Deep learning MRI-only synthetic-CT generation for pelvis, brain and head and neck cancers

核医学 医学 头颈部 流体衰减反转恢复 骨盆 头颈部癌 放射科 磁共振成像 放射治疗 外科
作者
D. J. Bird,R. Speight,Sebastian Andersson,Jenny Wingqvist,Bashar Al‐Qaisieh
出处
期刊:Radiotherapy and Oncology [Elsevier BV]
卷期号:191: 110052-110052 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.radonc.2023.110052
摘要

Abstract

Background and purpose

MRI-only planning relies on dosimetrically accurate synthetic-CT (sCT) generation to allow dose calculation. Here we validated the dosimetric accuracy of sCTs generated using a deep learning algorithm for pelvic, brain and head and neck (H&N) cancer sites using variable MRI data from multiple scanners.

Methods

sCT generation models were trained using a cycle-GAN algorithm, using paired MRI-CT patient data. Input MRI sequences were: T2 for pelvis, T1 with gadolinium (T1Gd) and T2 FLAIR for brain and T1 for H&N. Patient validation sCTs were generated for each site (49 - pelvis, 25 - brain and 30 - H&N). VMAT plans, following local clinical protocols, were calculated on planning CTs and recalculated on sCTs. HU and dosimetric differences were assessed, including DVH differences and gamma index (2 %/2mm).

Results

Mean absolute error (MAE) HU differences were; 48.8 HU (pelvis), 118 HU (T2 FLAIR brain), 126 HU (T1Gd brain) and 124 HU (H&N). Mean primary PTV D95% dose differences for all sites were < 0.2 % (range: −0.9 to 1.0 %). Mean 2 %/2mm and 1 %/1mm gamma pass rates for all sites were > 99.6 % (min: 95.3 %) and > 97.3 % (min: 80.1 %) respectively. For all OARs for all sites, mean dose differences were < 0.4 %.

Conclusion

Generated sCTs had excellent dosimetric accuracy for all sites and sequences. The cycle-GAN model, available on the research version of a commercial treatment planning system, is a feasible method for sCT generation with high clinical utility due to its ability to use variable input data from multiple scanners and sequences.
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