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Determination of the dose rate around a HDR 192Ir brachytherapy source with the microDiamond and the microSilicon detector
No full textPurpose: To employ the microDiamond and the microSilicon detector (mDD and mSD, both PTW-Freiburg, Germany) to determine the dose rate around a HDR 192Ir brachytherapy source (model mHDR-v2r, Elekta AB, Sweden).Methods: The detectors were calibrated with a 60Co beam at the PTW Calibration Laboratory. Measurements around the 192Ir source were performed inside a PTW MP3 water phantom. The detectors were placed at selected points of measurement at radial distances r, ranging from 0.5 to 10 cm, keeping the polar angle θ = 90°. Additional measurements were performed with the mSD at fixed distances r = 1, 3 and 5 cm, with θ varying from 0 to 150°, 0 to 166°, and 0 to 168°, respectively. The corresponding mDD readings were already available from a previous work (Rossi et al., 2020). The beam quality correction factor of both detectors, as well as a phantom effect correction factor to account for the difference between the experimental geometry and that assumed in the TG-43 formalism, were determined using the Monte Carlo (MC) toolkit EGSnrc. The beam quality correction factor was factorized into energy dependence and volume-averaging correction factors. Using the abovementioned MC-based factors, the dose rate to water at the different points of measurement in TG-43 conditions was obtained from the measured readings, and was compared to the dose rate calculated according to the TG-43 formalism.Results: The beam quality correction factor was considerably closer to unity for the mDD than for the mSD. The energy dependence of the mDD showed a very weak radial dependence, similar to the previous findings showing a weak angular dependence as well (Rossi et al., 2020). Conversely, the energy dependence of the mSD decreased significantly with increasing distances, and also showed a considerably more pronounced angular dependence, especially for the smallest angles. The volume-averaging showed a similar radial dependence for both detectors: the correction had a maximal impact at 0.5 cm and then approached unity for larger distances, as expected. Concerning the angular dependence, the correction for the mSD was also similar to the one previously determined for the mDD (Rossi et al., 2020): a maximal impact was observed at θ = 0°, with values tending to unity for larger angles. In general, the volume-averaging was less pronounced for the mSD due to the smaller sensitive volume radius. After the application of the MC-based factors, differences between mDD dose rate measurements and TG-43 dose rate calculations ranged from −2.6% to +4.3%, with an absolute average difference of 1.0%. For the mSD, the differences ranged from −3.1% to +5.2%, with an absolute average difference of 1.0%. For both detectors, all differences but one were within the combined uncertainty (k = 2). The differences of the mSD from the mDD ranged from −3.9% to +2.6%, with the vast majority of them being within the combined uncertainty (k = 2). For θ ≠ 0°, the mDD was able to provide sufficiently accurate results even without the application of the MC-based beam quality correction factor, with differences to the TG-43 dose rate calculations from −1.9% to +3.4%, always within the combined uncertainty (k = 2).Conclusion: The mDD and the mSD showed consistent results and appear to be well suitable for measuring the dose rate around HDR 192Ir brachytherapy sources. MC characterization of the detectors response is needed to determine the beam quality correction factor and to account for energy dependence and/or volume-averaging, especially for the mSD. Our findings support the employment of the mDD and mSD for source QA, TPS verification and TG-43 parameters determination
Advanced image processing tools for motion and dose exposure estimations of the esophagus in radiotherapy
No full textDie stereotaktische Strahlentherapie erlaubt eine exakte Bestrahlung von malignem Gewebe mit hoher Dosis, während das umliegende gesunde Gewebe durch steile Dosis-Gradienten bestmöglich geschont wird. Durch Organbewegung während der Bestrahlung besteht die Gefahr, dass gesundes Gewebe in den Hochdosisbereich gelangt und zu hohen Belastungen ausgesetzt wird. Zwar werden Organbewegung und Verformung bei der Festlegung des zu schonenden Volumens berücksichtigt, dies ist aber davon abhängig, wie genau diese für Patient(inn)en individuell ermittelt werden können. Ein Organ, das auf Strahlung empfindlich reagiert, ist der Ösophagus. Der geringe Kontrast am CT und die längliche Form machen eine Ermittlung der Bewegung jedoch sehr schwer. Im Zuge dieser Arbeit wurde gezeigt, wie mittels neuesten Methoden der automatischen Bildverarbeitung, die Bewegung des Ösophagus berechnet und eine eventuelle Mehrbelastung des Organs abgeschätzt werden kann. Hierzu wurden mit Mitteln des Deep-Learning Algorithmen für die Segmentierung des Ösophagus am CT und für die deformierbare Registrierung von zeitlich aufgelösten Bildaufnahmen, zur Abschätzung der Bewegung entwickelt. Zur Qualitätssicherung wurden diese ausgiebig an öffentlichen Datensätzen getestet und mit State-Of-The-Art Algorithmen verglichen. Im Anschluss wurde die ösophageale Bewegung anhand des 4DCT von 11 klinikinternen und 5 öffentlichen Datensätzen bestimmt. Der derzeitige klinische Standard, den Ösophagus am 3DCT zu konturieren, wurde mit der Konturierung am 4DCT verglichen. Des Weiteren wurde die Auswirkung der Bewegung auf die Strahlenbelastung durch die Analyse der Bewegungslinie jedes Voxels in der zeitlich aufgelösten 4D Dosisverteilung geschätzt. Zu guter Letzt wurde ein Bewegungsmodell des gesamten Ösophagus erstellt, das die Bewegung aller untersuchten Datensätze beinhaltet und patientenübergreifende Analysen ermöglicht. Um eine Verwendung der entwickelten Methoden in der klinischen Forschung oder Routine zu ermöglichen, wurde ein modulbasiertes Programm namens Medical Image Segmentation Service (MISS) entwickelt. MISS kann nahtlos in den klinischen Datenfluss integriert werden. Ein großer Fokus von MISS liegt auf der automatischen Datenverarbeitung, wodurch die Mensch-Computer-Interaktion auf ein Minimum reduziert wird. Die wenigen manuellen Arbeitsschritte können über eine einfach zu bedienende Benutzeroberfläche durchgeführt werden. Die Experimente zur Qualitätssicherung der entwickelten Algorithmen ergaben, dass beide Methoden Ergebnisse von hoher Qualität liefern und verglichen mit anderen State-Of-The-Art Algorithmen gleichwertige oder bessere Resultate erzielen. Die Bewegungsanalyse des Ösophagus ergab eine mittlere maximale Bewegung von 4,55 ± 1,88 mm links-rechts, 5,29 ± 2,67 mm anterior-posterior und 10,78 ± 5,30 mm superior-inferior. Die Bewegungsunterschiede zwischen den Kohorten waren signifikant. In ca. der Hälfte der Fälle führte die Bewegung zu einer Verletzung von Dosiskriterien. Die Konturen des 3DCT deckten 14 % des Organs für 50 % des Atemzyklus nicht ab und waren im Schnitt 38 % kleiner als die Vereinigung der 4DCT Konturen. Das erzeugte Bewegungsmodell veranschaulichte zusätzlich, dass hohe Bewegungsamplituden nicht auf den unteren Teil des Organs beschränkt sind. Im Zuge dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass sowohl die Kontur des Ösophagus als auch die Bewegung des Organs vollautomatisch berechnet werden können. Die ermittelte Organbewegung war höher, als bisher publizierte Werte und variierte stark von Patient(in) zu Patient(in). Alle Ergebnisse deuten darauf hin, dass die individuelle Bewegung und Verformung in der Konturierung und der Bestrahlungsplanung berücksichtigt werden sollten. Durch das MISS wurde zusätzlich ein vielseitiges Programm geschaffen, dass die Einbindung von automatischen Bildverarbeitungsmethoden in klinische Arbeitsabläufe erleichtert.Stereotactic body radiation therapy allows for a precise dose delivery. Organ motion and deformation bear the risk of undetected high dose healthy tissue exposure. In the planning process the consideration of individual organ motion and deformation information always depends on how well this information can be estimated per patient. An organ very susceptible to high dose is the oesophagus. Its low contrast on CT and the oblong shape render motion and deformation estimation difficult. In this work this issue is tackled by modern algorithms to measure oesophageal motion voxel-wise and estimate motion related dosimetric impacts.For this purpose two deep learning based algorithms were developed. One for the precise segmentation of the oesophagus and one for measuring the motion using deformable image registration on time gated 4DCT. For quality assurance both algorithms were thoroughly evaluated on public datasets and compared to other state-of-the-art algorithms. Afterwards oesophageal motion was measured using 4DCT of 11 internal and 5 public datasets. Current clinical practice of contouring the organ on 3DCT was compared to timely resolved 4DCT contours. Dosimetric impacts of the motion were estimated by analysing the trajectory of each voxel in the 4D dose distribution. Finally an organ motion model for across-patient comparisons was created. To allow for an application of the algorithms and methodologies of the presented work in clinical research or routine a special software called Medical Image Segmentation Service (MISS) was developed. MISS is a module based software, able to interact with other clinical programs over the DICOM protocol. A strong focus of MISS is on automation, reducing the amount of human-computer interaction to a minimum. The few necessary manual operations can be conducted via a user friendly graphical interface.The conducted experiments for quality assurance showed that both the segmentation and the registration algorithm yield results which are in high agreement with the reference outcomes. Compared to existing state-of-the-art methods the developed algorithms showed comparable or superior performance. Motion analysis showed mean absolute maximal motion amplitudes of 4.55 ± 1.81 mm left-right, 5.29 ± 2.67 mm anterior-posterior and 10.78 ± 5.30 mm superior-inferior. Motion between cohorts differed significantly. In around 50 % of the cases the dosimetric passing criteria were violated. Contours created on 3DCT did not cover 14 % of the organ for 50 % of the respiratory cycle and were around 38 % smaller than the union of all 4D contours. The motion model revealed that the maximal motion is not limited to the lower part of the organ.The experiments assessing the quality of the developed algorithms showed that accurate automatic estimations of oesophagus location and its motion are possible. Our results showed higher values for motion amplitudes than most reported values in the literature and that motion is very heterogeneous across patients. Therefore, individual motion and deformation information should be considered in contouring and planning. With the MISS a versatile tool was developed, facilitating the integration of automatic image processing methods in a clinical workflow without great effort
Genauigkeit jenseits des Sichtbaren: Elektromagnetisches Tracking in der interstitiellen Brachytherapie
Full text linkBackground and Purpose
Radiotherapy is an essential component in the local treatment of breast cancer. In addition to conventional whole breast irradiation, accelerated partial breast irradiation (APBI) is a valuable and equally effective treatment option for early stage, low-risk patients that offers benefits in terms of side effects and shorter treatment duration. Among the various methods available to deliver APBI, multi-catheter interstitial brachytherapy (iBT) is an established approach. Although iBT has been employed successfully for several years, its quality assurance scheme is not as comprehensive and elaborate as for other treatment techniques, particularly regarding the verification of accurate dose delivery. Innovative technological approaches are needed to fill these gaps.This dissertation proposes electromagnetic tracking (EMT), a technology to accurately localize a small-sized sensor in a defined tracking volume, as a candidate technology to enhance iBT quality assurance.
Materials and Methods
The EMT system is integrated into an afterloader prototype to facilitate seamless adoption into clinical workflows. As the sensor is attached to the check cable, EMT data can be acquired during the mandatory check cable run, enabling 3D mapping of the catheter implant geometry in the treatment room and prior to each fraction. EMT is devoid of radiation doses and does not require a line-of-sight between the sensor and the receiver. Various potential applications of an EMT-enabled afterloader were investigated in phantoms and in an ongoing patient study.
Results and Observations
As a prerequisite for the employment of EMT in the breast region, a method for the compensation of respiratory motion artefacts was established using external reference sensors. The residual artefacts (95% confidence interval) were ≤ 0.3 mm and thus smaller than the intrinsic precision of the EMT system. In addition, a technique was devised to identify common treatment errors. All catheter shifts ≥ 2.2 mm and erroneous indexer lengths ≥ 2.0 mm were detected. The use of EMT to detect treatment uncertainties and implant changes was further developed to estimate follow-up CTs from catheter implant information and the planning CT, enabling dosimetric evaluations in the future. The median voxel-wise CT number difference in the planning target volume between estimated and actual follow-up CT was approximately 30 HU. Finally, EMT was deployed for automated implant reconstruction in a hybrid approach with image segmentation techniques. The EMT-based reconstruction deviated by a median of 0.25 mm from the clinically used, manual reconstruction and was therefore more accurate than the human interobserver variability. The duration of the automatic reconstruction, 10-15 minutes including the EMT measurement itself, was significantly shorter than the conventional manual reconstruction.
Conclusion
EMT has emerged as a promising technology for quality assurance in iBT. It is a versatile system that has demonstrated its practicality not only for pre-treatment verification to detect errors and uncertainties, but also for automated implant reconstruction. Thus it can improve brachytherapy treatments in multiple ways. EMT has the potential to enhance safety standards by automating safety checks and saving time, thereby freeing up valuable medical staff capacity.Hintergrund und Ziele
Die Strahlentherapie ist ein wesentlicher Bestandteil der lokalen Behandlung von Brustkrebs. Neben der konventionellen Ganzbrustbestrahlung ist die akzelerierte Teilbrustbestrahlung (APBI) eine wertvolle und ebenso wirksame Behandlungsoption für Patientinnen im Frühstadium, die Vorteile hinsichtlich der Nebenwirkungen und einer kürzeren Behandlungsdauer bietet. Unter den verschiedenen Bestrahlungstechniken für die APBI ist die interstitielle Multikatheter-Brachytherapie (iBT) eine etablierte Methode. Obwohl die iBT bereits seit vielen Jahren erfolgreich eingesetzt wird, ist ihr Qualitätssicherungssystem nicht so umfassend und ausgefeilt wie das anderer Behandlungstechniken, insbesondere was die Verifikation der korrekten Dosisapplikation betrifft. Um diese Lücke zu schließen, werden innovative technologische Ansätze benötigt. In dieser Dissertation wird elektromagnetisches Tracking (EMT), eine Technologie zur genauen Lokalisierung kleiner Sensoren innerhalb eines definierten Messvolumens, als eine mögliche Technologie zur Verbesserung der Qualitätssicherung in der iBT vorgeschlagen.
Material und Methoden
Das EMT-System ist in einen Afterloader-Prototyp integriert, um eine nahtlose Einbindung in klinische Arbeitsabläufe zu gewährleisten. Da der Sensor am Prüfkabel angebracht ist, können EMT-Daten während des obligatorischen Prüfkabeldurchlaufs erfasst werden, was eine 3D-Kartierung der Katheterimplantatgeometrie im Behandlungsraum und vor jeder einzelnen Fraktion ermöglicht. EMT ist frei von Strahlungsdosen und erfordert keine Sichtverbindung zwischen dem Sensor und dem Empfänger. Verschiedene potenzielle Anwendungen eines EMT-fähigen Afterloaders wurden an Phantomen und in einer laufenden Patientenstudie untersucht.
Ergebnisse und Beobachtungen
Als Voraussetzung für den Einsatz von EMT in der Brustregion wurde eine Methode zur Kompensation von Atembewegungsartefakten mithilfe externer Referenzsensoren entwickelt. Die Restartefakte (95% Konfidenzintervall) waren kleiner als 0,3 mm und damit niedriger als die intrinsische Präzision des EMT-Systems. Darüber hinaus wurde eine Technik entwickelt, um häufige Behandlungsfehler zu identifizieren. Alle Katheterverschiebungen und fehlerhaften Indexerlängen größer als 2,2 mm bzw. 2,0 mm wurden erkannt. Die Verwendung von EMT zur Erkennung von Behandlungsunsicherheiten und Implantatveränderungen wurde weiterentwickelt, um aus dem Planungs-CT und den Katheterimplantat-Informationen Kontroll-CTs abzuschätzen, was zukünftig dosimetrische Auswertungen ermöglicht. Die mediane voxelweise CT-Zahl-Differenz zwischen geschätztem und tatsächlichem Kontroll-CT betrug etwa 30 HU im Bereich des Zielvolumens. Schließlich wurde EMT in einem kombinierten Ansatz mit Methoden der Bildsegmentierung für die automatische Rekonstruktion von Implantaten eingesetzt. Die EMT-basierte Rekonstruktion wich im Median um 0,25 mm von der klinisch verwendeten, manuellen Rekonstruktion
ab und war damit genauer als die Interobserver-Variabilität zwischen Medizinphysikern. Die Dauer der automatischen Rekonstruktion war mit 10-15 Minuten, einschließlich der EMT-Messung selbst, deutlich kürzer als die konventionelle manuelle Rekonstruktion.
Schlussfolgerung und Diskussion
EMT hat sich als vielversprechende Technologie zur Qualitätssicherung in der iBT erwiesen. Es handelt sich um ein vielseitiges System, das sich nicht nur für die Behandlungsverifikation vor der Bestrahlung und zur Erkennung von Fehlern und Unsicherheiten bewährt hat, sondern auch für die automatische Rekonstruktion von Katheterimplantaten. Somit kann es Brachytherapie-Behandlungen in mehrfacher Hinsicht verbessern. EMT hat das Potenzial, die Sicherheitsstandards in der iBT zu verbessern, indem es Sicherheitsprüfungen automatisiert und Zeit spart, wodurch wertvolle Kapazitäten des medizinischen Personals freigesetzt werden können
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Variations on the Author
Full text link“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Full text linkWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
Dispelling the Myths Behind First-author Citation Counts
Full text linkWe conducted a full-scale evaluative citation analysis study of scholars in the XML research field to explore just how different from each other author rankings resulting from different citation counting methods actually are, and to demonstrate the capability of emerging data and tools on the Web in supporting more realistic citation counting methods. Our results contest some common arguments for the continued
use of first-author citation counts in the evaluation of scholars, such as high correlations between author rankings by first-author citation counts and other citation
counting methods, and high costs of using more realistic citation counting methods that are not well-supported by the ISI databases. It is argued that increasingly available digital full text research papers make it possible for citation analysis studies to go beyond what the ISI databases have directly supported and to employ more
sophisticated methods
koamabayili/VECTRON-author-checklist: VECTRON author checklist
No full textWe have done our best to complete the author checklist relating to the use of animals in the hut study. Note that the objective for the hut study was to evaluate the IRS treatment applications for residual efficacy against Anopheles mosquitoes, including the local An. coluzzii mosquito population. Cows were only used to attract mosquitoes into the huts and no tests were carried out directly on the cows. The author checklist is intended for use with studies where experiments are carried out on animals, which is why we have had such difficulty in completing this for the hut study, as many of the questions do not relate to how the cows were used
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