Valutazione quantitativa dell'accuratezza di un algoritmo di registrazione elastica in volumi 4D torace = Quantitative evaluation of the accuracy of an elastic registration algorithm in 4D chest volumes

Il piano di trattamento radioterapico consente di garantire che le radiazioni ionizzanti siano dirette in modo mirato al volume bersaglio, minimizzando l’esposizione degli organi sani circostanti. Tuttavia, è possibile che durante il corso del trattamento il paziente subisca delle modificazioni anatomiche che rendono necessario adattare il profilo della dose alla nuova geometria ed eventualmente ricalibrare la dose. Per quantificare i cambiamenti anatomici si utilizzano gli algoritmi di registrazione deformabile di immagini (DIR), la cui accuratezza garantisce risultati affidabili nella pratica clinica e gioca un ruolo fondamentale nella definizione dell’incertezza della dose erogata. In un progetto di tesi precedente era stata effettuata una validazione voxel-based dell’algoritmo di registrazione deformabile implementato nel sistema di pianificazione del trattamento (TPS) RayStation su volumi TC testa-collo, mediante consistenza inversa. I risultati ottenuti dimostravano che, all’interno di una stessa regione di interesse (ROI), il massimo errore di consistenza inversa (ICE) correlava molto bene con l’effettivo errore spaziale. Questo lavoro ha l’obiettivo di valutare quantitativamente l’accuratezza della DIR a livello locale e non solo basandosi sulle ROI segmentate. L’algoritmo utilizzato per la validazione è integrato all’interno del TPS RayStation, che è stato reso disponibile dall’azienda Tecnologie Avanzate. Sono stati utilizzati due dataset, entrambi del distretto toracico: il POPI-model, composto da un imaging TC-4D, e il Validation Data, che comprendeva le scansioni TC-4D di sei pazienti; ogni set di dati era costituito da dieci TC, che rappresentavano un ciclo completo di respirazione. L’utilizzo della TC-4D consente di simulare il movimento delle strutture anatomiche al fine di avere una previsione dello spostamento del tumore in fase di trattamento. Per ogni volume erano disponibili dei punti di riferimento annotati da medici esperti, utilizzati per validare l’accuratezza dei campi di deformazione (DVFs) attraverso il calcolo del Target Registration Error (TRE). Per valutare la qualità della registrazione, è stata condotta un’analisi sui DVFs generati tramite Raystation attraverso il calcolo di alcune metriche (somma normalizzata delle differenze quadratiche %, coefficiente di correlazione). È stato inoltre calcolato l’errore di consistenza inversa come composizione dei DVFs ed esaminato il suo andamento al variare dell’entità della deformazione. In corrispondenza di ciascun punto di riferimento, è stato calcolato il TRE come la distanza euclidea tra la posizione del punto registrato e la sua posizione di riferimento nota. Dopodiché è stata valutata la correlazione tra il TRE e l’ICE nei punti corrispondenti mediante il calcolo del coefficiente di Spearman, un indice non parametrico che misura il grado di relazione tra due variabili. Nella pratica clinica, una correlazione tra ICE e TRE indica che, utilizzando esclusivamente i campi vettoriali di deformazione generati dal TPS, è possibile stimare l’errore spaziale effettivamente commesso e, di conseguenza, l’incertezza nella dose somministrata in ciascun punto del volume in analisi. È stato infine osservato che, nonostante le metriche di consistenza inversa indichino un buon allineamento tra le immagini, l’errore effettivo di registrazione risulta essere più elevato. Questo suggerisce che una prestazione soddisfacente in termini di consistenza inversa non garantisce necessariamente un processo di deformazione accurato.