Patient Setup in Conformal Radiotherapy of Prostate Cancer by Registration of Ultrasound and Magnetic Resonance Images

Abstract

In conformal radiotherapy, beam set up and dose calculations are achieved using images obtained from computed tomography (CT) or magnetic resonance (MR). These images are taken before the treatment which is performed on several sessions on several weeks. At the beginning of each session, the patient has to be positioned on the treatment couch under the linear accelerator in the same position as during MR or CT imaging and planning, and the organs are assumed to be in the same place. Currently, the methods used for this repositioning are based on the external anatomy of the patient and suppose an immobility of the internal structures. In this study, we present a new approach, suited to the clinical practice, for the automatic repositioning of patient in prostate cancer radiotherapy. It is based on localisation by ultrasound images and optical stereolocalisation and on a matching with images regenerated in the planning volume. The method exploits a statistical model of the prostate to automatically extract its contours. The first tests in conditions of a radiotherapy session show that the method is able to obtain a patient setup with an accuracy of about 1.4 mm.En radiothérapie conformationnelle, le calcul des doses et des balistiques des faisceaux à appliquer pour irradier la tumeur se fait en se basant sur des images tomographiques (IRM ou scanner (TDM)) réalisées avant le traitement. Celui-ci dure plusieurs séances réparties sur plusieurs semaines. Au début de chaque séance le patient doit être installé sur la table de traitement dans les conditions initiales de planification. Actuellement, les méthodes les plus utilisées pour ce repositionnement se basent sur l'anatomie externe du patient et supposent une immobilité des organes internes. De ce fait, des marges d'erreurs sont prévues dans la définition des volumes pour prendre en considération ces mouvements et les erreurs du repositionnement. Ce travail présente une nouvelle approche, adaptée aux conditions cliniques, pour le repositionnement automatique du patient en radiothérapie de la prostate. Elle est basée sur un repérage temps réel par échographie et une mise en correspondance rapide et précise avec des images générées dans le volume de planification. La méthode exploite une modélisation statistique de la prostate pour extraire automatiquement ses contours. Les premiers tests de la méthode dans les conditions réelles d'une séance de radiothérapie montrent que le repositionnement peut être obtenu avec une précision de l'ordre de 1.4 mm