مجله دانشکده پزشکی اصفهان

مجله دانشکده پزشکی اصفهان

تحلیل رادیوبیولوژیکی تصاویر ترکیبی تشدید مغناطیسی و سی‌تی‌اسکن در بهبود دقت درمان توموتراپی هلیکال سرطان رکتوم

نوع مقاله : Original Article(s)

نویسندگان
گروه فیزیک پزشکی، دانشکده‌ی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران
10.48305/jims.v44.i862.0731
چکیده
مقدمه: به دلیل محدودیت‌های تصویربرداری با توموگرافی کامپیوتری (CT)، تصاویر تشدید مغناطیسی (MRI) به‌عنوان ابزاری مکمل برای طراحی درمان پرتودرمانی استفاده می‌شوند. این مطالعه با هدف بررسی تأثیر ترکیب تصاویر MRI و CT بر تعیین حجم هدف، توزیع دز و ارزیابی رادیوبیولوژیکی طرح‌های درمانی در توموتراپی هلیکال (HT) سرطان رکتوم انجام شده است.
روش‌ها: در این مطالعه، تصاویر MRI و CT از ۱۰ بیمار مبتلا به سرطان رکتوم جمع‌آوری شد. تصاویر با استفاده از الگوریتم Deformable Image Registration ترکیب شدند و سپس حجم‌های تومور شامل GTV، CTV و PTV تعیین گردید. در ادامه، دز متوسط، احتمال کنترل تومور (TCP) و احتمال بروز عوارض در بافت‌های سالم (NTCP) محاسبه و بین دو روش مقایسه شد.
یافته‌ها: مقادیر میانگین GTV، CTV و PTV در روش تعیین هدف مبتنی بر CT به‌طور معناداری بیشتر از روش MRI/CT بود (0/034 = P، 0/034 = P، 0/024 = P). همچنین، کاهش معنی‌دار PTV منجر به افزایش قابل توجه TCP نشد (0/085 = P). با کاهش حجم هدف، دز متوسط دریافتی مثانه، روده باریک و سر استخوان‌های ران کاهش یافت (0/006، 0/027، 0/002، 0/045 = P).
نتیجه‌گیری: ترکیب تصاویر MRI با CT در توموتراپی هلیکال سرطان رکتوم، منجر به تعیین دقیق‌تر حجم هدف و بهبود پارامترهای رادیوبیولوژیکی، از جمله کاهش دوز وارده به اندام‌های حساس بدون کاهش اثربخشی درمان می‌شود. این روش می‌تواند ایمنی و کیفیت طرح‌های پرتودرمانی را به‌طور قابل توجهی افزایش دهد.

تازه های تحقیق

برانوش رحمانی: Google Scholar

ایرج عابدی: Google Scholar ,PubMed

محسن صائب: Google Scholar

کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Analyzing the radiobiological effects of co-registered MRI and CT images in improving the accuracy of helical tomotherapy treatment of rectal cancer

نویسندگان English

Baranoosh Rahmani
Iraj Abedi
Mohsen Saeb
Department of Medical Physics, School of Medicine, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran
چکیده English

Background: Owing to the limitations of computed tomography (CT) imaging, magnetic resonance imaging (MRI) is used as a complementary tool for radiotherapy treatment planning. This study aimed to investigate the effect of combining magnetic resonance imaging (MRI) and computed tomography (CT) on target volume determination, dose distribution, and radiobiological evaluation of treatment plans in helical Tomotherapy (HT) for rectal cancer.
Methods: MRI and CT images were collected from 10 patients with rectal cancer. The images were fused using a Deformable Image Registration algorithm, and tumor volumes, including GTV, CTV, and PTV, were delineated. Subsequently, the mean dose, tumor control probability (TCP), and normal tissue complication probability (NTCP) were calculated and compared between the two approaches.
Results: The mean GTV, CTV, and PTV volumes in the CT-based target delineation method were significantly larger than those in the MRI/CT-based method (p=0.034, p=0.034, and p=0.024, respectively). However, the significant reduction in the PTV did not result in a statistically significant increase in the TCP (p=0.085). With decreasing target volumes, the mean doses received by the bladder, small bowel, and femoral heads were significantly reduced (p=0.006, p=0.027, p=0.002, and p=0.045, respectively).
Conclusion: The integration of MRI with CT in helical Tomotherapy for rectal cancer enables more accurate target volume delineation and improves radiobiological parameters, including reduced dose to organs at risk, without compromising treatment efficacy. This approach can significantly enhance the safety and quality of the radiotherapy plans.

کلیدواژه‌ها English

Magnetic Resonance Imaging
X-Ray Computed Tomography
Rectal Neoplasms
Tomotherapy
Radiotherapy
1.     Sung H, Ferlay J, Siegel RL, Laversanne M, Soerjomataram I, Jemal A, et al. Global cancer statistics 2020: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA Cancer J Clin 2021; 71(3): 209-49.
2.     Wo JY, Anker CJ, Ashman JB, Bhadkamkar NA, Bradfield L, Chang DT, et al. Radiation therapy for rectal cancer: executive summary of an ASTRO clinical practice guideline. Pract Radiat Oncol 2021; 11(1): 13-25.
3.     Youssef FF, Parikh PJ, DeWees TA, Mutch MG, Tan Jr BR, Grigsby PW, et al. Efficacy and toxicity of rectal cancer reirradiation using IMRT for patients who have received prior pelvic radiation therapy. Adv Radiat Oncol 2016; 1(2): 94-100.
4.     Yu M, Lee JH, Jang HS, Jeon DM, Cheon JS, Lee HC, et al. A comparison of dosimetric parameters between tomotherapy and three-dimensional conformal radiotherapy in rectal cancer. Radiat Oncol 2013; 8: 181.
5.     Teoh S, Muirhead R. Rectal radiotherapy—Intensity-modulated radiotherapy delivery, delineation and doses. Clin Oncol (R Coll Radiol) 2016; 28(2): 93-102.
6.     Sterzing F, Kalz J, Sroka-Perez G, Schubert K, Bischof M, Röder F, et al. Megavoltage CT in helical tomotherapy—clinical advantages and limitations of special physical characteristics. Technol Cancer Res Treat 2009; 8(5): 343-52.
7.     Metcalfe P, Liney GP, Holloway L, Walker A, Barton M, Delaney GP, et al. The potential for an enhanced role for MRI in radiation-therapy treatment planning. Technol Cancer Res Treat 2013; 12(5): 429-46.
8.     Balyasnikova S, Brown G. Optimal imaging strategies for rectal cancer staging and ongoing management. Curr Treat Options Oncol 2016; 17(6): 32.
9.     Brunt JNH. Computed tomography–magnetic resonance image registration in radiotherapy treatment planning. Clin Oncol (R Coll Radiol) 2010; 22(8): 688-97.
10.  Sarolkar A, Singh SN, Bagdare P, Bhandari V, Lodi AI, Moharir S. To evaluate volume changes on computerized tomography scan and magnetic resonance imaging-based delineation during radiotherapy treatment planning in prostate cancer. Journal of Cancer Research and Therapeutics 2021; 17(2): 379-82.
11.  Tan J, Lim Joon D, Fitt G, Wada M, Lim Joon M, Mercuri A, Marr M, Chao M, Khoo V. The utility of multimodality imaging with CT and MRI in defining rectal tumour volumes for radiotherapy treatment planning: a pilot study. J Med Imaging Radiat Oncol 2010; 54(6): 562-8.
12.  Gwynne S, Mukherjee S, Webster R, Spezi E, Staffurth J, Coles B, et al. Imaging for target volume delineation in rectal cancer radiotherapy—a systematic review. Clin Oncol (R Coll Radiol) 2012; 24(1): 52-63.
13.  Kerkhof EM, Balter JM, Vineberg KA, Eisbruch A. Clinical application of a simple MR-to-CT registration method for improved target delineation in radiotherapy. Radiother Oncol 2010; 96(2): 165–9.
14.  White I, Hunt A, Bird T, Settatree S, Soliman H, Mcquaid D, et al. Interobserver variability in target volume delineation for CT/MRI simulation and MRI-guided adaptive radiotherapy in rectal cancer. Br J Radiol. 2021; 94(1128): 20210350.
15.  Rahmani D, Shahbazi-Gahrouei D, Roayaei M. Evaluating the Effect of Co-Registered Diagnostic MR Images Based CT Simulation on Target Volume Delineation and Dose Distribution for Tomotherapy of Rectal Cancer. J Biomed Phys Eng 2025; 15(239): 239-48.
16.  Bird D, Nix MG, McCallum H, Teo M, Gilbert A, Casanova N, et al. The benefit of MR‐only radiotherapy treatment planning for anal and rectal cancers: A planning study. J Appl Clin Med Phys 2021; 22(11): 41-53.
17.  Vojtíšek R, Mužík J, Šlampa P, Budíková M, Hejsek J, Smolák P, et al. The impact of PET/CT scanning on the size of target volumes, radiation exposure of organs at risk, TCP and NTCP, in the radiotherapy planning of non-small cell lung cancer. Rep Pract Oncol Radiother 2014; 19(3): 182-90.
18.  Oh S, Kim S. Deformable image registration in radiation therapy. Radiat Oncol J 2017; 35(2): 101-11.
19.  Myerson RJ, Garofalo MC, El Naqa I, Abrams RA, Apte A, Bosch WR, et al. Elective clinical target volumes for conformal therapy in anorectal cancer: a radiation therapy oncology group consensus panel contouring atlas. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2009; 74(3): 824-30.
20.  Gay HA, Niemierko A. A free program for calculating EUD-based NTCP and TCP in external beam radiotherapy. Phys Med 2007; 23(3-4): 115-25.
21.  Burman C, Kutcher GJ, Emami B, Goitein M. Fitting of normal tissue tolerance data to an analytic function. Int J Radiat Oncol Biol Phys 1991; 21(1): 123-35.
22.  O’Neill BDP, Salerno G, Thomas K, Tait DM, Brown G. MR vs CT imaging: low rectal cancer tumour delineation for three-dimensional conformal radiotherapy. Br J Radiol 2009; 82(978): 509-13.
23.  Kulik C, Mazurier J, Lartigau E. Probabilities of controlling tumors and complications (TCP/NTCP) after radiotherapy: Methodologic, physical, and biological aspects. Cancer Radiother 2002; 6(Suppl 1): 155s-165s.
دوره 44، شماره 862
هفته 2، تیر
خرداد و تیر 1405
صفحه 731-738

  • تاریخ دریافت 26 مرداد 1404
  • تاریخ پذیرش 28 تیر 1405