Die intensitätsbasierte 2D-3D-Registrierung, unter Verwendung von Onboard-Kilovolt- und Megavolt-Bildgebung, ist ein vielversprechender Ansatz für das Echtzeit Tumormonitoring, um die intrafraktionelle Variation bei der thorakalen Strahlentherapie zu reduzieren. Dieser Ansatz hat den Vorteil, dass er nicht invasiv und unabhängig von externen Markern ist, und Annahmen über das Atemmuster des Patienten auskommt. Bei Verwendung eines Projektionsbildsatzes wird jedoch die Bewegung entlang der Abbildungsstrahlachse nicht aufgelöst. Diese Studie untersucht die Auswirkungen der Verwendung zusätzlicher Portal-Megavolt-Bilder gekoppelt mit kV-Bildern auf Registrierungsergebnisse bei beliebigens Gantry-Winkeln. Planungscomputertomographie und Sequenzen von Kilovolt- und Megavolt-Bildern wurden für fünf Patienten mit nicht-kleinzelligem Lungenkrebs, die sich einer stereotaktischen Körperbestrahlungstherapie unterzogen, erhalten. FIRE, eine Open-Source-Software, wurde für die 2D-3D-Registrierung von Röntgensequenzen mit den digital rekonstruierten Röntgenbildern der relevanten Region mit Tumoren verwendet. Die Registrierungsergebnisse für die Bewegung in der kraniokaudalen und anteroposterioren Achse wurden gegen ein Referenzsignal aufgetragen und ihre Ähnlichkeiten wurden numerisch mit dem Korrelationskoeffizienten validiert. Die Ergebnisse deuten an, dass erfolglose Registrierungen mit nur Kilovolt-Bildern von einem zusätzlichen Megavolt-Bildersatz profitierten. Unter Verwendung von kV-MV-Bildpaaren wurden die kraniokaudale Bewegung als dominante Bewegungsachse sowie die anteroposteriore Bewegung extrahiert. Eine große Anzahl von Konfigurationsparametern beeinflusste das Registrierungsergebnis, obwohl die Sichtbarkeit des Tumors innerhalb der ausgewählten Region der Hauptkritikfaktor für den Erfolg der Registrierung war. Folglich erhöhte die Verwendung von zwei orthogonalen Projektionsbildsätzen die Gesamtwahrscheinlichkeit der Tumorsichtbarkeit für die Mehrheit der Gantry-Winkel. Ein potenter Gewichtungsfaktor zugunsten des Projektionsbildsatzes mit besserer Tumorsichtbarkeit könnte in Zukunft eingeführt werden, um die Registrierungsergebnisse weiter zu verbessern.
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Intensity-based 2D-3D registration, using onboard Kilovoltage and Megavoltage imaging, is a promising approach for real-time tumor monitoring to reduce intra-fraction variations in thoracic radiotherapy. This approach has the advantage of being non-invasive, independent of external markers, with no presumption about the patient's breathing pattern. However, when using one projection image set, the motion along the imaging beam axis is not resolved. This study investigates the impact of using additional portal Megavoltage images paired with kV images on registration results at arbitrary gantry angles. Planning computed tomography and sequences of Kilovoltage and Megavoltage images were obtained for five patients suffering from non-small cell lung cancer undergoing stereotactic body radiation therapy. FIRE, an open-source software, was used for the 2D-3D registration of x-ray sequences with the digitally reconstructed radiographs of the region of interest encompassing tumors. The registration results, holding the motion in the craniocaudal and anteroposterior axis, were plotted against a reference signal, and their similarities were validated numerically using the correlation coefficient. The results suggested that unsuccessful registration using only Kilovoltage images benefited from an additional Megavoltage image set. Using kV-MV image pairs, the craniocaudal motion, as the dominant motion axis, as well as the anteroposterior motion were extracted. A large number of configuration parameters influenced the registration outcome though tumor visibility within the selected region of interest was the main critical factor for the success of registration. Consequently, using two orthogonal projection image sets increased the overall chance of tumor visibility for the majority of gantry angles. A potent weighting factor, in favor of the projection image set with better tumor visibility, could be introduced in the future to further improve the registration results.
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Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
