Visual Comparison of Registration Methods in Radiotherapy

Bc. Martina Vitkovičová

Bachelor's thesis

Abstract:

Počas rádioterapeutickej liečby rakoviny prostaty sa u pacienta môžu vyskytnúť malé zmeny v anatómii vedúce k nežiaducemu ožiareniu zdravého tkaniva a nedostatočnému ožiareniu nádoru. Správny výber registračnej metódy použitej počas liečby môže zohľadňovať tieto anatomické zmeny a minimalizovať tak negatívne vedľajšie účinky ožiarenia. V tejto bakalárskej práci predstavujeme aplikáciu na vizuálne porovnanie a analýzu dvoch registračných metód najčastejšie používaných pri liečbe rakoviny prostaty prostredníctvom rádioterapie: registrácia založená na polohe kostí a registrácia založená na polohe prostaty. Aplikácia pozostáva z niekoľkých 2D a 3D grafov, ktoré sú interaktívne, vzájomne poprepájané a poskytujú používateľovi údaje z viacerých uhlov pohľadu. Dáta zobrazené v jednotlivých grafoch sú vypočítané z retrospektívnych údajov pacientov s rakovinou prostaty, ku ktorým patria CT snímky anatómie a obrysy troch orgánov panvovej oblasti. Na doplnenie týchto dát sme vykonali segmentáciu panvových kostí potrebných pre jednu z registračných metód. Nakoniec sme uskutočnili používateľskú štúdiu na vyhodnotenie použiteľnosti, funkčnosti a dizajnu navrhovanej aplikácie.

Abstract:

During prostate cancer treatment via radiation therapy, alterations in patient anatomy may occur and lead to undesirable irradiation of healthy tissue and insufficient irradiation of tumour. A proper choice of registration method used at the time of the treatment can take into consideration the patient's anatomical changes and minimise the negative side effects. In this thesis, we propose an application for visual comparison and study of two of the most common registration methods used in prostate cancer treatment via radiotherapy: bone-based registration and prostate-based registration. The application consists of various 2D and 3D graphs that are interactive and mutually linked, providing the application user with different views on the problematics. The individual graphs are computed from the retrospective data of prostate cancer patients, including CT images of patients' anatomy and soft tissue contours of three pelvic area organs. To complement this data, we also performed a segmentation of pelvic bones necessary for one of the registration methods. Lastly, we conducted a user study to evaluate the usability, functionality, and design of the proposed application.

Keywords

prostate cancer, radiotherapy, bone-based registration, prostate-based registration, bone segmentation, ICP algorithm, visualisation, Dash, Plotly

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 12. 2022

Thesis defence

• Date of defence: 31. 1. 2023
• Supervisor: RNDr. Katarína Furmanová, Ph.D.
• Reader: RNDr. Pavol Ulbrich

Masaryk University

Faculty of Informatics

Bachelor programme / field:
Informatics / Informatics