Extraction du signal respiratoire à partir de projections cone-beam du thorax pour l'imagerie TDM 4D en radiothérapie

National audienceCe travail a fait l'objet d'un résumé accepté au congrès de l'American Society of Therapeutic Radiology and Oncology de 2005.Objectif de l'étudeL’objectif de cette étude était l'acquisition d'images 3D dynamiques (4D) du thorax en respiration libre avec le Synergy cone-beam d’Elekta. L'approche classique consiste à faire face à la lenteur de l'acquisition relativement au cycle respiratoire en triant rétrospectivement les projections cone-beam avec un signal respiratoire. Nous proposons d'extraire ce signal respiratoire directement des projections tomodensitométriques cone-beam plutôt que d'utiliser une synchronisation externe (spiromètre, caméra infrarouge avec marqueurs, etc...). Notre méthode a été testée et validée sur des données simulées.Matériel et méthode. * Simulation cone-beam Notre simulation suit dans le temps un signal respiratoire réel obtenu avec l'Active Breathing Coordinator (ABC) de chez Elekta ; à chaque instant t, le signal respiratoire donne la position f(t) dans le cycle respiratoire et le modèle 4D le volume 3D correspondant. Ce modèle 4D est le résultat d'une étude précédente ; il est obtenu par recalage non-rigide de deux images tomodensitométriques 3D en blocage respiratoire (une en fin d'inspiration et une en fin d'expiration). Finalement, une radiographie (Digitally Reconstructed Radiographs) du volume 3D est calculée par une implémentation de l'algorithme du shearwarp pour obtenir la projection TDM CB souhaitée. * Extraction du signal respiratoire Notre méthode se décompose en 3 parties : (1) sélection depoints d'intérêt constituant un sous-échantillonnage des pixels des projection tomodensitométrique cone-beam (entre 100000 et 200000 points au total); (2) extraction du mouvement par un algorithme de correspondance de blocs (Block Matching Algorithm); (3) traitement des trajectoires 2D+t extraites : projection en signaux 1D+t et filtrage passe-hautfréquentiel ; sélection fondée sur la composante principale sur le spectre en amplitude de Fourier ; intégration sur le temps d'acquisition global.RésultatsNous avons extrait des projections tomodensitométriques cone-beam un signal respiratoire ayant une corrélation linéaire de 96 % avec le signal référence. La mesure du pourcentage de points mal placés entre le tri avec le signal extrait et le tri avec le signal référence a montré parexemple que 17 % des points n'étaient pas placés dans le bon groupe pour un tri avec 8 groupes.ConclusionNotre méthode permet l'extraction d’un signal fortement corrélé à la référence. Les trajectoires sont sélectionnées automatiquement et correspondent à des points d'intérêt situés dans la partie inférieure des poumons ; la direction des trajectoires de ces points est principalement craniocaudale pour les coupoles et perpendiculaire aux parois pulmonaires sinon. Les images 4D seront finalement obtenues après reconstruction dans chacun des groupes de projections obtenus après tri avec le signal extrait