Segmentação de imagens PET para definição de volumes de tratamento em planejamento radioterápico

Autores

  • Alex Holanda de Oliveira Faculdade Nova Esperança, João Pessoa, Brasil
  • Isabelle Lacerda Centro Regional de Ciências Nucleares do Nordeste, Comissão Nacional de Energia Nuclear, Recife, Brasil
  • Jefersson Araújo Faculdade Nova Esperança, João Pessoa, Brasil

DOI:

https://doi.org/10.29384/rbfm.2023.v17.19849001606

Palavras-chave:

Câncer, Radioterapia, Processamento de imagens, Tomografia por Emissão de Pósitrons

Resumo

De acordo com as projeções estatísticas do Instituto Nacional do Câncer, estima-se aproximadamente 704.000 novos casos de câncer no Brasil para cada ano do triênio 2023-2025. Uma das principais técnicas para o tratamento desta patologia é a radioterapia. Durante o planejamento radioterápico, é determinada a maneira mais adequada de se irradiar o volume tumoral, buscando minimizar a dose de radiação nos tecidos vizinhos saudáveis. A definição do volume-alvo é geralmente realizada por delineação manual diretamente numa imagem radiológica do paciente pelo radioterapeuta. Isto leva a um maior nível de incerteza visto que esse método de segmentação é subjetivo. Este trabalho busca colaborar na identificação de métodos alternativos de segmentação para definição de volumes em imagens PET (do inglês Positron Emission Tomography), de modo a possibilitar ferramentas alternativas de auxílio aos profissionais no planejamento radioterápico. Para isto, foram comparados métodos de segmentação em imagens do fantoma IEC/NEMA (IEC do inglês, International Electrotechnical Commission e NEMA do inglês, National Electrical Manufacturers Association) utilizando o software ImageJ. Os métodos avaliados foram o threshold, o level sets e o k-means clustering. Dentre esses, o threshold apresentou resultados mais satisfatórios para segmentação de imagens PET. Entretanto, são necessárias mais pesquisas no desenvolvimento de técnicas que realizem de maneira mais precisa a definição do volume-alvo no planejamento radioterápico, principalmente devido ao alto nível de ruído e baixa resolução espacial das imagens PET.

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Biografia do Autor

Isabelle Lacerda, Centro Regional de Ciências Nucleares do Nordeste, Comissão Nacional de Energia Nuclear, Recife, Brasil

Graduação em Tecnologia em Radiologia pelo Instituto Federal de Pernambuco - IFPE (2010), Mestrado (2013) e Doutorado (2017) pelo Programa de Pós-graduação em Tecnologias Energéticas e Nucleares - UFPE. Atualmente é pesquisadora colaboradora da Divisão de Produção de Radiofármacos do Centro Regional de Ciências Nucleares do Nordeste (CRCN-NE/CNEN). Tem experiência na área de Engenharia Nuclear, com ênfase em Dosimetria e Instrumentação Nuclear, atuando, principalmente, nos seguintes temas: monitoração dosimétrica de indivíduos ocupacionalmente expostos e de pacientes submetidos a exames de medicina nuclear e desenvolvimento de modelos computacionais de exposição utilizando fantomas antropomórficos e métodos Monte Carlo.

Referências

INCA. Estimativa 2023: Incidência de câncer no Brasil. Rio de Janeiro: INCA; 2023. [Acesso em 23/02/2023] Disponível em: www.gov.br/inca/pt-br/assuntos/cancer/numeros/estimativa

Cardoso MJD. Estudo dosimétrico para implementação da técnica radioterapêutica Volumetric Modulated Arc Therapy (VMAT) [dissertação]. Lisboa: Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa; 2011.

PERES L. Princípios físicos e técnicos em radioterapia. 1st ed. Rio de Janeiro: Rubio; 2018. 240 p.

Michelon E, Colenci B, Paula V. Diferenças entre os exames de tomografia computadorizada realizados para fins diagnósticos e para planejamento radioterápico. Disciplinarum Scientia: Série: Ciências Naturais e Tecnológicas. 2005;13(1).

Burnet NG, Thomas SJ, Burton KE, Jefferies SJ. Defining the tumour and target volumes for radiotherapy. Cancer Imaging. 2004; 21.

Faria SL, Lisbona R, Stern J, Devic S, Souhami L, Freeman CR. O uso de FDG-PET/TC scan no planejamento da radioterapia em câncer do pulmão não de pequenas células. Radiol Bras. 2007;40(5):345–8.

Arabi H, Zaidi H. Improvement of image quality in PET using post-reconstruction hybrid spatial-frequency domain filtering. Physics in Medicine & Biology, 63, 2018.

Foster B, Bagci U, Mansoor A, Xu Z, Mollura DJ. A review on segmentation of positron emission tomography images. Computers in Biology and Medicine, 50, 2014.

Vosoughi H, Geramifar P. PET NEMA IQ phantom dataset for quantification study, Mendeley Data, V2, 2021. DOI: 10.17632/zbz4rcjywc.2.

Abràmoff M. D., Magalhães P. J., Ram S. J. Image Processing with ImageJ. Biophotonics International, 11, 7, 2004.

Cabral P. Erros e Incertezas em Medições. 2004. Disponível em: http://www.peb.ufrj.br/cursos/ErrosIncertezas.pdf [Acesso em 23/02/2023]

Ali I, Rehman AU, Khan DM, Khan Z, Shafiq M, Choi JG. Model Selection Using K-Means Clustering Algorithm for the Symmetrical Segmentation of Remote Sensing Datasets. Symmetry, 14, 2022.

Jardim S, António J, Mora C. Graphical Image Region Extraction with K-Means Clustering and Watershed. Journal of Imaging, 8, 2022.

Cherry P, Duxbury AM. Practical radiotherapy: physics and equipment. 3th ed. Inglaterra: Wiley-Blackwell; 2019.

ICRU – International Commission on Radiation Units and Measurements. Determination of absorbed dose in a patient irradiated by beams of x or gamma rays in radiotherapy procedures: ICRU Report 24. Bethesda, 1976.

Thwaites D. Accuracy required and achievable in radiotherapy dosimetry: have modern technology and techniques changed our views? J. Phys: Conference Series. [cited/acesso 2020 Dec 12]. Available from: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/444/1/012006

Caravatta L, Macchia G, Mattiucci GC, Sainato A, Cernusco NL, Mantello G, et al. Inter-observer variability of clinical target volume delineation in radiotherapy treatment of pancreatic cancer: a multi-institutional contouring experience. Radiat Oncol. 2014;9: 198.

Drever, L.; Roa, W.; McEwan, A.; Robinson, D. Iterative threshold segmentation for PET target volume delineation. Medical Physics, 34, 4, 2007.

Boellaard R, Krak NC, Hoekstra OS, Lammertsma AA. Effects of noise, image resolution, and ROI definition on the accuracy of standard uptake values: a simulation study. J Nucl Med. 2004(45).

Lee JA. Segmentation of positron emission tomography images: some recommendations for target delineation in radiation oncology. Radiother and Oncol. 2010(96).

Sattler B, Lee JA, Lonsdale M, Coche E. PET/CT (and CT) instrumentation, image reconstruction and data transfer for radiotherapy planning. Radiother and Oncol., 96, 2010.

Schaefer, A.; Kremp, S.; Hellwig, D.; Rübe, C.; Kirsch, C.-M.; Nestle, U. A contrast-oriented algorithm for FDG-PET-based delineation of tumour volumes for the radiotherapy of lung cancer: derivation from phantom measurements and validation in patient data. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging, 35, 2008.

Pfaehler, E.;, Burggraaff, C.; Kramer, G.; Zijlstra, J.; Hoekstra, O. S.; Jalving, M.; Noordzij, W.; Brouwers, A. H.; Stevenson, M. G.; Jong, J.; Boellaard, R. PET segmentation of bulky tumors: Strategies and workflows to improve inter-observer variability. PLoS ONE, 15, 3, 2020.

Amira A, Chandrasekaran S, Montgomery DWG, Uzun IS. A segmentation concept for positron emission tomography imaging using multiresolution analysis. Neurocomputing, 71, 2008.

Soret M, Bacharach SL, Buvat I. Partial-Volume Effect in PET Tumor Imaging. The Journal of Nuclear Medicine, 48, 6, 2007.

ICRP. Radiation Dose to Patients from Radiopharmaceuticals - Addendum 3 to ICRP Publication 53. ICRP Publication 106. Oxford, 2008.

Koppenol WH, Bounds PL, Dang CV. Otto Warburg’s contributions to current concepts of cancer metabolism. Nat Rev Cancer. 2011;11:325–337.

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Publicado

2023-06-02

Como Citar

Holanda de Oliveira, A., Lacerda, I., & Araújo, J. (2023). Segmentação de imagens PET para definição de volumes de tratamento em planejamento radioterápico. Revista Brasileira De Física Médica, 17, 606. https://doi.org/10.29384/rbfm.2023.v17.19849001606

Edição

Seção

Artigo Original