An offline technique to evaluate residual motion of the diaphragm during deep inspiratory breath-hold from cone-beam CT datasets
Creators
- 1. Mannheim Medical Center, University of Heidelberg, Department of Radiation Oncology, Mannheim (Germany)
- 2. Az. Ospedaliero-Universitaria di Modena, Struttura Complessa di Radioterapia, Dipartimento die Oncologia, Modena (Italy)
Description
In radiation therapy, the computer-assisted deep inspiration breath-hold (DIBH) technique is one approach to deal with respiratory motion of tumors in the lung, liver, or upper abdomen. However, inter- and intra-breath-hold deviations from an optimal static tumor position might occur. A novel method is presented to noninvasively measure the diaphragm position and thus estimate its residual deviation (as surrogate for the tumor position) based on cone-beam computed tomography (CBCT) projection data using active breathing control during acquisition. The diaphragm dome (DD) position relative to the isocenter of a linear accelerator is known from the static (DIBH) planning CT. A ball-bearing phantom (BB) is placed at this position, a CBCT dataset is acquired, and in each projection the position of the projected BB is determined automatically based on thresholding. The position of the DD is determined manually in CBCT projections of a patient. The distance between DD and BB (ideal static setting) in craniocaudal direction is calculated for a given angle based on the distance in the projection plane and the relative position of the BB referring to the source and the detector. An angle-dependent correction factor is introduced which takes this geometrical setting into account. The accuracy of the method is assessed. The method allows a CBCT projection-based estimation of the deviation between the DD and its optimal position as defined in the planning CT, i.e., the residual motion of the DD can be assessed. The error of this estimation is 2.2 mm in craniocaudal direction. The developed method allows an offline estimation of the inspiration depth (inter- and intra-breath-hold) over time. It will be useful as a reference for comparison to other methods of residual motion estimation, e.g., surface scanning. (orig.)
Availability note (English)
Available from: http://dx.doi.org/10.1007/s00066-018-1313-3Abstract (German)
In der Strahlentherapie bietet die Technik des computergestuetzten inspiratorischen Atemanhalts (''deep-inspiratory-breath-hold'', DIBH) einen Ansatz, um mit atmungsbedingter Bewegung von Lunge, Leber oder oberem Bauchraum umzugehen. Dennoch koennen Abweichungen von der optimalen statischen Tumorposition vorkommen (''inter-'' und ''intra-breath-hold''). Eine neue nichtinvasive Methode wird vorgestellt, um die Zwerchfellposition und damit dessen Restbewegung (als Surrogat der Tumorposition) auf Basis von Cone-beam-Computertomographie(CBCT)-Projektionen, die unter aktiver Atemkontrolle aufgenommen wurden, zu bestimmen. Die Position der Zwerchfellkuppel (''diaphragm dome'', DD) relativ zum Isozentrum eines Linearbeschleunigers ist aus dem statischen (DIBH) Planungs-CT bekannt. Ein Ball-Bearing-Phantom (BB) wird an dieser Stelle platziert, ein CBCT-Datensatz aufgenommen und in jeder Projektion die projizierte BB-Position automatisch per Schwellwert bestimmt. Die DD-Position wird manuell in den CBCT-Projektionen bestimmt. Der Abstand zwischen DD und BB (ideale statische Situation) in kraniokaudaler Richtung wird fuer einen gegebenen Winkel auf Basis des Abstands in der Projektionsebene und der relativen Position des BB bezueglich der Quelle und des Detektors berechnet. Ein winkelabhaengiger Korrekturfaktor wird eingebracht, der dieses geometrische Setting beruecksichtigt. Die Genauigkeit der Methode wird untersucht. Die Methode erlaubt eine Einschaetzung der Abweichung zwischen DD und dessen optimaler Position auf Basis von CBCT-Projektionen; die DD-Restbewegung kann also abgeschaetzt werden. Der Fehler dieser Schaetzung liegt bei 2,2 mm in kraniokaudaler Richtung. Die entwickelte Methode ermoeglicht eine Offline-Schaetzung der Restbewegung unter DIBH (''inter-'' und ''intra-breath-hold'') und kann beim Vergleich mit anderen Methoden zur Schaetzung der Bewegung (z. B. Oberflaechenscan) als Referenz verwendet werden. (orig.)Additional details
Identifiers
Publishing Information
- Journal Title
- Strahlentherapie und Onkologie
- Journal Volume
- 194
- Journal Issue
- 9
- Journal Page Range
- p. 855-860
- ISSN
- 0179-7158
- CODEN
- STONE4
INIS
- Country of Publication
- Germany
- Country of Input or Organization
- Germany
- INIS RN
- 49084688
- Subject category
- S62: RADIOLOGY AND NUCLEAR MEDICINE;
- Descriptors DEI
- BEAM PROFILES; CARCINOMAS; COMPARATIVE EVALUATIONS; COMPUTERIZED TOMOGRAPHY; DIAPHRAGM; ERRORS; EXTERNAL BEAM RADIATION THERAPY; LINEAR ACCELERATORS; LUNGS; MOTION; PATIENTS; PLANNING; POSITIONING; RESPIRATION
- Descriptors DEC
- ACCELERATORS; BODY; DIAGNOSTIC TECHNIQUES; DISEASES; EVALUATION; MEDICINE; MUSCLES; NEOPLASMS; NUCLEAR MEDICINE; ORGANS; RADIOLOGY; RADIOTHERAPY; RESPIRATORY SYSTEM; THERAPY; TOMOGRAPHY