3D-image registration : non invasive positioning for intracranial radiotherapy
Recalage d'images 3D : positionnement non-invasif pour la radiothérapie intracrânienne
Résumé
This work presents a patient positioning method allowing the radiologists to combine conformaI radiotherapy and dose fractioning. This method, developed for the treatment of intracranial lesions, is non invasif and does not need stereotactic frames. Data related to the patient's head (cloud of points spread out over the cutaneous surface of the head) and to the lesion (3D position and shape) are obtained via a CT-scan which is usually performed before a treatment. A surfacing sensor, fixed in the treatment room, delivers points distributed over the surface of the patient's face. These data represent the information replacing the stereotactic frame. The lesion can be precisely positioned onto the treatment machine isocenter thanks to two geometric transformations. The first transformation, computed during a calibration step, gives the position of 3D-sensor in the coordinate system of the treatment machine. The second transformation (geometric reltltionship between the coordinate systems of the CT -scanner and of the 3D- sensor) is obtained by registering the data of the two modalities (CT -scan data and visible light data of the 3D-structured light sensor). The global transformation is used to estimate the lesion position in the treatment room by applying sequentially the two transformations at the tumour position given in the CT coordinate system. The patient can then be displaced to bring the les ion onto the isocenter. Tests with a phantom (plaster head) including halls simulating intracraniallesions have shown that tumours can be positioned with a mean euor smaller than 2 mm. This accuracy is better than the one of the best known non invasif method.
Ce travail présente une méthode de positionnement de patients en radiothérapie conformationnelle avec fractionnement de dose. La méthode conçue pour le traitement de lésions intracrâniennes, se base sur un positionnement non-invasif, donc sans cadre stéréotaxique. Des données liées à la tête du patient (nuage de points situés sur la surface cutanée de la tête) et à la lésion (position et forme 3D) sont obtenues de façon standard via une tomodensitométrie. Un capteur surfacique fixé dans la salle de traitement délivre des points situés à la surface du visage du patient, ce dernier représentant l'information remplaçant le cadre. La lésion peut être ramenée précisément sur l'isocentre de la machine de traitement grâce à la détermination de deux transformations géométriques. La première transformation, obtenue par une étape d'étalonnage, donne la position du capteur 3D dans le système de coordonnées de la machine de traitement. La deuxième transformation (lien géométrique entre le repère de tomodensitomètre et celui du capteur 3D) est obtenue par un recalage de données 3D des deux modalités (tomodensitométrie et lumière visible). La transformation globale ainsi calculée permet d'estimer la position de la lésion dans la salle de traitement en appliquant les deux transformations à la position de la tumeur exprimée dans le repère tomographique. Le patient peut ensuite être déplacé pour amener la lésion à l'isocentre. Un fantôme simulant des lésions intracrâniennes a montré que les tumeurs peuvent être positionnées avec une erreur moyenne inférieure à 2 mm. Cette précision est supérieure à celle de la meilleure méthode non-invasive connue.