REALCE AUTOMÁTICO DE IMÁGENES DRR PARA EL POSICIONAMIENTO DEL PACIENTE EN TRATAMIENTOS DE RADIOTERAPIA

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1 REALCE AUTOMÁTICO DE IMÁGENES DRR PARA EL POSICIONAMIENTO DEL PACIENTE EN TRATAMIENTOS DE RADIOTERAPIA Rafael Verdú-Monedero (1), Jorge Larrey-Ruiz (1), Juan Morales-Sánchez (1), José Luis Sancho-Gómez (1), Antonio González-López (2) 1 Dpto. de Tecnologías de la Información y Comunicaciones, Universidad Politécnica de Cartagena, Cartagena. {rafael.verdu, jorge.larrey, juan.morales, josel.sancho}@upct.es 2 Servicio de Radiofísica y Protección Radiológica, Hospital Universitario Virgen de la Arrixaca, Murcia antonio.gonzalez7@carm.es URSI 2009, XXIV Simposium Nacional de la Unión Científica Internacional de Radio

2 Índice 1 Introducción 2 Método Operadores de Morfología Matemática Realce automático de DRR s 3 Resultados 4 Conclusiones Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

3 Índice Introducción 1 Introducción 2 Método Operadores de Morfología Matemática Realce automático de DRR s 3 Resultados 4 Conclusiones Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

4 Introducción Aplicación de un tratamiento de radioterapia Un tratamiento de radioterapia consta de Primera fase: planificación de dosimetría Segunda fase: dosis de radiación Hospital Universitario Virgen de la Arrixaca Etapa de planificación: Pinnacle Radiation Therapy Planning Computer System de ADAC Laboratories Etapa de tratamiento: iview system de Elekta Digital Linear Accelerator DRR RDR DRR: Digitally Reconstructed Radiography RDR: Radiografía Digitalmente Reconstruida Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

5 Introducción Aplicación de un tratamiento de radioterapia Un tratamiento de radioterapia consta de Primera fase: planificación de dosimetría Segunda fase: dosis de radiación Hospital Universitario Virgen de la Arrixaca Etapa de planificación: Pinnacle Radiation Therapy Planning Computer System de ADAC Laboratories Etapa de tratamiento: iview system de Elekta Digital Linear Accelerator DRR RDR DRR: Digitally Reconstructed Radiography RDR: Radiografía Digitalmente Reconstruida Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

6 Introducción Aplicación de un tratamiento de radioterapia Un tratamiento de radioterapia consta de Primera fase: planificación de dosimetría Segunda fase: dosis de radiación Hospital Universitario Virgen de la Arrixaca Etapa de planificación: Pinnacle Radiation Therapy Planning Computer System de ADAC Laboratories Etapa de tratamiento: iview system de Elekta Digital Linear Accelerator DRR RDR DRR: Digitally Reconstructed Radiography RDR: Radiografía Digitalmente Reconstruida Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

7 Introducción Aplicación de un tratamiento de radioterapia Etapa de planificación La primera etapa consiste en la planificación de la dosimetría: escáner volumétrico del paciente con rayos x, marcas fiduciarias en la piel (referencias externas), delinear el volumen de tumor y órganos críticos en imágenes CT. Planificación del tratamiento óptimo: número, tamaño, forma y posición de los haces de radiación. A partir del volumen TAC se generan DRR s sintéticas. (a) Escáner CT (b) Software de planificación Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

8 Introducción Aplicación de un tratamiento de radioterapia Etapa de tratamiento Colocar correctamente al paciente en el acelerador. La radiación debe ajustarse con precisión a la dosis planificada. Se compara la DRR de la planificación con la imagen portal adquirida en el acelerador. Se mueve la camilla longitudinalmente y transversalmente con el paciente. (a) Acelerador lineal (b) Software para la validación manual del posicionamiento Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

9 Introducción Aplicación de un tratamiento de radioterapia Etapa de tratamiento El posicionamiento se verifica comparando la DRR con una imagen portal adquirida en el acelerador La imagen DRR y portal componen las imagenes de referencia y localización (referencia y plantilla en registro de imagen) (a) Imagen DRR o referencia (b) Imagen portal o plantilla o localización Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

10 Introducción Aplicación de un tratamiento de radioterapia Etapa de tratamiento El posicionamiento se verifica comparando la DRR con una imagen portal adquirida en el acelerador La imagen DRR y portal componen las imagenes de referencia y localización (referencia y plantilla en registro de imagen) (a) Campo vectorial de desplazamiento estimado (b) Mosaico con la DRR y la portal registrada Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

11 Índice Método 1 Introducción 2 Método Operadores de Morfología Matemática Realce automático de DRR s 3 Resultados 4 Conclusiones Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

12 Índice Método Operadores de Morfología Matemática 1 Introducción 2 Método Operadores de Morfología Matemática Realce automático de DRR s 3 Resultados 4 Conclusiones Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

13 Método Operadores de Morfología Matemática Dilatación y erosión La dilatación de una imagen de grises f (x, y) con un elemento estructurante plano b, denotada por f b, se define como (f b)(x, y) = max{f (x x, y y ) (x, y ) D b } (a) Imagen original (b) Imagen dilatada Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

14 Método Operadores de Morfología Matemática Dilatación y erosión La erosión de una imagen de grises f con el elemento estructurante b, denotada por f b, se define como (f b)(x, y) = min{f (x + x, y + y ) (x, y ) D b } (a) Imagen original (b) Imagen erosionada Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

15 Método Operadores de Morfología Matemática Apertura y cierre La apertura de la imagen f con el elemento estructurante b, denotada por f b, se define como f b = (f b) b i.e. la erosión de f con b, seguida de la dilatación del resultado con b. El cierre de f con b, denotado por f b, se define como f b = (f b) b i.e. dilatación seguida de erosión. Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

16 Método Operadores de Morfología Matemática Reconstrucción Involucra un elemento estructurante b, una imagen marcador f, que es el punto de partida, una imagen mascara g que restringe la transformación (f debe ser un subconjunto de g). La reconstrucción de g a partir de f, R g (f ), se define como 1 Inicializar h 1 = f 2 Repetir h k+1 = (h k b) g hasta que h k+1 = h k. Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

17 Método Operadores de Morfología Matemática Reconstrucción Imagen original (máscara) Imagen marcador 100 iteraciones 200 iteraciones 300 iteraciones resultado final Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

18 Índice Método Realce automático de DRR s 1 Introducción 2 Método Operadores de Morfología Matemática Realce automático de DRR s 3 Resultados 4 Conclusiones Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

19 Método Realce automático de DRR s Realce automático de DRR s Pinnacle Radiation Therapy Planning Computer System No se tiene acceso a los datos CT Objetivo: restaurar píxeles tapados por ejes y texto Limpieza necesaria para que el algoritmo de registro funcione Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

20 Método Realce automático de DRR s Paso #1 Los caracteres X,Y,1 y 2 se localizan mediante correlación Su posición se almacena en una máscara Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

21 Método Realce automático de DRR s Paso #2 El nivel de gris de los ejes se obtiene con una apertura de la DRR Elemento estructurante de tamaño máscara imth Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

22 Método Realce automático de DRR s Paso #3 El eje vertical y horizontal se extrae con una apertura Elementos estructurantes de tamaño y Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

23 Método Realce automático de DRR s Paso #4 La caja se obtiene de resta los ejes a imth Máximo de dos aperturas con ee 1 51 y 51 1 Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

24 Método Realce automático de DRR s Paso #5 Ejes y cajas ya detectadas Las líneas tienen un grosor de un pixel Se utiliza h h = 1 2 [1 0 1] y h v = 1 2 [1 0 1] para restaurarlas con interpolación lineal Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

25 Método Realce automático de DRR s Paso #6 El texto se elimina con una erosión con ee 7 3 marcador DRR con los ejes restaurados máscara Umbralizando la diferencia entre la DRR con los ejes restaurados y la reconstruida text_mask Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

26 Método Realce automático de DRR s Paso #7 Filtrado variante en el espacio para restaurar el nivel de gris de los píxeles cubiertos por el texto Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

27 Índice Resultados 1 Introducción 2 Método Operadores de Morfología Matemática Realce automático de DRR s 3 Resultados 4 Conclusiones Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

28 Resultados #1 DRR #1 DRR proporcionada por Pinnacle DRR limpia Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

29 Resultados #2 DRR #2 DRR proporcionada por Pinnacle DRR limpia Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

30 Resultados #3 DRR #3 DRR proporcionada por Pinnacle DRR limpia Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

31 Resultados #4 DRR #4 DRR proporcionada por Pinnacle DRR limpia Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

32 Resultados #5 DRR #5 DRR proporcionada por Pinnacle DRR limpia Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

33 Índice Conclusiones 1 Introducción 2 Método Operadores de Morfología Matemática Realce automático de DRR s 3 Resultados 4 Conclusiones Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

34 Conclusiones Las Radiografías Digitalmente reconstruidas (RDR o DRR en inglés) son esenciales en la planificación y verificación de los tratamientos de radioterapia. Estas imágenes se utilizan en la planificación para delinear el area a radiar. Al comienzo de cada sesión de radiación, las DRR s se comparan con las imágenes portal adquiridas en ese momento. Mediante registro de imagen se obtiene el desplazamiento entre la imagen DRR y portal, consiguiendo el correcto posicionamiento del paciente. El preprocesado de ambas imágenes es necesario para el correcto funcionamiento del algoritmo de registro. Esta charla ha descrito la limpieza automática de DRR s mediante operadores morfológicos, que se integrará en el Hospital Universitario Virgen de la Arrixaca (Murcia, España). Verdú, Larrey, Morales, Sancho y González (UPCT) URSI 2009 Miércoles, / 33

35 REALCE AUTOMÁTICO DE IMÁGENES DRR PARA EL POSICIONAMIENTO DEL PACIENTE EN TRATAMIENTOS DE RADIOTERAPIA Rafael Verdú-Monedero (1), Jorge Larrey-Ruiz (1), Juan Morales-Sánchez (1), José Luis Sancho-Gómez (1), Antonio González-López (2) 1 Dpto. de Tecnologías de la Información y Comunicaciones, Universidad Politécnica de Cartagena, Cartagena. {rafael.verdu, jorge.larrey, juan.morales, josel.sancho}@upct.es 2 Servicio de Radiofísica y Protección Radiológica, Hospital Universitario Virgen de la Arrixaca, Murcia antonio.gonzalez7@carm.es URSI 2009, XXIV Simposium Nacional de la Unión Científica Internacional de Radio