Metal: CT artefakter

< Metalimplantater

Anvendelse

Denne wiki-side giver en instruks for fremgangsmåden ved beregning af dosis i CT-snit med beam hardening artefakter pga. metaller. DVS. instruksen omhandler ikke fremgangsmåden for bestråling gennem metaller.

Når store metalimplantater CT-skannes vil beam hardening lede til såkaldte streg-artefakter; sorte og hvide streger i de CT-snit hvor metallet ligger. De ses især ved tandfyldninger og ved metalproteser. Men de kan også ses i mindre grad omkring meget tætte knogler, beekly-spots og små skruer. Disse artefakter leder til en forkert Hounsfield Unit (HU) og dermed en forkert stopping power (SPR). Artefakterne skal derfor vurderes og håndteres inden der kan beregnes dosis i de påvirkede CT-snit. Artefakterne er størst tæt på metallet men alle HU-værdier er i princippet påvirket i de pågældende CT-snit.

Eksempel på artefakter fra tandfyldninger.

Indtegning

1. Indtegn metal

Gå i workspace Contouring
Opret struktur metal og lav strukturen om til high resolution
Brug værktøjet Image Thresholding:
- Sæt VOI-box omkring det relevante område på skanningen
- Sæt HU-grænser fra 1800 og op til den maksimale HU-værdi (brug Manual Selection)
- Processing Mode: 3D
- Ingen Asymmetric Smoothing
Slet de dele af knogler og Beekley spots, der inkluderes i strukturen (lav evt. en teststruktur omkring implantatet og lav en fællesmængde af de to strukturer).

2. Indtegn artefaktområde

Gå i workspace Contouring
Opret struktur Artefacts og lav strukturen om til high resolution
Brug værktøjet Margin to Structure:
- Lav en margin på 2 cm i planet og 1 mm i slice-retningen

3. Foretag en vurdering

Hvis target ligger inden for eller overlapper med Artefacts-strukturen skal de dele af target overskrives med en passende HU-værdi.
Hvis strålegangen går gennem Artefacts-strukturen skal området indtegnes og overskrives med en passende HU-værdi.
Hvis man ikke forventer at der kommer dosis inden for Artefacts-strukturen er det ikke nødvendigt at overskrive. Man skal dog alligevel gøre lægen opmærksom på en øget rangeusikkerhed i de pågældende snit, og dermed være mere opmærksom hvis dosis til normalvæv ligger tæt på grænseværdierne (se afsnittet om planlægning).

4. Foretag de nødvendige HU-overwrites

Gå i workspace Contouring
Opret struktur XX_ROI og lav strukturen om til high resolution (Hvor XX refererer til vævstypen eller organ. Fedt, muskel, organ, tumor, eller lignende)
Scroll gennem patienten og find den tilsvarende vævstype på et slice uden artefakter.
Brug Brush-værktøjet:
- Indtegn så stort et område af vævet som muligt. Det er vigtigt at vælge kun homogent væv.
Aflæs både middel HU og standard afvigelsen i Structure Properties. Hvis vævet i XX_ROI er homogent nok, vil standardafvigelsen være omkring 5-10 HU.
Opret struktur XX_Z og lav strukturen om til high resolution
Brug Brush-værktøjet:
- Indtegn det område, der skal overskrives
Højre-klik på XX_Z og overskriv HU med den aflæste middel HU af XX_ROI afrundet til et helt tal.

Indtegning af metal.
Indtegning af artefakt-område.
Indtegning og aflæsning af XX_ROIs HU-værdier.
HU-overwrite af XX_Z.

Planlægning

Undgå at skyde igennem Artefacts-strukturen for at dække et område der ligger bag.
Skyd aldrig igennem selve metallet da størrelsen af metallet er umuligt at se og dermed vil give alt for store unøjagtigheder.
Undgå beams parallelt med streg-artefakter
Informer lægen om den generelle øgede range usikkerhed i alle væv i disse snit og også i de overskrevede væv (se flere detaljer i næste afsnit)
Det kan være nødvendigt at tilføje ekstra marginer til target eller danne et slags PRV til ekstra følsomme normalvæv, for at tage højde for den forøgede range-usikkerhed i optimeringen.
NB: Hvis artefakterne ikke kan undgås eller hvis de ikke kan overskrives på tilfredsstillende vis, skal man overveje at udelukke patienten fra proton behandling.
NB: Hvis artefakterne strækker sig over mange CT-snit (omegnen af 10-15) må man overveje at udelukke patienten fra proton behandling.

Evaluering af HU afvigelse i normalvæv med metal i snittet.
Evaluering af HU afvigelse i normalvæv uden metal i snittet.

Flere detaljer

(DETTE AFSNIT ER ENDNU IKKE FÆRDIGT) Da proton-spotten strækker sig over flere CT-snit (ihvertfald fra de coplanare felter), og artefakterne tit kun dækker 3-4 snit vil den energi som optimizeren vælger ikke kun blive bestemt udfra HU-værdierne i de artefakt-snittene, og dette hjælper til at minimere usikkerhederne.

Standardafvigelsen på homogene væv er typisk i omegnen af 5 HU. I CT-snit med stregartefakter fra metal vil standardafvigelsen være markant større. Inden for artefaktstrukturen er usikkerhederne så store at det ikke er forsvarligt at beregne dosis. I områder længere fra metallet, fx. i spinal cords afstand fra en tandprotese, vil middel HU værdien være korrekt men standardafvigelsen vil være øget.

TABEL med vores patienters mean HU medulla + STD med og uden artefakter

Disse større standard afvigelser vil lede til en større rangeusikkerhed. Hvor stor den er, afhænger af hvor langt beamet har bevæget sig gennem det "usikre væv". Her er et par eksempler

TABEL med HU usikkerhed i voxels og hvordan de kan lægges sammen langs beamet.

Guideline for hvor meget ekstra margin man kan tilføje til tumor eller til et PRV.

Evaluering af WET-afvigelse ved en forkert HU-overwrite-værdi.

Referencer

K. M. Andersson, C. V. Dahlgren et al., Evaluation of two commercial CT metal artefact reduction algorithms for use in proton radiotherapy treatment planning in the head and neck area, Med. Phys. 45 (10), October 2018. IMAR will correct streaks in the images and reduce the ΔWET as compared to an image with no metal. In close vicinity to the metal however, there are none or only small improvements. The range uncertainty will depend on the distance traversed and adequate margins can be added. Near the metal overrides are necessary. The dosimetric evaluations show normal tissue dose differences in the order of 1% in the images with metal as compared to images without. Targets near or at metal artefacts can have dose differences up in the order of 7%, however mostly beyond the target and not within. This must be related to the different WETs in the images.

K. M. Andersson, A. Ahnesjö et al., Evaluation of a metal artefact reduction algorithm in CT studies used for proton radiotherapy treatment planning, Journal of Applied Clinical Medical Physics, Vol 15, No. 5, 2014. With MAR differences in WET between artefacts and no artefacts are below 5 mm (for a 10-15 cm path). 5 mm are seen when the beam is close to the metal or when the beam is parallel to the streaks.

Y. Jia, L. Zhao et al., Dose perturbation effect of metallic spinal implants in proton beam therapy. Journal of Applied Clinical Medical Physics, Vol 16, No. 5, 2015. Deals mostly with irradiation through metals: Ti and stainless steel. TPS underestimates dose through the metal and overestimates dose in close vicinity to the metal.

M. Katsura, J. Sato et al.,Current and Novel Techniques for Metal Artifact Reduction at CT: Practical Guide for Radiologists, RadioGraphics, Vol 38, no. 2, 2018. A nice overview of the physics leading to the artefacts.