A ROI-based global motion model designed on 4D CT and 2D cine-MRI for MRI-guided radiotherapy

MRI-Linacs enable real-time imaging for advanced in-room motion management in radiotherapy. However, the constraint of acquisition time and image quality suggests 2D cine-MRI centered in the tumor as state-of-the-art imaging for motion detection. Bridging the gap between 2D and 3D images is therefore required, with patient-specific motion models being the most viable solution. Standard global motion models are built using a single surrogate, thus assuming a linear correlation between surrogate and changing anatomy, independently from the anatomical location. To date, no global motion model based on 4DCT and cine-MRI images able to provide regional adaptation has been reported. This work was therefore dedicated to the realization of a novel 4DCT global motion model based on Regions Of Interest (ROIs), aiming at accurately compensating for changes during treatment.

Le MRI-Linac consentono l’acquisizione real-time di immagini per poter affrontare nella radioterapia il problema del movimento durante il trattamento. Tuttavia, i limiti imposti da tempi di acquisizione e qualità dell’immagine suggeriscono, come approccio per il monitoraggio del movimento, l’acquisizione di 2D cine-MRI centrate nel tumore. Poiché dal mondo 2D si vuole passare a immagini 3D, per colmare l’assenza di una parte di informazione si utilizzano modelli di movimento paziente-specifici essendo questa la soluzione più pratica. I modelli di movimento globale finora proposti sono costruiti usando un singolo surrogato, perciò assumono che vi sia una correlazione lineare fra il surrogato e le variazioni interne, a prescindere da dove le strutture anatomiche siano localizzate. Ad oggi, non sono ancora stati riportati modelli globali di movimento basati su immagini 4DCT e cine-MRI in grado di garantire un adattamento a regioni. Questo lavoro è stato dunque dedicato alla realizzazione di un modello globale di movimento basato su regioni di interesse (ROIs) e costruito su 4DCT, con l’obbiettivo di compensare accuratamente le variazioni durante il trattamento