Consistent anatomy registration for lung cancer adaptive radiation therapy

肺癌适应性放射治疗的一致解剖配准

基本信息

  • 批准号:
    8438590
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 32.67万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-02-01 至 2018-01-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Safely escalating the radiation dose to locally-advanced non-small cell lung cancer patients to improve local tumor control and survival remains a challenge due to the numerous types and large magnitude of day-to-day geometric change in these patients. Deformable image registration (DIR) has emerged as a powerful tool for day-to-day mapping of target and risk structures and assessing the cumulative delivered dose to guide adaptation of the treatment plan to mitigate geometric changes. However, change in tissue and organ character - tissue formation, disintegration, and change of tissue condition between healthy and diseased - during the treatment course violates the fundamental principles upon which current DIR algorithms are based. Tissue character changes are common in lung cancer, due to primary tumor and involved lymph node mass changes in response to therapy and formation, resolution, or progression of partially collapsed lung, pleural fluid, and other associated pathologies. Tissue character changes are the type of geometric change most susceptible to delivery errors, the most likely to benefit from plan adaptation, and the most common site of failure of current DIR algorithms. Consequently, failure of DIR introduces error into the adaptive radiotherapy process, limiting the ability to safely escalate the radiation dose. We propose to develop and evaluate a new type of DIR algorithm designed to perform accurately under the difficult conditions of tumor and lung tissue character change. The algorithm is specifically designed to identify and register regions of anatomy consistent in shape and tissue character from day to day, while ignoring regions of variable character (such as collapsed lung and tumor) in the registration, and reconstructing deformation in the pathological regions using the measured deformation of the adjacent, consistent anatomical features. The project will be accomplished in three specific aims. In specific aim 1, consistent anatomy registration will be developed and validated against a database of fan beam CT images of breath hold and free-breathing lung cancer patients undergoing image- guided radiation therapy. In specific aim 2, we will extend consistent anatomy registration to cone beam CT images to enable rapid estimation of tissue location and delivered dose with the patient in the treatment position. In specific aim 3, the impact of DIR error on the ability to accurately adapt the treatment plan will be measured for consistent anatomy registration and for conventional DIR, for a variety of forms of adaptive radiotherapy. This project will provide the radiation therapy community with accurate DIR to support adapting the radiation therapy treatment plan to geometric change in locally-advanced non-small cell lung cancer.
描述(由申请人提供):由于局部晚期非小细胞肺癌患者的类型众多且每日几何变化幅度较大,安全地增加局部晚期非小细胞肺癌患者的放射剂量以改善局部肿瘤控制和生存仍然是一个挑战。这些病人。可变形图像配准 (DIR) 已成为一种强大的工具,可用于日常绘制目标和风险结构并评估累积剂量,以指导调整治疗计划以减轻几何变化。然而,治疗过程中组织和器官特征的变化(组织形成、分解以及健康与患病之间组织状况的变化)违反了当前 DIR 算法所依据的基本原理。组织特征变化在肺癌中很常见,这是由于原发肿瘤和涉及的淋巴结肿块对治疗的反应以及部分塌陷的肺、胸膜液和其他相关病理的形成、消退或进展而发生的变化。组织特征变化是最容易受到交付错误影响的几何变化类型,最有可能从计划调整中受益,也是当前 DIR 算法最常见的失败部位。因此,DIR 的失败会给自适应放射治疗过程带来错误,限制安全增加辐射剂量的能力。 我们建议开发和评估一种新型 DIR 算法,旨在在肿瘤和肺组织特征变化的困难条件下准确执行。该算法专门设计用于识别和注册每天形状和组织特征一致的解剖区域,同时在注册中忽略变化特征的区域(例如塌陷的肺和肿瘤),并使用测量相邻、一致的解剖特征的变形。该项目将实现三个具体目标。在具体目标 1 中,将针对接受图像引导放射治疗的屏气和自由呼吸肺癌患者的扇形束 CT 图像数据库开发和验证一致的解剖学配准。在具体目标 2 中,我们将一致的解剖配准扩展到锥形束 CT 图像,以便能够快速估计组织位置并在患者处于治疗位置时提供剂量。在具体目标 3 中,将测量 DIR 误差对准确调整治疗计划的能力的影响,以实现一致的解剖配准和常规 DIR、各种形式的自适应放射治疗。该项目将为放射治疗界提供准确的 DIR,以支持放射治疗计划适应局部晚期非小细胞肺癌的几何变化。

项目成果

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