= Modélisation du mouvement respiratoire pour l'utilisation dans le diagnostic et la radiothérapie

Respiratory motion modeling for use in diagnostic imaging and radiation therapy

• Auteur / Autrice : Hadi Fayad
• Direction : Christian Roux, Dimitris Visvikis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et technologies de l'information et de la communication. Traitement du signal et des images
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Brest

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radiothérapie

Tomographie par émission

Respiration

Imagerie médicale -- Qualité de l'image

Mots clés libres

Tep

Tdm

Mouvement respiratoire

Modélisation

Radiothérapie

Résumé

Les déformations associées au mouvement respiratoire sont l’un des paramètres principaux réduisant la sensibilité et la spécificité au niveau thoracique et abdominal. En outre, le mouvement respiratoire diminue la précision dans la fusion d’images acquises en utilisant un système combiné tomographie à émission de positron / tomodensitométrie (TEP/TDM). Les solutions existantes à jour incluent l’acquisition des images TDM et TEP synchronisées avec la respiration. Cependant, les différences entre l'acquisition 4D TEP et 4D TDM, dues aux conditions de respiration différentes pour ces deux modalités, limitent ce processus. De plus, la dose élevée nécessaire à l’acquisition 4D TDM n’est pas justifiable pour tous les patients. Le premier objectif de cette thèse était alors de générer des images dynamiques TDM à partir d’une image TDM de référence et des matrices de déformation obtenues en utilisant un recalage élastique des données 4D TEP non corrigées pour l’atténuation. Une telle approche élimine, d’une part la nécessité d’une acquisition 4D TDM, et assure d’autre part la bonne correspondance entre les images 4D TDM et 4D TEP. En conséquence, le deuxième objectif de cette thèse était de développer et évaluer dans un premier temps des modèles de mouvement respiratoire spécifiques à chaque patient et dans un deuxième temps des modèles génériques du mouvement respiratoire. Ces modèles relient le mouvement interne aux mouvements externes caractérisés par des signaux respiratoires 1D ou des surfaces externes du patient. Finalement, les deux modèles développés ont été validés et appliqués dans le cadre de la correction du mouvement respiratoire et de l’atténuation en TEP et pour la radiothérapie.

One of the most important parameters reducing the sensitivity and specificity in the thoracic and abdominal areas is respiratory motion and associated deformations which represent today an important challenge in medical imaging. In addition, respiratory motion reduces accuracy in image fusion from combined positron emission tomography computed tomography (PET/CT) systems. Solutions presented to date include respiratory synchronized PET and CT acquisitions. However, differences between acquired 4D PET and corresponding CT image series have been reported due to differences in respiration conditions during PET and CT acquisitions. In addition, the radiation dose burden resulting from a 4D CT acquisition may not be justifiable for every patient. The first objective of this thesis was to generate dynamic CT images from one reference CT image; based on deformation matrices obtained from the elastic registration of 4D non attenuation corrected PET images. Such an approach eliminates, on one hand the need for the acquisition of dynamic CT, while at the same time ensuring the good matching between CT and PET images. The second objective was to develop and evaluate methods of building patient specific respiratory motion models and at as a second step more developed generic respiratory motion models. These models relate the internal motion to the parameters of an external surrogate signal (PET respiratory signal or patient's surface) that can be acquired during data acquisition and treatment delivery. Finally, the two developed models were validated and used in the PET respiratory motion and attenuation correction and in radiation therapy applications.