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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. Objectifs 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. Acquisition scanographique initiale Matériels et Méthodes Indice de similarité Dice (ID) Une étude sur 10 patients atteints de cancer de la prostate a été réalisée. La méthode utilisée a été schématisée ci-contre : 1) Comparaison des volumes générés par l’algorithme élastique aux volumes délinéés par le médecin 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. Délinéation médicale des structures (prostate, vessie et rectum) La similarité de délinéation entre le logiciel et les contours du médecin est évaluée à partir d’un outil statistique appelé Indice Dice. Acquisition tomographique CBCT hebdomadaire ID = 2 . Logiciel Isogray Recalage Rigide manuel osseux 2) Etude de variabilité inter inter--observateur de délinéation de structures 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 interobservateur à la variabilité algorithme / médecin. Vm ∩ Va Vm + Va Vm: Volume manuel / Va: Volume automatique Recalage élastique (Block Matching) Si les volumes sont identiques, cet indice est égal à 1. Comparaison Délinéation médicale manuelle des structures sur CBCT Résultats 1) Comparaison des volumes générés par l’algorithme élastique 2) Etude de variabilité interinter-observateur de délinéation de structures aux volumes délinéés par le médecin sur les images CBCT Indice Dice moyen Prostate 0,684 [0,46-0,84] Vessie 0,702 [0,58-0,84] Rectum 0,582 [0,43-0,72] Prostate Vessie Rectum Tableau1. Indice Dice moyen pour les 10 patients % de différence moyen Volumes Algorithme / Volumes Médicaux - 7,53 % [-29 à +11 %] - 7,2 % [-50 à +6 %] - 20 % [-44 à +14 %] Tableau 2. Pourcentage moyen de différence entre les volumes de l’algorithme et celle du médecin Indice Indice Dice prostate Junior 1 / Sénior Junior 2 / Sénior 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 Dice Junior 1 / Sénior Junior 2 / Sénior Moyen 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] Tableau 4. Indice Dice moyen entre volumes délinéés par le médecin sénior et les médecins juniors pour les 3 CBCT 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. Discussion 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 % 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. Conclusion et perspectives 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. © Centre Alexis Vautrin – Octobre 2011 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.
