治療計画のための構造ガイド付き変形画像登録と定位後体外放射線治療（SBRT）のためのプリモビスト（Gd-EOB-DTPA）強化MRI

Structure guided deformable image registration for treatment planning CT and post stereotactic body radiation therapy (SBRT) Primovist (Gd-EOB-DTPA) enhanced MRI.

• Svetlana Kuznetsova
• Petra Grendarova
• Soumyajit Roy
• Rishi Sinha
• Kundan Thind
• Nicolas Ploquin

抄録

本研究の目的は、TG-132勧告を用いたリジッドレジストレーションおよびDIRと比較して、構造誘導変形画像レジストレーション（SG-DIR）の性能を評価することであった。この評価は、定位体放射線治療（SBRT）後に取得したプリモビスト造影剤を用いた治療計画CT（コンピュータ断層撮影）およびMRI（磁気共鳴画像）スキャンの画像登録について実施した。SBRT治療計画CTスキャンと治療後のプリモビスト造影剤を用いたMRIスキャンを14人の患者について取得した。肝臓は両方の画像セットで描出され、一致する解剖学的ランドマークは放射線腫瘍医によって選択された。リジッドレジストレーション、DIR、および2種類のSG-DIR（肝臓の輪郭のみを使用したものと、解剖学的ランドマークとともに肝臓構造を使用したもの）が各スキャンセットに対して実施された。TG-132の推奨指標として、Dice Similarity Coefficient (DSC)、Mean Distance to Agreement (MDA)、Target Registration Error (TRE)、Jacobian determinantを推定した。統計解析はWilcoxon Signed Rank検定を用いて行った。リジッドレジストレーションのDSC中央値（範囲）は0.88（0.77～0.89）、DIRは0.89（0.81～0.93）、本研究で試験した両タイプのSG-DIRは0.90（0.94）であった。MDA中央値は、リジッドレジストレーションで4.8mm（3.7-6.8mm）、DIRで3.4mm（2.4-8.7mm）、肝構造物を用いたSG-DIRで3.2mm（2.0-5.2mm）、肝構造物と解剖学的ランドマークを用いたSG-DIRで2.8mm（2.1-4.2mm）であった。リジッドレジストレーションのTRE中央値は7.2mm（0.5-23mm），DIRは6.8mm（0.7-30.7mm），肝構造のみでガイドしたSG-DIRは6.1mm（1.1-20.5mm），肝輪郭と解剖学的ランドマークでガイドしたSG-DIRは4.1mm（0.8-19.7mm）であった．SG-DIRは、肝臓領域の治療計画CTやポストSBRT MRIの登録を目的としたVelocity AIソフトウェアのリジッドレジストレーションやDIRと比較して、TG-132メトリクス通りに高い肝臓コンフォーマリティを示し、TREが最も低いことがわかった。肝臓の輪郭と対応する解剖学的ランドマークがSG-DIRをガイドするとTREが低下することがわかった。

The purpose of this study was to assess the performance of structure-guided deformable image registration (SG-DIR) relative to rigid registration and DIR using TG-132 recommendations. This assessment was performed for image registration of treatment planning computed tomography (CT) and magnetic resonance imaging (MRI) scans with Primovist contrast agent acquired post stereotactic body radiation therapy (SBRT). SBRT treatment planning CT scans and posttreatment Primovist MRI scans were obtained for 14 patients. The liver was delineated on both sets of images and matching anatomical landmarks were chosen by a radiation oncologist. Rigid registration, DIR, and two types of SG-DIR (using liver contours only; and using liver structures along with anatomical landmarks) were performed for each set of scans. TG-132 recommended metrics were estimated which included Dice Similarity Coefficient (DSC), Mean Distance to Agreement (MDA), Target Registration Error (TRE), and Jacobian determinant. Statistical analysis was performed using Wilcoxon Signed Rank test. The median (range) DSC for rigid registration was 0.88 (0.77-0.89), 0.89 (0.81-0.93) for DIR, and 0.90 (0.86-0.94) for both types of SG-DIR tested in this study. The median MDA was 4.8 mm (3.7-6.8 mm) for rigid registration, 3.4 mm (2.4-8.7 mm) for DIR, 3.2 mm (2.0-5.2 mm) for SG-DIR where liver structures were used to guide the registration, and 2.8 mm (2.1-4.2 mm) for the SG-DIR where liver structures and anatomical landmarks were used to guide the registration. The median TRE for rigid registration was 7.2 mm (0.5-23 mm), 6.8 mm (0.7-30.7 mm) for DIR, 6.1 mm (1.1-20.5 mm) for the SG-DIR guided by only the liver structures, and 4.1 mm (0.8-19.7 mm) for SG-DIR guided by liver contours and anatomical landmarks. The SG-DIR shows higher liver conformality as per TG-132 metrics and lowest TRE compared to rigid registration and DIR in Velocity AI software for the purpose of registering treatment planning CT and post-SBRT MRI for the liver region. It was found that TRE decreases when liver contours and corresponding anatomical landmarks guide SG-DIR.

© 2019 The Authors. Journal of Applied Clinical Medical Physics published by Wiley Periodicals, Inc. on behalf of American Association of Physicists in Medicine.