La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

Simulation des mouvements pulmonaires par morphing en vue de son exploitation en radiothérapie externe Institut FEMTO-ST – UMR 6174 Equipe IRMA (ENISYS/FEMTO-ST)

Présentations similaires


Présentation au sujet: "Simulation des mouvements pulmonaires par morphing en vue de son exploitation en radiothérapie externe Institut FEMTO-ST – UMR 6174 Equipe IRMA (ENISYS/FEMTO-ST)"— Transcription de la présentation:

1 Simulation des mouvements pulmonaires par morphing en vue de son exploitation en radiothérapie externe Institut FEMTO-ST – UMR 6174 Equipe IRMA (ENISYS/FEMTO-ST) Pôle Universitaire, 4 Place Lucien Tharradin BP MONTBELIARD cedex Tél Fax LAURENT Rémy Equipe IRMA Interaction Rayonnement - Matière Journées des LARD - Octobre /04/2014

2 Volume irradié Volume traité Volume-cible planifié (PTV) Mouvements des organes Mouvements des organes (Internal Target Volume ou ITV) Incertitudes de repositionnement Incertitudes de repositionnement Volume-cible clinique (CTV) Introduction (1) Rappel sur les volumes cibles 2 Organe à risque Volume tumoral macroscopique (GTV) Journées des LARD - Octobre /04/2014

3 Introduction (2) En RT, les techniques pour améliorer la balistique sont : En RT, les techniques pour améliorer la balistique sont : La radiothérapie guidée par limage (IGRT) La radiothérapie guidée par limage (IGRT) La radiothérapie asservie à la respiration (RAR) La radiothérapie asservie à la respiration (RAR) Systèmes spirométriques Systèmes spirométriques Système RPM (Real-time Position Management) Système RPM (Real-time Position Management) Scanner 4D Scanner 4D Détermination dune fenêtre temporelle dirradiation (« gating ») Détermination dune fenêtre temporelle dirradiation (« gating ») Mais… Mais… Contrainte pour le patient : Contrainte pour le patient : Blocage de la respiration Blocage de la respiration Pose de capteurs Pose de capteurs Dose délivrée supplémentaire Dose délivrée supplémentaire Incertitudes Incertitudes Précision du « gating » Précision du « gating » Artefacts cinétiques Artefacts cinétiques 3Journées des LARD - Octobre /04/2014

4 Introduction (3) Technique étudiée : le morphing Technique étudiée : le morphing Image source image cible Image source image cible Outil informatique appliqué à lusage médical Outil informatique appliqué à lusage médical Objectifs : Objectifs : Décrire le mouvement des organes par simulation avec le minimum dartefacts Décrire le mouvement des organes par simulation avec le minimum dartefacts Améliorer la radioprotection du patient Améliorer la radioprotection du patient Améliorer la balistique de lirradiation Améliorer la balistique de lirradiation Assurer que le maximum de dose est délivré dans la tumeur Assurer que le maximum de dose est délivré dans la tumeur Epargner le tissu sain Epargner le tissu sain 4Journées des LARD - Octobre /04/2014

5 Plan Présentation générale du morphing Présentation générale du morphing Définition et localisations Définition et localisations Les algorithmes Les algorithmes Le morphing 2D Le morphing 2D Description du premier algorithme Description du premier algorithme Résultats Résultats Description du second algorithme Description du second algorithme Résultats Résultats Le morphing 3D Le morphing 3D Contraintes liées à la 3D Contraintes liées à la 3D Descriptions des algorithmes Descriptions des algorithmes Résultats Résultats 5Journées des LARD - Octobre 2008 Présentation générale du morphing Présentation générale du morphing Définition et localisations Définition et localisations Les algorithmes Les algorithmes Le morphing 2D Le morphing 2D Description du premier algorithme Description du premier algorithme Résultats Résultats Description du second algorithme Description du second algorithme Résultats Résultats Le morphing 3D Le morphing 3D Contraintes liées à la 3D Contraintes liées à la 3D Descriptions des algorithmes Descriptions des algorithmes Résultats Résultats 18/04/2014

6 Présentation : le morphing Morphing : Morphing : Connaissance de limage source et cible Connaissance de limage source et cible Déformation progressive dune image Déformation progressive dune image Différentes transformations : Différentes transformations : Rigides : translations et rotations Rigides : translations et rotations Affines : + facteur déchelle anisotropique Affines : + facteur déchelle anisotropique Projectives : + effet de perspective Projectives : + effet de perspective Non-linéaires : nombre infini de degrés de liberté Non-linéaires : nombre infini de degrés de liberté 6Journées des LARD - Octobre /04/2014

7 Présentation : le morphing Morphing : Morphing : Connaissance de limage source et cible Connaissance de limage source et cible Déformation progressive dune image Déformation progressive dune image Différentes transformations : Différentes transformations : 7Journées des LARD - Octobre 2008 J. B. A. Maintz, M. A. Viergever. A survey of medical image registration. Medical Image Analysis. Vol. 2, issue 1, pp /04/2014

8 Les algorithmes Différents algorithmes Différents algorithmes Méthodes géométriques Méthodes géométriques + : rapidité + : rapidité - : perte dinformations - : perte dinformations Méthodes denses Méthodes denses + : aucune réduction dinformation + : aucune réduction dinformation - : complexité, temps de calcul - : complexité, temps de calcul Méthodes hybrides (peu utilisées) Méthodes hybrides (peu utilisées) Choix de léquipe IRMA : Choix de léquipe IRMA : Méthode géométrique Méthode géométrique Régularisation Régularisation 8Journées des LARD - Octobre /04/2014

9 Plan Présentation générale du morphing Présentation générale du morphing Définition et localisations Définition et localisations Les algorithmes Les algorithmes Le morphing 2D Le morphing 2D Description du premier algorithme Description du premier algorithme Résultats Résultats Description du second algorithme Description du second algorithme Résultats Résultats Le morphing 3D Le morphing 3D Contraintes liées à la 3D Contraintes liées à la 3D Description des algorithmes Description des algorithmes Résultats Résultats 9Journées des LARD - Octobre /04/2014

10 Morphing : Acquisition des données 10 Schéma dun signal RPM phase théorique 0%10%20%30%40%50% phase réelle 14%14%22%30%38%53% Problème dincertitudes Phase 0% = phase 10% Exemple pour lacquisition dune coupe Journées des LARD - Octobre /04/2014

11 Morphing : Différences En 2D : En 2D : Différence surfacique = [(Nb pxl) morph – (Nb pxl) 4D-CT ] / (Nb pxl) 4D-CT Différence surfacique = [(Nb pxl) morph – (Nb pxl) 4D-CT ] / (Nb pxl) 4D-CT ~ 7000 à 9000 pixels ~ 7000 à 9000 pixels En 3D : En 3D : Différence volumique = [(Nb vxl) morph – (Nb vxl) 4D-CT ] / (Nb vxl) 4D-CT Différence volumique = [(Nb vxl) morph – (Nb vxl) 4D-CT ] / (Nb vxl) 4D-CT ~ à voxels ~ à voxels 11Journées des LARD - Octobre /04/2014

12 Journées des LARD - Octobre 2008 Morphing 2D (1) : 1 er algorithme Données DICOM Données DICOM Algorithme de départ + gestion des contours 2D Algorithme de départ + gestion des contours 2D 12 Représentation simplifiée de lalgorithme de morphing 2D après 1 itération Représentation simplifiée de lalgorithme de morphing 2D après 2 itérations Représentation simplifiée de lalgorithme de morphing 2D : pixel de départ x y 18/04/2014

13 13Journées des LARD - Octobre /04/2014 Morphing 2D : Résultats (1) Coupe du poumon droit (z = -37,5 mm) Différence surfacique de 9,4% par rapport à P10 Différence de 9,8% par rapport à P20 Différence surfacique de 7,9% par rapport à P40

14 Morphing 2D : Résultats (1) 14 Superposition de la coupe du poumon droit (z = -37,5 mm) à la phase 10% et 20% (en blanc) à litération présentant le moins de différence avec elle (en rouge) Phase 10%Phase 20% Journées des LARD - Octobre /04/2014

15 Morphing 2D : Résultats (1) 15 Phase 40% Superposition de la coupe du poumon droit (z = -37,5 mm) à la phase 40% (en blanc) à litération présentant le moins de différence avec elle (en rouge) Journées des LARD - Octobre /04/2014

16 Morphing 2D : Résultats (2) Daprès les travaux dH. Masset (IRMA / FEMTO-ST) Tolérance élevée (33% max) pour la mesure de la phase Tolérance élevée (33% max) pour la mesure de la phase Différence surfacique inférieure à 11% pour lensemble du poumon Différence surfacique inférieure à 11% pour lensemble du poumon 16Journées des LARD - Octobre /04/2014

17 Morphing 2D : Problème ? Pertinence physiologique de la déformation ? Pertinence physiologique de la déformation ? Pour chaque itération Pour chaque itération 17 Transformation de la coupe du poumon droit (z = -37,5 mm) de P0 à P50 (512x512 pxl) Journées des LARD - Octobre /04/2014

18 Morphing 2D : Problème ? Pertinence physiologique de la déformation ? Pour chaque itération Pour chaque itération Pour le champ de déformation 18 Coupe du poumon droit avec le premier algorithme Même coupe du poumon droit avec le nouvel algorithme

19 Morphing 2D : Solutions Complexification de lalgorithme : Régularisation cinétique du champ de déformation Régularisation cinétique du champ de déformation Modification de la déformation Modification de la déformation assurer une déformation biologiquement possible assurer une déformation biologiquement possible 19Journées des LARD - Octobre /04/2014

20 Morphing 2D (2) : 2 nd algorithme Calcul de litération i+1 : Calcul de la « distance » (en pixel) entre le contour i et le contour final Calcul de la « distance » (en pixel) entre le contour i et le contour final Calcul de la moyenne des distances Calcul de la moyenne des distances Régularisation cinétique du champ de déformation Régularisation cinétique du champ de déformation P = (distance lue)/moyenne P = (distance lue)/moyenne Si P > 1 : Paramètre = contrainte x P Si P > 1 : Paramètre = contrainte x P Si (contrainte x P) > N : Param = N Si (contrainte x P) > N : Param = N Si P < 1 : Paramètre = contrainte ( = 1 ) Si P < 1 : Paramètre = contrainte ( = 1 ) 20Journées des LARD - Octobre /04/2014

21 Morphing 2D : schéma A B Illustration du calcul de la pondération du paramètre de déformation pour une coupe Journées des LARD - Octobre /04/2014

22 Morphing 2D : 2 nd algorithme Modification de la déformation : carrée circulaire 22 x y Représentation simplifiée de lalgorithme de morphing 2D pour une contrainte de 1 (pxl) Représentation simplifiée de lalgorithme de morphing 2D pour une contrainte de 2 (pxl) Représentation simplifiée de lalgorithme de morphing 2D : pixel de départ Journées des LARD - Octobre /04/2014

23 Morphing 2D : Application 2 nd algorithme : 2 nd algorithme : Calcul de la pondération Calcul de la pondération Nouvelle déformation Nouvelle déformation Paramètre par défaut = 1 Paramètre par défaut = 1 12 itérations 12 itérations 30 pour le premier algorithme 30 pour le premier algorithme => plus rapide => plus rapide 23 transformation de la coupe du poumon droit (z = -37,5 mm) de P0 à P50 (512x512 pxl) Journées des LARD - Octobre /04/2014

24 Journées des LARD - Octobre /04/2014 Morphing 2D : Résultats 24 Coupe du poumon droit (z = -37,5 mm) Différence surfacique de 10,3% par rapport à P10 Différence de 10,7% par rapport à P20 Différence surfacique de 7,9% par rapport à P40

25 Morphing 2D : Résultats 25 Superposition de la coupe du poumon droit (z = -37,5 mm) à la phase 10% et 20% (en blanc) à litération présentant le moins de différence avec elle (en rouge) Phase 10%Phase 20% Journées des LARD - Octobre /04/2014

26 Morphing 2D : Résultats 26 Phase 40% Superposition de la coupe du poumon droit (z = -37,5 mm) à la phase 40% (en blanc) à litération présentant le moins de différence avec elle (en rouge) Journées des LARD - Octobre /04/2014

27 Plan Présentation générale du morphing Présentation générale du morphing Définition et localisations Définition et localisations Les algorithmes Les algorithmes Le morphing 2D Le morphing 2D Description du premier algorithme Description du premier algorithme Résultats Résultats Description du second algorithme Description du second algorithme Résultats Résultats Le morphing 3D Le morphing 3D Contraintes liées à la 3D Contraintes liées à la 3D Description des algorithmes Description des algorithmes Résultats Résultats 27Journées des LARD - Octobre /04/2014

28 Morphing 3D : problématique 2D 3D : Détection des contours sur la 3 ème dimension Détection des contours sur la 3 ème dimension Traitement en 3D : Traitement en 3D : Pondération ? (2 nd algorithme) Pondération ? (2 nd algorithme) Déformation ? Déformation ? Voxels non cubiques Voxels non cubiques 28Journées des LARD - Octobre /04/2014

29 Morphing 3D : solutions Détection des contours en 3D : Détection des contours en 3D : Obligatoire sinon topologie incorrecte Obligatoire sinon topologie incorrecte 29 Forme initiale dune coupe de poumon droit (z = -35 mm) Forme de la coupe de poumon droit (z = -35 mm) après 1 itération avec une détection des contours 2D

30 Morphing 3D : solutions Détection des contours en 3D : Détection des contours en 3D : Obligatoire sinon topologie incorrecte Obligatoire sinon topologie incorrecte Calcul de la pondération : Calcul de la pondération : Même ordre quen 2D + ajout de la 3 ème dimension Même ordre quen 2D + ajout de la 3 ème dimension Étude à effectuer : privilégier cette dernière dimension Étude à effectuer : privilégier cette dernière dimension Pour les contours uniquement verticaux : Pour les contours uniquement verticaux : Dabord mesure sur laxe vertical Dabord mesure sur laxe vertical Si aucune valeur, détection en 2D (dans la coupe) Si aucune valeur, détection en 2D (dans la coupe) 30Journées des LARD - Octobre /04/2014

31 Morphing 3D (3) : déformation 1 er algorithme : 1 er algorithme : Critère dinfluence (vxl) Critère dinfluence (vxl) Fonction de la vélocité Fonction de la vélocité Fonction de lélasticité Fonction de lélasticité 31 Représentation simplifiée de lalgorithme de morphing 3D pour un critère dinfluence de 1 vxl Représentation simplifiée de lalgorithme de morphing 3D pour un critère dinfluence de 2 vxl Représentation simplifiée de lalgorithme de morphing 3D : voxel de départ x y z Représentation simplifiée de lalgorithme de morphing 3D : forme générale des voxels traités Journées des LARD - Octobre /04/2014

32 Morphing 3D (3) : déformation 1 er algorithme : 1 er algorithme : Critère dinfluence (vxl) Critère dinfluence (vxl) Fonction de la vélocité Fonction de la vélocité Fonction de lélasticité Fonction de lélasticité 2 nd algorithme : 2 nd algorithme : Forme sphérique Forme sphérique Régularisation cinétique Régularisation cinétique 32 x y z Représentation simplifiée du nouvel algorithme 3D : forme générale des voxels traités Journées des LARD - Octobre /04/2014

33 33Journées des LARD - Octobre /04/2014 Morphing 3D : Résultats (1 er algo.) Différence volumique de 7,7% par rapport à P40 Différence volumique de 9% par rapport à P20

34 Morphing 3D : Résultats (1 er algo.) 34 Superposition de la coupe du poumon droit (z = -37,5 mm) à la phase 20% et 40% (en blanc) à litération présentant le moins de différence avec elle (en rouge) Phase 20%Phase 40% Journées des LARD - Octobre /04/2014

35 35Journées des LARD - Octobre /04/2014 Morphing 3D : Résultats (2 nd algo.) Différence volumique de 11,94% par rapport à P40Différence volumique de 10,94% par rapport à P20

36 Morphing 3D : Résultats (2 nd algo.) 36 Superposition de la coupe du poumon droit (z = -37,5 mm) à la phase 20% et 40% (en blanc) à litération présentant le moins de différence avec elle (en rouge) Phase 20%Phase 40% Journées des LARD - Octobre /04/2014

37 Bilan pour les algorithmes Problèmes de cinétique : Problèmes de cinétique : Différences surfaciques négatives (à z=-37,5 mm) Différences surfaciques négatives (à z=-37,5 mm) Différences volumiques positives Différences volumiques positives Solutions ? Solutions ? Description de la cinétique du poumon en plusieurs parties Description de la cinétique du poumon en plusieurs parties Discrétisation des matrices Discrétisation des matrices Contrôle du facteur de pondération Contrôle du facteur de pondération 37Journées des LARD - Octobre /04/2014

38 Conclusion et perspectives Objectif 1 : Le patient 6 fois moins de dose par morphing par rapport au 4D-CT 6 fois moins de dose par morphing par rapport au 4D-CT Favorise la respiration libre Favorise la respiration libre Objectif 2 : Balistique des traitements Morphing personnalisé Morphing personnalisé Nécessité dun algorithme précis Nécessité dun algorithme précis Meilleur contrôle de la cinétique de lalgorithme Meilleur contrôle de la cinétique de lalgorithme Meilleure simulation à élaborer Meilleure simulation à élaborer Passage à la 4D Passage à la 4D Prise en compte du signal RPM réel Prise en compte du signal RPM réel Prise en compte des autres organes Prise en compte des autres organes Travail avec plusieurs niveaux de gris Travail avec plusieurs niveaux de gris Nouvelles techniques dacquisitions des données (segmentation, seuillage) Nouvelles techniques dacquisitions des données (segmentation, seuillage) 38Journées des LARD - Octobre /04/2014

39 MERCI DE VOTRE ATTENTION


Télécharger ppt "Simulation des mouvements pulmonaires par morphing en vue de son exploitation en radiothérapie externe Institut FEMTO-ST – UMR 6174 Equipe IRMA (ENISYS/FEMTO-ST)"

Présentations similaires


Annonces Google