AI-driven synthetic imaging for PET monitoring in hadron-therapy

Abstract

Il vantaggio dell’adroterapia rispetto alla radioterapia convenzionale a raggi X deriva dalla distribuzione di dose più concentrata sui tessuti bersaglio con un conseguente minor irraggiamento di quelli sani circostanti. Il suo svantaggio è la maggiore sensibilità a piccole variazioni fisiologiche e morfologiche nel tessuto (variazioni di peso del paziente/infiammazioni lungo il percorso del fascio, ecc.), che richiede quindi una particolare attenzione al monitoraggio della dose erogata o del tumore, ad esempio come conseguenza della risposta o di una progressione di malattia in corso di radioterapia. La tecnica più accurata per il monitoraggio della dose è la tomografia a emissione di positroni (PET) “in-beam”. Il principio alla base della PET in-beam consiste nel rappresentare la distribuzione di dose depositata dagli adroni a partire dalla traccia di isotopi radioattivi emettitori di positroni, per poi confrontarla con la distribuzione di dose pianificata. Il progetto INSIDE ha realizzato un sistema PET in-beam attualmente installato presso il Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica (CNAO), e attualmente oggetto di un trial clinico su 40 pazienti. I risultati ottenuti durante il trial clinico mediante analisi comparata di immagini di tomografia computerizzata (CT), PET e dati simulati, sono incoraggianti ma non ancora conclusivi. Le metriche sviluppate per classificare i trattamenti richiedono una verifica approfondita su casi più numerosi e vari di quelli attualmente disponibili e sono tuttora oggetto di ricerca. Inoltre, gli algoritmi di ricostruzione convenzionali di immagini PET non sfruttano le specificità della tecnica in-beam, a discapito di sensibilità e risoluzione d’immagine. Il progetto SYNCT mira a ottimizzare gli algoritmi di ricostruzione e valutazione parametrica delle immagini PET. Il progetto si basa sull’ipotesi per cui è possibile generare CT “sintetiche” di controllo con tecniche di intelligenza artificiale, a partire da una CT di pianificazione e da una serie di immagini PET acquisite durante il trattamento. Uno dei maggiori vantaggi delle CT sintetiche rispetto alle immagini PET in-beam finora utilizzate, è la loro maggiore fruibilità da parte del medico radioterapista. Inoltre, la disponibilità di CT sintetiche permetterebbe di fornire al medico uno strumento quantitativo per supportare la sua decisione circa l’opportunità o meno di prescrivere una o più CT di controllo nel corso del trattamento e quindi migliorarne l’efficacia.