Göm menyn

Kvantitativ datortomografi för mer noggrann strålbehandling

Att kunna bestämma vävnadssammansättningen av vävnader som finns i en patient som ska genomgå strålbehandling för sin cancersjukdom är viktigt för att få god noggrannhet i bestämningen i absorberad dos till tumör och angränsande frisk vävnad. Med vävnadssammansättningen menar vi procentandelar av grundämnena t.ex. väte, syre, kväve kol, kalcium, fosfor. Vid all strålbehandling är det viktigt för behandlingsresultatet att maximera skillnaden i stråldos i tumören och dosen i den närliggande friska vävnaden, som till viss del också får en viss stråldos. Man vill nå tillräckligt hög dos till tumören för att uppnå lokal kontroll på tumören och samtidigt minimera biverkningarna som kan uppstå pga. stråldos till närliggande frisk vävnad.

De strålkällor som används idag sänder ut röntgen- eller gammastrålning av olika energier. I s.k. brachyterapi (där strålkällan placeras i eller mycket nära tumören) används idag vatten som referensvävnad och detta har fungerat bra då energin på strålkällan är förhållandevis hög. Idag marknadsförs andra strålkällor med lägre fotonenergier, som t.ex. ett miniatyrröntgenrör. Vid lägre energier är inte längre vatten lika representativt för mjukvävnad som vid höga fotonenergier. Anledningen är att de absorptionsegenskaper som vävnad och vatten har, för röntgen- eller gammastrålningen, skiljer sig alltmer åt ju lägre energi strålkällan har. De approximationer som datorprogrammen använder sig av vid dosplaneringen, inför behandlingen, är då inte lika bra utan det vore värdefullt att känna till den atomära sammansättningen av patientens vävnad. Vet vi detta har dosplaneringsdatorerna bättre förutsättningar att kunna beräkna dosen till tumör och angränsande frisk vävnad.

För att få mer information om den avbildade vävnaden används flerenergidatortomografi eftersom bilder från två eller flera olika fotonenergier då kan användas för att rekonstruera flera bilder av patienten. Dessa ytterligare bilder kan utnyttjas för att mäta densiteten och massandelar av grundämnen i olika vävnader. Kalciumhalten i prostata kan exempelvis påverka stråldosfördelningen i och kring denna körtel.

En förutsättning för att kunna bestämma massandelarna av olika grundämnen i kroppen med flerenergidatortomografi är att bildfelen vid bildrekonstruktionen minimeras. Detta underlättas om s.k. iterativa bildrekonstruktionsmetoder används. Vid en iterativ rekonstruktion beräknas och tillförs ny information succesivt och som utnyttjas för att ytterligare förbättra bildrekonstruktionen. Genom att efterhand tillföra allt bättre information baserat på den föregående rekonstruktionen, i en s.k. iterativ loop, ökas noggrannheten i den rekonstruerade bilden.


Vår forskning fokuserar på att utveckla

1. iterativa rekonstruktionsalgoritmer för två- (dual) eller flerenergi- (multi) datortomografi som ger mer korrekta värden på den grundämnesspecifika absorptionskoefficienten genom att minimera bildfel vid rekonstruktionen.
2. automatiska metoder för att bestämma atomär sammansättning på de avbildade vävnaderna.

Dessa utvecklingsmål är beroende av varandra. Forskningen görs i samarbete med CMIV i Linköping och Siemens i Erlangen.

Mjukvävnad

Bilderna visar massandelarna av fett, protein och vatten i ett skikt av mjukvävnad i buken.
Projektionerna, som ligger till grund för vår iterativa bildrekonstruktionsmetod och vår automatiska vävnadsklassificering, har beräknats med hjälp av en mjukvara (Drasim) från Siemens. 


Forskargruppen består av

Gudrun Alm Carlsson, Åsa Carlsson Tedgren, Maria Magnusson, Alexandr Malusek and Michael Sandborg

 

Forskargruppens publikationer

Malusek, A., Karlsson, M., Magnusson, M. & Alm Carlsson, G. (2013). The potential of dualenergy computed tomography for quantitative decomposition of soft tissues to water, protein and lipid in brachytherapy. Physics in Medicine and Biology, 58(4), 771-785.


Gürlüler, M. (2013). Quantitative Tissue Classification via Dual Energy Computed Tomography for Brachytherapy Treatment Planning: Accuracy of the Three Material Decomposition Method.  (Master thesis). Linköpings universitet.


Magnusson, M., Malusek, A., Muhammad, A. & Alm Carlsson, G. (2011). Determination of  Quantitative Tissue Composition by Iterative Reconstruction on 3D DECT Volumes. Paper presented at Proc 11:th International Meeting on Fully Three-Dimensional Image Recon-struction in Radiology and Nuclear Medicine, Potsdam, Germany.


Westin, R. (2013). Three material decomposition in dual energy CT for brachytherapy using the iterative image reconstruction algorithm DIRA: Performance of the method for an anthropomorphic phantom.  (Master thesis). Linköpings universitet.


Magnusson, M., Malusek, A., Muhammad, A. & Alm Carlsson, G. (2011). Iterative Reconstruction for Quantitative Tissue Decomposition in Dual-Energy CT. In: Proceedings of the 17th Scandinavian Conference, SCIA 2011, Ystad, Sweden, May 2011, (pp. 479-488). Springer Berlin/Heidelberg.

 
Muhammad, A. (2010). Iterative Reconstruction for Quantitative Material Decomposition in Dual-Energy CT. (Master Thesis). KTH, Stockholm
 

Grandell, O. (2012). An iterative reconstruction algorithm for quantitative tissue decomposition using DECT. (Master Thesis). Linköpings Universitet
 


Sidansvarig: sandra.malmstrom@liu.se
Senast uppdaterad: 2013-10-29