ZIEL:
Die durch Kegelstrahl-Computertomographie (CBCT) gesteuerte Forschungsplattform für Kleintierbestrahlung (SARRP) wurde für die fokale Tumorbestrahlung entwickelt und ermöglicht es Laborforschern, grundlegende biologische Hypothesen zu testen, die die Ergebnisse der Strahlentherapie auf eine Weise verändern können, die zuvor nicht möglich war. Die DVT bietet einen hervorragenden Knochen-Weichgewebe-Kontrast, ist jedoch nicht in der Lage, Tumore vom umgebenden Weichgewebe zu unterscheiden. Im Gegensatz dazu ermöglicht die Biolumineszenztomographie (BLT) die direkte Visualisierung selbst subtastbarer Tumoren und die quantitative Bewertung der Tumorreaktion. Die Integration von BLT mit CBCT bietet ergänzende Bildinformationen, wobei CBCT anatomische Strukturen abbildet und BLT leuchtende Tumore differenziert. Ziel dieser Studie ist die Entwicklung einer systematischen Methode zur Kalibrierung eines integrierten CBCT- und BLT-Bildgebungssystems, das an Bord des SARRP zur Steuerung der fokalen Tumorbestrahlung eingesetzt werden kann.
METHODEN:
Das integrierte Bildgebungssystem besteht aus CBCT, diffuser optischer Tomographie (DOT) und BLT. Die aus der DVT gewonnene Anatomie und die aus der DOT gewonnenen optischen Eigenschaften dienen als A-priori-Informationen für die anschließende BLT-Rekonstruktion. Es wurden Phantome entworfen und Verfahren entwickelt, um CBCT, DOT/BLT und das gesamte integrierte System zu kalibrieren. Zur Kalibrierung des DVT-Systems wurde eine geometrische Kalibrierung durchgeführt. Zur Korrektur der ungleichmäßigen Reaktion des optischen Bildgebungssystems wurde eine Flat-Field-Korrektur durchgeführt. Eine Kalibrierung der absoluten Emission wurde durchgeführt, um die Kameraanzeige in die Emission an der Phantom- oder Tieroberfläche umzuwandeln, was die direkte Rekonstruktion der Stärke der Biolumineszenzquelle ermöglichte. Zur Validierung der Kalibrierung wurden Phantom- und Mausaufnahmen durchgeführt.
ERGEBNISSE:
Alle Kalibrierungsverfahren wurden erfolgreich durchgeführt. Sowohl die CBCT eines dünnen Drahtes als auch die einer eingeschläferten Maus zeigten keine räumlichen Artefakte, was die Genauigkeit der CBCT-Kalibrierung bestätigt. Die absolute Emissionskalibrierung wurde mit einer 650-nm-Laserquelle validiert, was zu einem Unterschied von 3.0 % zwischen simuliertem und gemessenem Signal führte. Die Kalibrierung des gesamten Systems wurde durch die CBCT- und BLT-Rekonstruktion einer Biolumineszenzquelle bestätigt, die in einem gewebesimulierenden optischen Phantom platziert war. Unter Verwendung einer räumlichen Bereichsbeschränkung wurde die Quellenposition mit einem Fehler von weniger als 1 mm und die Quellenstärke mit einem Fehler von weniger als 24 % rekonstruiert.
FAZIT:
Es wurde eine praktische und systematische Methode zur Kalibrierung eines integrierten Röntgen- und optischen Tomographie-Bildgebungssystems entwickelt, einschließlich der jeweiligen Kalibrierung des CBCT- und optischen Tomographiesystems sowie der geometrischen Kalibrierung des gesamten Systems. Die Methode kann modifiziert und zur Kalibrierung unabhängig betriebener CBCT- und optischer Tomographiesysteme oder hybrider Röntgen- und optischer Tomographie-Bildgebungssysteme übernommen werden.
Yidong Yang, Ken Kang-Hsin Wang, Sohrab Eslami, Iulian I. Iordachita, Michael S. Patterson und John W. Wong.
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