Enhanced megavoltage imaging for radiotherapy by light-field imaging of scintillators
通过闪烁体光场成像增强放射治疗兆伏电压成像
基本信息
- 批准号:9924560
- 负责人:
- 金额:$ 19.65万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2019
- 资助国家:美国
- 起止时间:2019-06-01 至 2022-03-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:3-DimensionalAdoptionAffectAlgorithmsAmericanAnatomyCancer ControlCancer PatientClinicalCrystallizationDepositionDetectionDevelopmentDiagnosticDoseEvaluationExposure toEyeFrequenciesGlassGoalsGoldImageImage AnalysisImaging DeviceImaging PhantomsLeadLightLinear Accelerator Radiotherapy SystemsLiverLungMalignant NeoplasmsMethodsModelingMonitorMotionNoiseNormal tissue morphologyOperative Surgical ProceduresOpticsPatient-Focused OutcomesPatientsPatternPhotonsPositioning AttributeProcessPropertyProstateRadiationRadiation therapyResolutionRoentgen RaysSeedsSiliconSkinSpecificitySystemTechniquesTestingTherapeuticThickThinnessTimeTissuesVisible RadiationWorkabsorptionalgorithm developmentbasebonecancer imagingcancer radiation therapycancer therapychemotherapyclinical practicecostdesigndetectordosimetryimage guided radiation therapyimage reconstructionimagerimprovedirradiationnanoparticlenovelnovel strategiesphoton-counting detectorquantumreconstructionresearch clinical testingsimulationtumor
项目摘要
With more than 50% of all patients receiving radiation therapy (RT) for the management of their
cancers, RT is an essential part of a successful cancer treatment. In recent years, the use of kV and
MV imaging has greatly increased due to the adoption of image-guided radiation therapy techniques.
Direct imaging of the tumor position while the MV treatment beam is ON has potential for improving
tumor targeting, leading to better patient outcomes and reduced irradiation of healthy tissues. An
alternative method employs real-time kV fluoroscopic tracking to perform 3D tumor-position tracking.
However, this method can only be used for short periods of time as excess imaging dose can quickly
exceed patient skin-dose tolerance levels.
MV electronic portal imaging devices (EPID) have the distinct advantage that they can avoid
this excess imaging dose by performing real-time tumor tracking using the actual MV treatment beam.
However, MV EPIDs generally suffer from poor image quality. Typically, a thin (<1 mm) layer of
scintillator is used to convert x-rays to visible light that is then detected by an array amorphous silicon
(aSi) photodectors. These thin scintillators have very low detective quantum efficiency (DQE) and lead
to images with poor contrast-to-noise ratios.
We propose to overcome the EPID contrast obstacle by increasing the photon detection layer
to 10-50mm using a transparent scintillator and then capturing its 4D light field using a specially
designed optical camera system. The hypothesis is that by analyzing the 4D light field captured
from a transparent scintillator, in-focus 2D planes along the MV beam direction can be
effectively reconstructed. As contrast is linearly proportional to absorption efficiency, and absorption
is linearly proportional to detector thickness, this technique has the potential to increase DQE by
an order of magnitude over conventional techniques. The aims of the proposal are:
Aim 1 – Development of algorithms for simulating and processing MV based light fields.
Aim 2 – Experimental evaluation of a MV based light field camera.
If successful, the approach will enable realtime and/or adaptive image-guided radiation therapy
without addition of untargeted kilovoltage dose.
超过 50% 的患者接受放射治疗 (RT) 来控制病情
近年来,使用 kV 和 RT 来治疗癌症,RT 是成功癌症治疗的重要组成部分。
由于采用图像引导放射治疗技术,MV 成像大大增加。
MV 治疗光束打开时肿瘤位置的直接成像具有改善的潜力
肿瘤靶向,带来更好的患者治疗效果并减少健康组织的照射。
另一种方法采用实时 kV 透视跟踪来执行 3D 肿瘤位置跟踪。
然而,这种方法只能在短时间内使用,因为过量的成像剂量会很快
超过患者皮肤剂量耐受水平。
MV 电子射野成像设备 (EPID) 具有明显的优势,可以避免
通过使用实际 MV 治疗光束进行实时肿瘤跟踪来消除多余的成像剂量。
然而,MV EPID 通常存在图像质量较差的问题,通常是薄层(<1 毫米)。
闪烁体用于将 X 射线转换为可见光,然后由阵列非晶硅检测到
(aSi) 光电探测器具有非常低的探测量子效率 (DQE) 和铅。
对比度与噪声比较差的图像。
我们建议通过增加光子检测层来克服 EPID 对比障碍
使用透明闪烁体到 10-50mm,然后使用特殊的捕获其 4D 光场
设计的光学相机系统的假设是通过分析捕获的4D光场。
从透明闪烁体,沿 MV 光束方向的聚焦 2D 平面可以是
由于对比度与吸收效率和吸收成线性比例。
与探测器厚度成线性比例,该技术有可能将 DQE 提高
比传统技术高出一个数量级 该提案的目标是:
目标 1 – 开发用于模拟和处理基于 MV 的光场的算法。
目标 2 – 基于 MV 的光场相机的实验评估。
如果成功,该方法将实现实时和/或自适应图像引导放射治疗
无需添加非目标千伏剂量。
项目成果
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