MRI-only radiotherapy treatment planning of the brain - Ranta, Iiro (fi=Turun yliopisto|en=University of Turku|, 2023)
Advancements in imaging methods have made it possible to create synthetic computed tomography (sCT) images from magnetic resonance imaging (MRI) data. MRI-based methods enable computed tomography (CT) to be omitted from the radiotherapy (RT) workflow and transitioning into MRI-only radiotherapy planning (RTP) of the brain. Geometric distortions in magnetic resonance (MR) images and the resulting image quality of generated sCTs are a challenge for the accuracy requirements of RT compared with CT-based methods of RTP. The current dissertation evaluated the suitability of the latest MRI scanners for MRI-only RTP, and the clinical feasibility of present quality assurance methods for measuring geometric accuracy. The clinical feasibility of MRI-only brain RTP of two different sCT generation methods was also investigated. The magnetic resonance attenuation correction (MRAC) based sCT generation method was evaluated for dosimetric accuracy. Additionally, the clinical feasibility of a commercially available deep learning based sCT generation algorithm was evaluated in terms of dosimetric and patient positioning accuracy. Based on the results of the current dissertation, the geometric accuracy of stateof-the-art MRI scanners were shown to meet the requirements of MRI-only based brain RTP. The results also showed that the sCT images generated by the MRAC method are useful for performing dose calculation in the brain. The sCTs generated using a commercial method demonstrated clinical feasibility of dose calculation and patient positioning for MRI-only brain RTP.

Magneettikuvauspohjainen sädehoidon suunnittelu aivojen alueella Kuvantamismenetelmien kehitys on mahdollistanut pelkästään magneettikuvauksesta (MK) saatavaan informaatioon perustuen ns. synteettisten tietokonetomografiakuvien (sTT) muodostamisen aivojen alueella. MK-pohjaisten menetelmien avulla on mahdollista luopua kokonaan tietokonetomografiasta (TT) osana sädehoidon suunnitteluketjua ja siirtyä aivojen alueella kokonaan MKpohjaiseen sädehoidon suunnitteluun. Magneettikuvissa esiintyvät geometriset vääristymät, sekä niiden pohjalta muodostettavien sTT-kuvien laatu ovat mahdollinen haaste sädehoidon tarkkuusvaatimusten kannalta verrattuna TTkuvaukseen pohjautuviin menetelmiin. Tässä väitöstutkimuksessa arvioitiin nykyisin käytössä olevien MKlaitteiden soveltuvuutta MK-pohjaiseen sädehoidon suunnitteluun, ja nykyisin käytössä olevien geometrisen tarkkuuden laadunvarmistusmenetelmien soveltuvuutta kliiniseen laadunvalvontaan sädehoidossa. MK-pohjaisen sädehoidon suunnittelun kliinistä soveltuvuutta aivojen alueelle tutkittiin kahdella eri menetelmällä. MK-pohjaiseen vaimennuskorjausmenetelmään perustuvan sTTgenerointimallin soveltuvuutta arvioitiin annoslaskennan tarkkuuden osalta. Lisäksi tutkittiin kaupallisen, syväoppimiseen pohjautuvan algoritmin tuottamien sTTkuvien soveltuvuutta kliiniseen käyttöön annoslaskennan ja potilasasettelun verifioinnin tarkkuuden osalta. Väitöstutkimuksen tulosten perusteella voitiin osoittaa, että nykyaikaiset MK-laitteet täyttävät geometrisen tarkkuuden osalta vaatimukset MK-pohjaiseen sädehoidon suunnittelukuvantamiseen pään alueella. Lisäksi tulokset osoittivat, että MK-pohjaiseen vaimennuskorjaukseen pohjautuvalla menetelmällä luodut sTTkuvat soveltuvat sädehoidon annoslaskennan toteuttamiseen aivojen alueella. Kaupallisella menetelmällä luodut sTT-kuvat voitiin todeta soveltuviksi kliiniseen käyttöön sädehoidon suunnittelussa aivojen alueella annoslaskennan ja potilasasettelun verifioinnin tarkkuuden osalta.