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ArticleMedical physics2022

Localization of anatomical changes in patients during proton therapy with in-beam PET monitoring: A voxel-based morphometry approach exploiting Monte Carlo simulations.

Aafke Christine Kraan, Andrea Berti, Alessandra Retico, Guido Baroni, Giuseppe Battistoni, Nicola Belcari, Piergiorgio Cerello, Mario Ciocca, Micol De Simoni, Damiano Del Sarto and 41 more

Abstract read
In one paragraph

Article in Medical physics, 2022. The graph could read no effect estimate from its abstract, so it casts no vote on the map. Cited by 5 papers.

0numbers the graph read from it
0cells of the map it votes in
5citing papers in PubMed
–field-weighted citation impact
1 · What the graph read from it

What it found

Each row is one number read from the abstract, on the scale the paper reported it, with its interval. Left of the dashed line favours the treatment, right favours the comparator. Under each row is the sentence it came from. New to these charts? A ten-minute tutorial.

The abstract states no effect estimate the extractor could read, or names no intervention and outcome on the map, so this paper lights no cell and moves no belief. It is still indexed, cited and linked below.

2 · The registry

The trial behind it

Trials whose registry record cites this paper, or whose number appears in the abstract. A trial that started after this paper was published is citing it as background, not reporting it.

Neither the registry nor the abstract names a trial number. If this is a trial report, that itself is worth knowing.

3 · Its place in the literature

Who cites it

5 citing papers in PubMed.

  1. Article
  2. Article
  3. Review
  4. Review
  5. Frontiers in oncology · 2022
    Article
4 · The record

Corrections and comments

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5 · Who and what money

Authors and funding

51 authors.

Aafke Christine KraanIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa, Pisa, Italy.
Andrea BertiIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa, Pisa, Italy.
Alessandra ReticoIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa, Pisa, Italy.
Guido BaroniCentro Nazionale di Adroterapia Oncologica, Pavia, Italy.
Giuseppe BattistoniIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano, Milano, Italy.
Nicola BelcariIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa, Pisa, Italy.
Piergiorgio CerelloIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino, Torino, Italy.
Mario CioccaCentro Nazionale di Adroterapia Oncologica, Pavia, Italy.
Micol De SimoniDipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Roma, Italy.
Damiano Del SartoIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa, Pisa, Italy.
Marco DonettiCentro Nazionale di Adroterapia Oncologica, Pavia, Italy.
Yunsheng DongIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano, Milano, Italy.
Alessia EmbriacoIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pavia, Pavia, Italy.
Veronica FerreroIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino, Torino, Italy.
Elisa FiorinaCentro Nazionale di Adroterapia Oncologica, Pavia, Italy.
Marta FischettiIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma, Roma, Italy.
Gaia FranciosiniDipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Roma, Italy.
Giuseppe GiraudoIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino, Torino, Italy.
Francesco LaruinaIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa, Pisa, Italy.
Davide MaestriCentro Nazionale di Adroterapia Oncologica, Pavia, Italy.
Marco MagiDipartimento di Scienze di Base e Applicate per l'Ingegneria, Sapienza Università di Roma, Roma, Italy.
Giuseppe MagroCentro Nazionale di Adroterapia Oncologica, Pavia, Italy.
Carlo Mancini TerraccianoDipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Roma, Italy.
Michela MarafiniIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma, Roma, Italy.
Ilaria MatteiIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano, Milano, Italy.
Enrico MazzoniIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano, Milano, Italy.
Paolo MereuIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino, Torino, Italy.
Riccardo MirabelliDipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Roma, Italy.
Alfredo MirandolaCentro Nazionale di Adroterapia Oncologica, Pavia, Italy.
Matteo MorrocchiIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa, Pisa, Italy.
Silvia MuraroIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano, Milano, Italy.
Alessandra PateraIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino, Torino, Italy.
Vincenzo PateraIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma, Roma, Italy.
Francesco PennazioIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino, Torino, Italy.
Angelo RivettiIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino, Torino, Italy.
Manuel Dionisio Da Rocha RoloIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino, Torino, Italy.
Valeria RossoIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa, Pisa, Italy.
Alessio SartiIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma, Roma, Italy.
Angelo SchiaviIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma, Roma, Italy.
Adalberto SciubbaDipartimento di Scienze di Base e Applicate per l'Ingegneria, Sapienza Università di Roma, Roma, Italy.
Elena Solfaroli CamillocciDipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Roma, Italy.
Giancarlo SportelliIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa, Pisa, Italy.
Sara TampelliniCentro Nazionale di Adroterapia Oncologica, Pavia, Italy.
Marco ToppiDipartimento di Scienze di Base e Applicate per l'Ingegneria, Sapienza Università di Roma, Roma, Italy.
Giacomo TrainiIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma, Roma, Italy.
Serena Marta ValleIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano, Milano, Italy.
Francesca ValvoCentro Nazionale di Adroterapia Oncologica, Pavia, Italy.
Barbara VischioniCentro Nazionale di Adroterapia Oncologica, Pavia, Italy.
Viviana VitoloCentro Nazionale di Adroterapia Oncologica, Pavia, Italy.
Richard WheadonIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino, Torino, Italy.
Maria Giuseppina BisogniIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa, Pisa, Italy.

Funding

CNAO Foundation INSIDE2Historical Museum of Physics and the Enrico Fermi Study and Research Center and theItalian Institute of Nuclear Physics INFN-RT2 PETRA 172800Italian Institute of Nuclear Physics RDHItalian Ministry of Education PRIN MIUR 2010P98A75 INSIDETuscany Government INFN-RT2 PETRA 172800Tuscany Government POR FSE 2014-2020
6 · The paper itself

Abstract

purposeIn-beam positron emission tomography (PET) is one of the modalities that can be used for in vivo noninvasive treatment monitoring in proton therapy. Although PET monitoring has been frequently applied for this purpose, there is still no straightforward method to translate the information obtained from the PET images into easy-to-interpret information for clinical personnel. The purpose of this work is to propose a statistical method for analyzing in-beam PET monitoring images that can be used to locate, quantify, and visualize regions with possible morphological changes occurring over the course of treatment.

methodsWe selected a patient treated for squamous cell carcinoma (SCC) with proton therapy, to perform multiple Monte Carlo (MC) simulations of the expected PET signal at the start of treatment, and to study how the PET signal may change along the treatment course due to morphological changes. We performed voxel-wise two-tailed statistical tests of the simulated PET images, resembling the voxel-based morphometry (VBM) method commonly used in neuroimaging data analysis, to locate regions with significant morphological changes and to quantify the change.

resultsThe VBM resembling method has been successfully applied to the simulated in-beam PET images, despite the fact that such images suffer from image artifacts and limited statistics. Three dimensional probability maps were obtained, that allowed to identify interfractional morphological changes and to visualize them superimposed on the computed tomography (CT) scan. In particular, the characteristic color patterns resulting from the two-tailed statistical tests lend themselves to trigger alarms in case of morphological changes along the course of treatment.

conclusionsThe statistical method presented in this work is a promising method to apply to PET monitoring data to reveal interfractional morphological changes in patients, occurring over the course of treatment. Based on simulated in-beam PET treatment monitoring images, we showed that with our method it was possible to correctly identify the regions that changed. Moreover we could quantify the changes, and visualize them superimposed on the CT scan. The proposed method can possibly help clinical personnel in the replanning procedure in adaptive proton therapy treatments.

Indexed as

Proton TherapyHumansMonte Carlo MethodPositron-Emission TomographyTomography, X-Ray Computedin-beam PET monitoringproton therapyvoxel-based morphometry

Identifiers

PMID34813083
PMCPMC9303286

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LicenceCC BY-NC
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Registered trials

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