…..
FANTOCCI E DATI SPERIMENTALI VS. CLINICA REALE

18. COMPLEX CLINICAL CASES - RADIOSURGERY (AVMS CASES)
Imaging
Deformations
have some
challenges?

19. TOMOTHERAPY SKIN IRRADIATION
(E.G. HALF BODY IRRADIATION – TSI (TOTAL SKIN IRRADIATION)
Challenges:
•PTV Size (Very Thin Target (e.g. Skin)
•LIMITED FOV
Advantages with IGRT+Deformable Software: could be possible some tricks
Research in progress

20. Lung Dose Warping
(….possible but DVH Evaluation is not our goals or a good clinical parameter)…..
ORGAN MOTION DUE TO BREATHING PHASES
MIGHT HAVE MANY CHALLENGES
FUSION AND DOSE WARPING
ARE NOT PERFECT

21. Lung Deformable Vector Fields
Different Deformable options – Different results ….. Be careful, what you say to the doctors
LIMITED FOV
USE ALL BODY ANATOMY
FOCUS ON LUNG
FOCUS ON BONE STRUCTURES

22. DOSE WARPING – E.G. PAEDIATRIC PATIENTS

23. TBI DEFORMAZIONE IMMAGINE E STRUTTURE
(PROBLEMATICHE NASCOSTE E POSSIBILI ERRATE INTERPRETAZIONI
Posizionamento Differente
Deformazione immagine
(Possibile Artefatto!!)
Cavità aeree
(Possibile Artefatto!!)

24. PROSPETTIVE
IMAGING E FUSIONE APPLICATA AGLI STUDI DI BIOMECCANICA E ADAPTIVERT (ES. «PAROTIDI»)
1
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29
30
31
cm
N°CT
∆ Semilati delle parotidi a confronto
Parotide dx Parotide sx
SXDX
y = -0.01x
R² = 0.89
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
cm
N°CT
Parotide sx: ∆𝑠𝑒𝑚𝑖𝑙𝑎𝑡𝑖 = 𝑠𝑒𝑚𝑖𝑙𝑎𝑡𝑜 𝑛 − 𝑠𝑒𝑚𝑖𝑙𝑎𝑡𝑜1
y = -0.01x
R² = 0.95
-0.6
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
cm
N°CT
Parotide dx: ∆𝑠𝑒𝑚𝑖𝑙𝑎𝑡𝑖= 𝑠𝑒𝑚𝑖𝑙𝑎𝑡𝑜 𝑛 − 𝑠𝑒𝑚𝑖𝑙𝑎𝑡𝑜1
• PAROTIDI….. DEFORMABLE REGISTRATION
• MANDIBOLA ….. RIGID REGISTRATION
OGNI ORGANO NECESSITA DI SPECIFICI PROCESSI

25. In-silico Medicine

26. 8/24/2015 26
… MA ANCHE PATTERN GENETICI E/O FISIOLOGICI…..
……ANCHE PER QUESTI SARÀ NECESSARIA FUSIONE ED EVIDENCE?

27. «EVIDENCE»….NON TUTTO È ORO QUEL CHE LUCCICA…

28. CONCLUSIONI
…. PROVIAMO A CAPIRCI QUALCOSA, MA….
TEORIA VS. PRATICA VS. «EVIDENCE» ……. NON HO UNA RISPOSTA UNIVOCA!

29. 8/24/2015 29
CONCLUSIONI..... OPEN DISCUSSION
“That’s too much!!!”
(Praha 2009 : Tomotherapy Meeting)

30. GRAZIE PER L’ATTENZIONE....
Gabriele Guidi
Medical Physics Dpt.
Az.Ospedaliero Universitaria di Modena
+39 059 422 5669
Guidi.Gabriele@policlinico.mo.it
LELE
BERTONI
Dedicata al maestro……….