Validation of an image registration algorithm to control radiation-induced damage in childhooh brain cancer

It is well known that radiotherapy for cranial tumors induce toxicity to the central nervous system. This neurotoxicity is a potential cause of neurobehavioral morbidity in childhood cancer survivors affecting different aspects of cognitive function. It is important in this context to evaluate the damage caused by radiation-therapy at distance of years in order to obtain better pianifications of the future treatments, thus improving the quality of life of the treated subjects. For this purpose it is important to well compare images at distance of time, with different features, to control the proper growth of the brain structures that have undergone radiation therapy. The main issue of this work is the validation of an automatic algorithm of image registration to compare post-radiotherapy cerebral structures with the same after a period of follow up, in pediatric subjects with brain tumors all treated with radiation therapy and without recidive. So a validation framework was produced to verify if the algorithm used for the registration, is able to align correctly Magnetic Resonance Images (with different resolutions and field of view) scanned at distance of years, accounting for physiological growth of the patients.

La radioterapia è una terapia medica consistente nell'utilizzo di radiazione ionizzante, in grado di danneggiare il DNA del tessuto bersaglio rendendo questo trattamento dannoso anche per i tessuti sani. Nel caso di pazienti pediatrici che hanno subito radioterapia all'encefalo, questa può essere a distanza di anni una potenziale causa di morbilità neurocomportamentale che interessa diversi aspetti della funzione cognitiva, in particolare l'attenzione, la memoria e la velocità di ragionamento. In questo contesto clinico risulta dunque importante valutare eventuali danni ai tessuti causati dalla radioterapia a distanza di anni per poter eventualmente ottenere miglioramenti nelle tecniche di pianificazione in radiochirurgia. Il principale obiettivo del lavoro quindi è la validazione di un algoritmo automatico di registrazione di immagini che permetta un corretto confronto tra le strutture encefaliche dopo la radioterapia e le stesse dopo un periodo di follow up di almeno 4 anni in assenza di recidive. Tutto ciò per valutare il corretto sviluppo dei tessuti che hanno subito dose di radiazione ionizzante. E' stata quindi implementata una struttura di validazione per verificare se l'algoritmo utilizzato per la registrazione sia in grado di allineare correttamente le due immagini di Risonanza Magnetica (RM) acquisite a distanza di anni, le quali presentano differenze in risoluzione, campo di vista, ma soprattutto nella grandezza delle strutture di interesse dovute alla fisiologica crescita encefalica degli infanti.