3D rekonstruktion med simulerade framåtmodeller
- Diarienummer
- ID14-0055
- Start- och slutdatum
- 150101-191231
- Beviljat belopp
- 2 500 000 kr
- Förvaltande organisation
- KTH - Royal Institute of Technology
- Forskningsområde
- Beräkningvetenskap och tillämpad matematik
Summary
Huvudmål är att (1) utveckla teori och algoritmer for 3D rekonstruktion för CBCT som nyttjar Monte Carlo baserad framåtmodell för att ta hänsyn till spridning och energi beroende, (2) utveckla beräkningseffektiva sådana framåtmodeller och (3) implementera algoritmerna i mjukvaruprototyper. Arbetsplan och utfall Steg 1 - Framåtmodellen Formulera en stokastisk process som svarar mot välbekant Monte Carlo simulering för strålningstransport, anpassa denna till 3D CBCT avbildning. Utfall: Tekniska dokument som beskriver modellen. Steg 2 - Känslighetsanalys av framåtmodellen Utveckla ett matematisk korrekt begrepp för känslighet av en framåtmodell som ges som väntevärdet av en stokastisk process, den senare beräknad med Monte Carlo simulering. Utfall: Publikationer. Steg 3 - 3D reconstruction Ta fram regulariseringsmetoder som kan nyttja framåtmodeller av den typ som utvecklats i steg 1 och 2. Utfall: Publikationer. Steg 4 - Beräkningseffektivitet och implementation Betrakta beräkningseffektiva approximationer av de regulariseringsmetoder som utvecklats i steg 3. Utfall: Tekniska dokument, publikationer och mjukvarukomponenter. Steg 5 - Test och validering Testa och validera regulariseringsmetoderna som implementerats i steg 4 för 3D CBCT avbildning innan behandling med gammakniven. Outcome: Validerade mjukvarukomponenter.
Populärvetenskaplig beskrivning
Ett grundläggande mål vid strålbehandling av cancer är att ge tillräcklig stråldos till tumören samtidigt som dosen till kringliggande frisk vävnad minimeras. För att uppnå detta krävs inte bara att strålbehandlingssystemet kan rikta in strålningen med mycket hög precision, utan det är också nödvändigt att veta exakt mot vilka koordinater strålen ska riktas. Moderna avbildningstekniker spelar här en viktig roll. Vid planering av en strålbehandling används avancerade tredimensionella bildmodaliteter såsom datortomografi och magnetresonanstomografi, som gör det möjligt att identifiera både målet för strålbehandlingen och eventuella kringliggande organ som måste skyddas från oönskad strålning. Ett problem med dessa avbildningstekniker är svårigheten att avgöra exakt var den relevanta anatomin befinner sig vid tidpunkten för strålbehandlingen. Osäkerhet uppstår både genom positioneringen av patienten relativt strålsystemet och genom organrörelser som gör att anatomin har förändrats sedan behandlingsplaneringen. Detta har motiverat utvecklingen av bildstyrd strålterapi där patienten röntgas i behandlingspositionen under eller omedelbart före behandlingen. För detta används Cone Beam Computed Tomography (CBCT) som är avbildningsteknik med en integrerad röntgenkälla med en extra bildpanel, vilket möjliggör 3D-avbilding. Målet för projektet är att utveckla bättre metoder för CBCT genom att i beräkningarna ta hänsyn till effekten av spridd strålning. Svårigheten att ta hänsyn till sådan spridd strålning är att den beror på objektet som avbildas; om man på förhand visste exakt vad som avbildas skulle man kunna simulera och sedan subtrahera detta bidrag. I praktiken vet man inte detta eftersom det då vore onödigt att ta någon bild alls. Den metod som ska utvecklas i detta projekt är att uppskatta den spridda strålningen samtidigt som objektet avbildas. Detta kräver nyutveckling av matematiska metoder och algoritmer som är beräkningseffektiva för kliniskt bruk. Under alla omständigheter kommer dessa beräkningar att kräva avsevärd datorkraft, och vi kommer att utnyttja grafikprocessorer som ger goda prestanda till en rimlig kostnad. En framgångsrik lösning på detta problem ger möjlighet till bättre bildkvalitet vilket i sin tur gör det lättare att identifiera den relevanta anatomin och därmed förbättra kvaliteten hos strålbehandlingen. Det blir också möjligt att med bibehållen kvalitet minska röntgendosen vilket är viktigt ur ett risk- och hälsoperspektiv.