腫瘤放療模擬定位機(jī)

1、常規(guī)模擬定位機(jī)定義模擬定位機(jī)是模擬放射治療機(jī)（如醫(yī)用加速器、鉆一 60治療機(jī)）治療的幾何條件而定出照射部位的放射治療輔助設(shè)備，實(shí)際上是一臺(tái)特殊的X線機(jī)。當(dāng)病人被診斷患有腫瘤并決定施行放射治療時(shí)，在放射治療前要制定周密的放療計(jì)劃，然后在定位機(jī)上定出要照射的部位，并做好標(biāo)記后才能到醫(yī)用加速器或鉆一60治療機(jī)上去執(zhí)行放療。模擬定位機(jī)的作用正在于此。作用模擬機(jī)的機(jī)架旋轉(zhuǎn)、機(jī)頭轉(zhuǎn)動(dòng)、限束器開閉、距離指示、照射野指示、治療床各部分運(yùn)動(dòng)，都與醫(yī)用加速器、鉆機(jī)一樣，因此它能準(zhǔn)確地模擬加速器、鉆機(jī)的一切機(jī)械運(yùn)動(dòng)。并 通過模擬定位機(jī)的 X線影像系統(tǒng)準(zhǔn)確定出腫瘤的照射位置、照射面積、腫瘤深度、等中心位置等幾何參數(shù)，

2、以及機(jī)架旋轉(zhuǎn)、機(jī)頭旋轉(zhuǎn)角度、源瘤距、源皮距、限束器開度、升床高度等機(jī)械參數(shù)，為治療擺位提供了有力的依據(jù)，確保放射治療的正確實(shí)施。這就是模擬定位機(jī)的作用。因?yàn)榧铀倨鞯腦線、電子線和 鉆一 60治療機(jī)的X線能量很高，對(duì)組織密度和人體組織原子序數(shù)的分辨率很低，因此不能對(duì)人體骨、肺、肌肉等不同解剖部位起到透視作用.普通 X線機(jī)又不具備加速器的機(jī)械功能和幾何參數(shù)，所以加速器和普通X線機(jī)都不能代替模擬定位機(jī)。模擬定位機(jī)在整個(gè)放射治療計(jì)劃設(shè)計(jì)過程中有著重要作用：1）靶區(qū)及重要器官的定位2）確定靶區(qū)（或危及器官）的運(yùn)動(dòng)范圍3）治療方案的確認(rèn)4）勾畫射野和定位、擺位參考標(biāo)記5）拍射野定位片和證實(shí)片6）檢查射野擋

3、塊的形狀及位置組成組成主機(jī)、支臂、機(jī)柜、診斷床、操作臺(tái)、X射線高頻高壓發(fā)生裝置、X射線球管影像增強(qiáng)系統(tǒng)、專用圖像處理系統(tǒng)、多功能數(shù)字化工作站參數(shù)基本參數(shù)治療床等中心旋轉(zhuǎn)范圍：±105°界定器旋轉(zhuǎn)范圍：±105°輻射野尺寸：在 SAD=1000mm 時(shí)，20mm 20mm400mm400mm非對(duì)稱野：在 SAD=1000mm 時(shí)，單邊-100mm+200mm檢查參數(shù)X射線檢查參數(shù)50KW的高頻高壓發(fā)生器具有正、側(cè)位選擇多項(xiàng)攝像條件，舊S控制、mA優(yōu)先、KV控制、自動(dòng)亮度調(diào)節(jié)、故障自動(dòng)診斷透視管電壓：40kV125kV管電流：25mA630mA攝像曝光時(shí)間：

4、0.0035s6sX-TV系統(tǒng)500mA進(jìn)口 X射線球管雙焦點(diǎn)：0.3mm1.0mmX射線攝像增強(qiáng)系統(tǒng)高清晰度CCD TV系統(tǒng)圖像分辨率： a 1.4LP/mmCT模擬定位機(jī)概況隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的發(fā)展，腫瘤的放射治療進(jìn)入了精確定位、精確計(jì)劃、精確治療”的蘭精'時(shí)代；三維適形放療（3DIntensityConformal Radiation Therapy , 3DCRT ）技術(shù)的興起和發(fā)展，特另，是三維適形調(diào)強(qiáng)放療（ Intensity-modulated radiation therapy , IMRT ）漸漸成為放射治療技術(shù)的主流，大大地改善和提高放射治療質(zhì)量。但是在三

5、維適形調(diào)強(qiáng)放療中，要求高劑量區(qū)分布的形 狀在三維方向上與腫瘤靶區(qū)的形狀高度一致，這需要有復(fù)雜而精確的放療計(jì)劃，而精確的放療計(jì)劃必須要求精確的三維圖像進(jìn)行空間定 位，而常規(guī)的X線常規(guī)模擬機(jī)只能提供兩維的信息，因此集放射診斷、放療計(jì)劃、模擬定位和模擬治療于一體的CT模擬定位系統(tǒng)（CT-Simulation Localization System ）在放射治療中的作用與地位也就越來越重要，近年來國內(nèi)外在這一領(lǐng)域也做了大量的研究工作， 取得了重大進(jìn)展，不少國外大公司（如Varian、Siemens、GE、Philips等）先后將其商品化?；仡機(jī)T模擬的發(fā)展歷程，CT進(jìn)入放療科大致經(jīng)歷了以下三個(gè)階段：第

6、一階段，就是放療科的工作人員帶上病人、平床以及固 定裝置到放射科的診斷 CT上作定位掃描（治療體位下的CT掃描），這顯然有諸多的不便。第二階段，放療科發(fā)展到獨(dú)立購買一臺(tái)診斷型CT （通常70厘米孔徑）進(jìn)行定位和掃描。放療醫(yī)生擁有了CT完全的使用和管理權(quán)，大大方便了定位工作。但常規(guī) CT的70厘米孔徑和以診斷為設(shè)計(jì)目的的諸多功能，制約了放療的定位掃描的適應(yīng)癥類型。這就使CT在放療科的應(yīng)用進(jìn)入了第三個(gè)階段：即放療科在購買CT時(shí)開始選擇專為放療設(shè)計(jì)的大孔徑CT模擬機(jī)。在中國，由于地區(qū)經(jīng)濟(jì)差異以及醫(yī)院的發(fā)展階段的制約，各個(gè)醫(yī)院有著不同的情況，使得以上三種CT模擬設(shè)備的形態(tài)在中國都同時(shí)存在。但從總的發(fā)展

7、趨勢(shì)上講，放療科最終運(yùn)用CT的形式大致都會(huì)走向采用大孔徑CT模擬機(jī)的方式，因?yàn)槠錇榉暖煼?wù)的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)適應(yīng)了放療科發(fā)展的需要。組成CT模擬就是以CT為基礎(chǔ)的模擬定位系統(tǒng)，CT模擬定位系統(tǒng)由一臺(tái) CT掃描機(jī)、一套虛擬定位及計(jì)劃系統(tǒng)和一套三維（或四維）移動(dòng)激光射野模擬系統(tǒng)三部分組成。三大部分通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)在線連接。其中，CT掃描機(jī)又分為兩種，即專用型和普通型。1）、放療專用定位 CT即CT模擬機(jī)定位CT基本同于診斷用 CT。不同之處： 掃描床為平面型。 大孔徑（A80cm）l機(jī)架孔徑：飛利浦 85cm ;西門子82cm ; GE公司80cml掃描FOV :西門子65cm ;飛利浦60cm ; G

8、E公司50cm 掃描層厚3-5mm 。臨床上大孔徑也可以更好地覆蓋體部腫瘤病人及定位裝置。2）、普通 CT定位機(jī) 普通螺旋CT孔徑70cm左右（如沈陽東軟） 需要在CT床面上加裝碳纖維平面床板 基本能夠滿足亞洲人的定位要求，某些特殊體位如蹬位、乳腺、肥胖病人、全身淋巴瘤等不能進(jìn)行定位計(jì)劃。同樣，CT作為模擬設(shè)備，與作為診斷設(shè)備，兩者在 QA要求上是不一樣的，見下表：設(shè)備類型CT-SIMDiag-CTCT值要求絕對(duì)值精確，是劑量精確計(jì)算的必要條件注重組織相對(duì)異常性而不是CT絕對(duì)值掃描層厚影響DRR質(zhì)量和虛擬設(shè)計(jì)幾何定位精度及劑量影響部分容積效應(yīng)干擾造影增強(qiáng)便于醫(yī)師勾畫靶區(qū)但影響劑量計(jì)算精度幫助區(qū)

9、別診斷掃描時(shí)間視影像重建、DRR計(jì)算及呼吸門控的需要快速掃描減小圖像干擾成像孔徑FOV> 70cm （最好 85cm）FOV> 60cm球管負(fù)荷需要更高功率比CT-SIM要求低影像精度影響靶區(qū)勾畫與劑量計(jì)算不會(huì)嚴(yán)重影響診斷診斷床平面床板凹形面板優(yōu)勢(shì)說明CT模擬是將患者在治療體位下進(jìn)行CT掃描，并將CT圖像傳入圖像工作站，通過三維數(shù)字重建感興趣的圖像顯示方式，在工作站中進(jìn)行虛擬透視（Virtual Perspective）和虛擬模擬（Virtual Simulation）的過程，提供了準(zhǔn)確的病變靶的形狀、大小、方位等信息。CT模擬具有傳統(tǒng)X線模擬無法比擬的優(yōu)點(diǎn)：1） CT模擬過程中無

10、需患者在整個(gè)模擬過程中保持治療體位，患者在 CT床上保持治療體位5-10分鐘，完成CT掃描和體表中 心標(biāo)記后即可離開。2） CT模擬過程中圖像質(zhì)量、大小、觀察角度都可以按照需要進(jìn)行調(diào)整，部分DCR（Partial Digitally Constructed Radio-graphs） 、部分DRR（Partial Digitally Reconstructed Radio-graphs）腫瘤靶區(qū)器官和組織的三維結(jié)構(gòu)是在治療計(jì)劃系統(tǒng)中通過簡(jiǎn)單的坐標(biāo)疊加和勾畫形成（三維輪廓的精確性隨CT掃描層厚和間距的加大而變化），因而可清晰顯示計(jì)劃者感興趣的結(jié)構(gòu)。3） 在工作站上進(jìn)行的虛擬模擬具有傳統(tǒng)X線模擬機(jī)

11、所有的功能（機(jī)架角度、光闌角度、床角度、射野大小及形狀、組織補(bǔ)償器 的設(shè)置等）；4）在以DRR為背景的BEV的窗口設(shè)計(jì)照射野與傳統(tǒng)的模擬機(jī)很相似，而靶區(qū)和危險(xiǎn)器官的可視性是傳統(tǒng)模擬機(jī)無法比擬的；5）CT模擬使得常規(guī)模擬難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜的射野設(shè)計(jì)（如多野非共面照射）變得輕而易舉；6）CT模擬輸出的DRR射野驗(yàn)證片可使得照射野參數(shù)和修飾是否正確在治療前就能得到驗(yàn)證；7）采用CT模擬修改射野時(shí)無需患者在場(chǎng)。傳統(tǒng)X光模擬與CT模擬的主要區(qū)別X光模擬CT模擬透視方式直接X光透視將患者在治療體位下通過CT掃描并把得到的CT層片傳入工作站，通過數(shù)字重建得到病人感興趣圖像的三 維假體"，然后在工作站中

12、進(jìn)行虛擬透視照射野設(shè)計(jì)功傳統(tǒng)模擬機(jī)能設(shè)置機(jī)架角度、光闌角度、床角度、在以DRR為背景的BEV的窗口設(shè)計(jì)照射野具有與傳統(tǒng)的模擬機(jī)很相似的功能，而靶區(qū)和危險(xiǎn)器官的可視能射野大小及形狀、組織補(bǔ)償器的設(shè)置等性是傳統(tǒng)模擬機(jī)無法比擬的圖像顯示方式單一的DR圖像包括CT圖橫切面、冠狀切面、矢狀切面、任意切面顯示；DRR, DCR，部分DRR，部分DCR,三維顯示圖像調(diào)節(jié)功能可調(diào)節(jié)透視圖的亮度和對(duì)比度可調(diào)節(jié)CT圖，DRR、DCR及三維圖像的windows/level等中心確定依據(jù)骨性結(jié)構(gòu)、氣腔（如咽喉、氣管分叉）；靠經(jīng)驗(yàn)既可應(yīng)用傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)，又可利用圖像處理功能顯示靶區(qū)輪廓；還可勾畫靶區(qū)后系統(tǒng)自動(dòng)確定靶體積中心為

13、等 中心模擬過程模擬定位過程患者必須全過程保持治療體位患者可在CT掃描及體表標(biāo)記完成后離場(chǎng)（只需要保持體位 510分鐘）靶體積和危險(xiǎn)在其圖像上所有信息疊加在一個(gè)平面上，很難精確在BEV窗口可以多種形式顯示在CT圖上定義的靶體積和危險(xiǎn)器官體積；還能從不同方向觀察靶區(qū)及重要器官的可視性定義靶區(qū)和危險(xiǎn)器官器官的覆蓋情況，通過優(yōu)化布野方案，保證腫瘤靶區(qū)的覆蓋，并盡量較少周圍重要組織的覆蓋。射野間關(guān)系顯示不能顯示圖像任意視角都可以按照需要進(jìn)行調(diào)整，部分 DCR、部分DRR可清晰顯示計(jì)劃者感興趣的結(jié)構(gòu)計(jì)劃設(shè)計(jì)能力不能設(shè)計(jì)復(fù)雜照射計(jì)劃可設(shè)計(jì)各種復(fù)雜照射計(jì)劃如非共面照射。圖像融合能力沒有可將常規(guī)CT與增強(qiáng)CT

14、、MRI或PET圖像進(jìn)行融合，從而為臨床醫(yī)生勾畫靶區(qū)提供更多的參考信息組織不均勻計(jì)算不能CT模擬機(jī)重建影像的CT值反應(yīng)了 X射線在人體組織中的線性衰減關(guān)系，由此就可以得到組織橫截面的電 子密度分布情況?？梢愿鶕?jù)系統(tǒng)內(nèi)建的校正公式，進(jìn)行組織密度不均勻性計(jì)算。功能說明CT模擬簡(jiǎn)單的說有三大功能，即1）重構(gòu)治療部位的 3D圖像（3D假體）2）在3D圖像上實(shí)現(xiàn)類似常規(guī)模擬機(jī)的腫瘤定位（投射與照相）3）在3D圖像上實(shí)現(xiàn)類似常規(guī)模擬機(jī)的腫瘤定位（治療模擬）具體主要包括以下幾點(diǎn)：1） 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)：用于獲得病人的CT數(shù)據(jù)并在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中做登記。數(shù)據(jù)來源有兩種形式一DICOM網(wǎng)絡(luò)和磁盤介質(zhì)。2）病人管理：作為用戶

15、瀏覽、增加、編輯、刪除影像數(shù)據(jù)和計(jì)劃數(shù)據(jù)的窗口，同時(shí)也是DICOM協(xié)議的解析模塊。3）權(quán)限管理。4）圖像配準(zhǔn)。與定位設(shè)備接口，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等。5） 勾畫和定位。包括自動(dòng)和手工對(duì)器官邊緣的提??；對(duì)點(diǎn)、距離、面積、體積以及CT值的測(cè)算等。6） 圖像處理和重建。包括二維的縮放、移動(dòng)、窗寬/窗位處理；邊緣提取，曲線填充等圖形處理；三維的以MPR、體繪制、面繪制和數(shù)字放射影像（DRR）為主的重建、布野等等。7）計(jì)劃輸出。應(yīng)用流程事實(shí)上，可以認(rèn)為 CT模擬和三維計(jì)劃是被人為分離的整個(gè)三維計(jì)劃過程的兩個(gè)基本步驟。當(dāng)三維計(jì)劃單獨(dú)出現(xiàn)的時(shí)候，常常包括CT模擬在內(nèi)的完整放療計(jì)劃過程。鑒于 CT模擬定位和劑量處方的計(jì)算

16、是在不同的工作站進(jìn)行的，且 CT模擬過程是需要放療醫(yī)生 進(jìn)行設(shè)計(jì)，而計(jì)量處方計(jì)算不需要放療醫(yī)生的參與， 所以將模擬定位和設(shè)計(jì)功能獨(dú)立出來其實(shí)也是可行的，事實(shí)上也是科學(xué)的。見下圖：CT模擬的全過程包括體位確定、固定，建立原始坐標(biāo)系，圖像采集、傳輸、重建，靶區(qū)勾畫和確定，射野選擇和布置，射野等 中心確定和并將原始坐標(biāo)系原點(diǎn)移至等中心等一系列步驟，其基本要求與二維的X光模擬一樣，但是過程較為復(fù)雜，能夠完成二維X線模擬機(jī)不能完成的非共面放射治療等高技術(shù)強(qiáng)度放療方案設(shè)計(jì)等。其計(jì)劃過程如下：1）激光燈校準(zhǔn)：校準(zhǔn)激光燈，并移動(dòng)激光燈，使得左右上三個(gè)激光燈的所發(fā)射的激光線交于一點(diǎn)，并將激光燈該位置設(shè)置為坐標(biāo)0

17、點(diǎn)。2）CT掃描擺位：在平面 CT床上，將患者按放射治療時(shí)要求的體位進(jìn)行擺位和體位固定。有經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)生在擺位會(huì)盡量將靶區(qū)位 置擺在接近等中心處。3）畫體位標(biāo)記線：體位固定后，通過 CT兩側(cè)墻的激光十字線和頂墻的激光十字線在皮膚上放置CT易于識(shí)別的參考固定 mark點(diǎn)。4）CT掃描：按治療計(jì)劃的要求對(duì)相應(yīng)部位進(jìn)行增強(qiáng)掃描，掃描范圍比常規(guī)CT檢查范圍要大。一般掃描層次要求 40層左右，腫瘤區(qū)域?qū)雍褡詈脼?3 mm。為了獲得較大的掃描范圍又不使層次太多而影響增強(qiáng)效果，可采用病灶區(qū)層厚15 mm,以外區(qū)域逐步過渡為5-10 mm的混合掃描技術(shù)。掃描結(jié)束后，通過網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)直接傳送所有CT圖像到治療模擬計(jì)

18、劃工作站。5）勾畫內(nèi)外輪廓和靶區(qū)輪廓：利用所有 CT層面自動(dòng)勾畫體表輪廓，然后逐層勾畫靶區(qū)周圍重要器官的輪廓和靶區(qū)輪廓，靶區(qū)包 括肉眼腫瘤和亞臨床病灶；同時(shí)系統(tǒng)提供手動(dòng)勾畫修正功能以便對(duì)靶區(qū)進(jìn)行修飾。6）利用sim軟件計(jì)算照射等中心點(diǎn)和三個(gè)mark相交點(diǎn)之間的 值3條體位標(biāo)記線（體位標(biāo)記線是提高放射7）將患者按原體位回到 CT床上，按照該 值的參數(shù)要求移動(dòng)激光燈，然后再標(biāo)記這 治療擺位精度的重要標(biāo)記。因此，在用頭部面罩或體部固定網(wǎng)進(jìn)行體位固定時(shí)，需將激光定位十字線處開窗暴露皮膚，把激光定位線畫 在皮膚上，切不可畫在體位固定器表面，如果激光燈不是可移動(dòng)性質(zhì)的，可以在加速器上進(jìn)行類似標(biāo)記），以便放射治療的執(zhí)行。8）設(shè)計(jì)和驗(yàn)證照射野：放射治療醫(yī)生和物理師根據(jù)腫瘤和周圍重要臟器之間在三維空間的相互關(guān)系設(shè)計(jì)合理的照射野。照射野大小由靶區(qū)大小、臟器移動(dòng)度和綜合誤差（定位、擺位和機(jī)器等誤差）來決定。在射線束軸視角方向窗口調(diào)整照射野大小。在設(shè)計(jì)多野計(jì)劃時(shí)，盡量采用非共面多野照射技術(shù)。照射野設(shè)計(jì)原則是使靶區(qū)內(nèi)劑量最大而均勻，同時(shí)使靶區(qū)外正常組織的受量盡量減少。在數(shù)字化 影像重建窗口打印每個(gè)照射野的數(shù)字化影像重建圖像，通過與X射線模擬定位驗(yàn)證片以及照射野影像監(jiān)測(cè)片進(jìn)行對(duì)比，全面