技術的留意事項：アトラスベースのセグメンテーションによるバルク密度の割り当てを用いた前立腺のMRIのみに基づく効率的かつ正確な治療計画

Technical note: Efficient and accurate MRI-only based treatment planning of the prostate using bulk density assignment through atlas-based segmentation.

• Hazel Mhairi McCallum
• Sebastian Andersson
• Jonathan James Wyatt
• Neil Richmond
• Christopher Paul Walker
• Stina Svensson

抄録

目的:

本研究では、アトラスベースのセグメンテーション（ABS）を用いてバルク密度領域を自動的に同定し、MRIのみに基づいた前立腺の治療計画にバルク密度を割り当てるアプローチの線量精度とロバスト性を調査した。

PURPOSE: This study investigates the dosimetric accuracy as well as the robustness of a bulk density assignment approach to MRI-only based treatment planning of the prostate, with bulk density regions automatically identified using atlas-based segmentation (ABS).

方法:

20人の前立腺放射線治療患者は、計画的コンピュータ断層撮影（CT）とMRIスキャンを受け、容積変調アーク療法（VMAT）を受けた。2つのバルク密度を設定し、1つは骨用、もう1つは軟部組織用に設定した。骨の輪郭はABSを使用して作成し、必要に応じて手動で修正した。軟部組織と骨の密度は、0.95～1.03g/cmの間で0.01刻み、骨は1.15～1.65g/cmの間で0.05刻みで評価した。CTベースの線量と比較して線量差が最も小さい密度のペアを用いて、手動で修正した骨の輪郭とABSの骨の輪郭の両方を用いて線量差を計算した。ABSの輪郭と手動で修正した輪郭との間の輪郭のオーバーラップを計算した。

METHODS: Twenty prostate radiotherapy patients received planning Computed Tomography (CT) and MRI scans and were treated with Volumetric Modulated Arc Therapy (VMAT). Two bulk densities were set, one for bone and one for soft tissue. The bone contours were created by using ABS followed by manual modification if considered necessary. A range of soft tissue and bone density pairs, between 0.95 - 1.03 g/cm with increments of 0.01 for soft tissue, and between 1.15 - 1.65 g/cm with increments of 0.05 for bone, were evaluated. Using the density pair giving the lowest dose difference compared to the CT-based dose, dose differences were calculated using both the manually modified bone contours and the bone contours from ABS. Contour overlap measurements between the ABS contours and the manually modified contours were calculated.

結果:

線量比較では、軟部組織に0.98g/cm、骨に1.20g/cmを使用した場合、CTと非常に良好な一致を示し、関心のあるすべての領域の平均線量の差は1％未満であった。骨の平均ダイス類似度係数は0.94、平均一致距離はほとんどの場合で1mm以下であった。

RESULTS: The dose comparison shows a very good agreement with the CT when using 0.98 g/cm for soft tissue and 1.20 g/cm for bone, with a dose difference less than 1 % in average dose in all regions of interest. The mean Dice Similarity Coefficient for bone was 0.94 and the Mean Distance to Agreement was less than 1 mm in most cases.

結論:

骨および軟部組織に適した密度のMR画像上でバルク密度を割り当てて使用すると、アトラスベースの骨輪郭と手動による骨輪郭の両方において、CTで計算された線量と比較して臨床的に許容できる線量差が得られた。このことは、2つの組織タイプのバルク密度割り当てを利用したMRIのみの統合されたパスウェイが、VMAT治療を受けた前立腺がん患者にとって、実行可能で頑健なアプローチであることを示している。

CONCLUSIONS: Using bulk density assignment on MR images with suitable densities for bone and soft tissue results in clinically acceptable dose differences compared to dose calculated on the CT, for both atlas-based and manual bone contours. This demonstrates that an integrated MRI-only pathway utilizing a bulk density assignment for two tissue types is a feasible, and robust, approach for patients with prostate cancer treated with VMAT.

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