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Valider la fiabilité d’une délinéation
automatique des structures d’un
patient à partir d’un recalage élastique
Dounia Bouzid(1,2), Sandrine Huger(1,2), Vincent Marchesi(1,2), Véronique Beckendorf(1), Alain Noel(1,2)
1Centre Alexis Vautrin, département de radiothérapie, Vandoeuvre-lès-Nancy, France.
2Centre de Recherche en Automatique de Nancy, UMR7039 Nancy-Université INPL, Vandoeuvre-lès-Nancy, France.
ObjectifsObjectifs
Les systèmes d’imagerie embarqués sur les accélérateurs linéaires (OBI, Varian) permettent l’acquisition d’images tomographiques en 3D (CBCT) du patient au cours de son traitement. Ces images
offrent la possibilité de calculer la distribution de dose réelle délivrée au patient le jour de son traitement, ouvrant ainsi la voie à la radiothérapie adaptative. Cependant, si des différences entre la
distribution de dose planifiée et la distribution de dose délivrée veulent être appréhendées, une nouvelle délinéation manuelle des structures est nécessaire. Cette étape se révèle fastidieuse et
constitue un obstacle à la généralisation de l’adaptation du traitement.
Un algorithme de déformation élastique nommé « superbaloo dense » (Block Matching élastique, INRIA) a été intégré dans le logiciel Isogray (Dosisoft) et permet, grâce à un recalage d’images, le
transfert automatique des structures délinéées sur le scanner de planification vers les images CBCT. L’algorithme est basé sur la mise en correspondance des intensités des 2 images à recaler.
Le but de notre étude est de valider l’utilisation de cet algorithme pour la délinéation automatique sur imagerie CBCT de volumes de patient traités pour un cancer de la prostate.
Matériels et MéthodesMatériels et Méthodes
Une étude sur 10 patients atteints de cancer de la prostate a été
réalisée. La méthode utilisée a été schématisée ci-contre :
1)1) ComparaisonComparaison desdes volumesvolumes générésgénérés parpar l’algorithmel’algorithme
élastiqueélastique auxaux volumesvolumes délinéésdélinéés parpar lele médecinmédecin
L’adéquation de position et conformation des volumes générés
a été évalués en utilisant l’Indice de similarité DICE ainsi que les
volumes de chacune des structures.
22)) EtudeEtude dede variabilitévariabilité interinter--observateurobservateur dede délinéationdélinéation dede
structuresstructures
Toutes les imageries d’un seul patient ont été délinéées par un
médecin senior (référence) et deux internes (junior). Cette
comparaison a été effectuée afin d’apprécier la variabilité inter-
observateur à la variabilité algorithme / médecin.
Acquisition scanographique initiale
Délinéation médicale des structures (prostate, vessie et rectum)
Acquisition tomographique CBCT hebdomadaire
Recalage Rigide manuel osseux
Recalage élastique (Block Matching)
Délinéation médicale manuelle des
structures sur CBCT
Indice de similarité Dice (ID)
La similarité de délinéation entre le logiciel et les
contours du médecin est évaluée à partir d’un outil
statistique appelé Indice Dice.
Vm: Volume manuel / Va: Volume automatique
Si les volumes sont identiques, cet indice est égal à 1.
Vm ∩Va
Vm + Va
ID = 2 .
Logiciel Isogray
Comparaison
© Centre Alexis Vautrin – Octobre 2011
DiscussionDiscussion
La comparaison des volumes délinéés par l’algorithme Block Matching versus le médecin donne des Indice de similarité Dice de 0,684 pour le volume Prostate et de 0,7 pour le volume Vessie
engendrant des différences moyennes respectives de -7,5 %
L’indice dice du rectum de 0,582, montre la plus faible adéquation algorithme / médecin. Ceci s’explique par une modification plus marquée de la réplétion rectale inter-séance ainsi que par la
présence d’air dans le rectum entrainant d’importants artéfacts et rendant la délinéation plus aléatoire.
Aucune données bibliographiques n’indique de valeur seuil pour cet indice statistique ; c’est pourquoi, nous avons réalisé cette étude de variabilité inter-médecin sur CBCT pour un seul patient. Les
résultats des Indices Dice semblent légèrement meilleurs que ceux comparant l’algorithme aux volumes médicaux.
Les trois médecins ont précisé que la délinéation des structures par l’algorithme élastique constituait une aide très utile à la distinction de l’interface Vessie / Prostate sur imagerie CBCT où le
contraste se révèle inférieur à l’imagerie scanner. En effet, l’imagerie CBCT est acquise grâce à un faisceau conique large engendrant plus de rayonnement diffusé dans l’image et donc plus de
bruit. Par ailleurs, aucun produit de contraste n’a été injecté au patient préalablement à l’acquisition. Ceci explique que la variabilité inter-médecin soit plus marquée sur les images CBCT que sur
les images CT.
RésultatsRésultats
1)1) Comparaison des volumes générés par l’algorithme élastique Comparaison des volumes générés par l’algorithme élastique 2)2) Etude de variabilité interEtude de variabilité inter--observateur de délinéation de structures observateur de délinéation de structures
aux volumes délinéés par le médecin sur les images CBCTaux volumes délinéés par le médecin sur les images CBCT
Tableau1. Indice Dice moyen pour les 10 patients Tableau 2. Pourcentage moyen de différence entre les volumes
de l’algorithme et celle du médecin
La variabilité inter-observateur sur imagerie scanner se révèle très similaire entre le médecin sénior et les
2 médecins junior.
Le volume Rectum montre l’indice Dice le plus faible et le pourcentage moyen d’écart entre les volumes générés Sur imagerie CBCT, cette variabilité est identique pour les volumes Vessie et Rectum mais semble
légèrement inférieure pour le volume Prostate avec le médecin junior 2
par l’algorithme et ceux réalisés manuellement par le médecin le plus important allant jusqu’à -20%.
Une variabilité plus importante est retrouvée pour l’imagerie CBCT en comparaison à l’imagerie CT.
ConclusionConclusion etet perspectivesperspectives
La similarité entre les structures est jugée convenable par les médecins mais reste inférieure à celle retrouvée pour la variabilité inter-observateur.
La délinéation des structures par l’algorithme de déformation élastique Block Matching présente une aide très utile pour la délinéation médicale, surtout sur les images CBCT, peu
contrastée par rapport au CT initial. La suite de ce travail réside dans l’évaluation des conséquences dosimétriques des modifications anatomiques se produisant au cours du
traitement du patient.
Indice Dice moyen
Prostate 0,684 [0,46-0,84]
Vessie 0,702 [0,58-0,84]
Rectum 0,582 [0,43-0,72]
% de différence
moyen Volumes
Algorithme /
Volumes Médicaux
Prostate - 7,53 % [-29 à +11
%]
Vessie - 7,2 % [-50 à +6 %]
Rectum - 20 % [-44 à +14 %]
Indice
Dice
Moyen
Junior 1 / Sénior Junior 2 / Sénior
Prostate 0,67 [0,55-0,77] 0,78 [0,67-0,84]
vessie 0,84 [0,81-0,87] 0,84 [0,82-0,88]
rectum 0,70 [0,63-0,74] 0,70 [0,63-0,71]
Indice Dice Junior 1 / Sénior Junior 2 / Sénior
prostate 0,81 0,87
vessie 0,95 0,96
rectum 0,90 0,92
Tableau 3. Indice Dice entre volumes délinéés par le médecin
sénior et les médecins junior pour le CT initial Tableau 4. Indice Dice moyen entre volumes
délinéés par le médecin sénior et les médecins
juniors pour les 3 CBCT