分享

放疗图像引导(二):KV CBCT成像技术介绍

2019-01-19  杭州老黄

        在放疗领域使用的KV CBCT主要有医科达的XVI和瓦里安的OBI。它们的工作流程类似,一般情况治疗前采集CT影像数据,然后与定位CT进行在线配准,如果得到的比对结果如果在容许误差范围内,则治疗可以进行,比对结果如果超出误差容许范围,系统会自动形成新的摆位参数,直接修正患者治疗的位置参数,实现病人定位与治疗时摆位的精确重复,最终达到控制肿瘤和保护周围重要器官的最佳治疗效益。


         KV CBCT临床应用非常广泛,在口腔医学等领域的研究使用也是开展的如火如荼,不过不在本次讨论范围内。


1、KV CBCT的一般成像原理


        CBCT获取数据的投照原理和传统扇形扫描CT是不同的,X线球管以较低的射线量围绕患者做环形DR(数字式投照),获得的图像数据在计算机中重建后进而获得三维图像。从成像结构看,CBCT用三维锥形束X线扫描代替常规诊断CT的二维扇形束扫描;与此相对应,CBCT采用一种二维面状探测器来代替常规诊断CT的线状探测器。


         由上图可知,因为数据获取的方式不一样,常规诊断CT的投影数据是一维的,重建后的图像数据是二维的,后处理工作站上的三维图像是连续多个二维切片堆积而成的;CBCT的投影数据是二维的,重建后直接得到三维图像。        

         显然,CBCT采用锥形束X线扫描可以显著提高X线的利用率,只需旋转360度即可获取重建所需的全部原始数据,而且用面状探测器采集投影数据可以加速数据的采集速度。


         见上图,需要特别指出,诊断级别的CBCT所具有的两个优势即很低的成像剂量和很高的各向同性空间分辨力,在放疗中使用的CBCT正好相反,即成像软组织分辨率和空间分辨率均比较差,而且成像剂量要比常规诊断CT高一个数量级别。


2、放射治疗用KV CBCT的研发历程
        1992年,Dr.John Wong 在William Beaumont Hospital开始研究在加速器平台上进行 kV 验证的可行性。1995年,研究团队决定重点研究加速器平台上的 kV CBCT的应用,两年后首次获得了 kV CBCT 图像。接下来的一年,研究团队将CCD 图像检测器换成新的 aSi 非晶硅平板检测器,完成第三代实验装置的修改。时间到了1999年,第一台 X 线平板容积扫描成像装置 (XVI) 终于在 SL20 加速器平台上运转成功。对于这台第三代的原型机的成功,使得医科达开始关注KV CBCT。次年研究团队完成了第四代实验装置原型机:使用 41cm X 41cm的平板检测器。

         这年的下半年(2000年秋),医科达宣布正式委托并赞助 XVI 项目,并在当年的 ASTRO 会议上展出了 Synergy XVI 样机。至此,Synergy XVI 的基本结构定型。经过不断完善,医科达的图像引导系统在2003年10月23日率先获得了美国 FDA 签发的 510k 的上市许可,批文编号 K032996。与医科达的拿来主义模式不同,瓦里安则依靠自己能力研发了OBI系统,大约一年后,瓦里安的OBI通过FDA批准。


3、正在应用的主要产品介绍

         目前市面上主要是医科达的XVI和瓦里安的OBI两个产品。

         医科达的XVI,在CFDA注册时中文名叫容积影像系统:



      瓦里安的OBI,在CFDA注册时中文名叫机载影像系统:


       

它们均提供三种不同的kV影像采集模式:
影像模式:采集一张静态 2D 平面影像;



透视模式:可获得治疗靶区的动态影像



锥形束CT 模式:加速器机架旋转过程中采集影像,系统保存每张 2D 投影影像及采集影像时的机架角度,并使用此数据重建解剖结构容积 3D 影像,用于对比导入CT参考影像进行配准。



4、KV CBCT临床应用心得与经验(以下简称IGRT)

         肿瘤患者在治疗时候,因为呼吸运动、小肠蠕动、膀胱充盈、胸腹水、日常摆位误差、肿瘤变化等等因素,最终都会影响到放疗剂量的分布和对治疗计划的影响。如果在放疗摆位时/放疗中使用IGRT采集图像,并利用这些图像,引导本次/后续分次放疗,可以有效提高治疗位置和处方的精确度,而关于IGRT带来的临床效果多么鼓舞人心的论文,可以说汗牛充栋,大家有兴趣可以自行百度。


4.1、使用IGRT很有意义的病例
(1)要求精确定位的肿瘤,如头颈部肿瘤、椎体肿瘤;
(2)摆位误差/不同分次间运动幅度大的肿瘤;
(3)大分割剂量治疗的肿瘤;
(4)已采用实形、调强技术的病例。


4.2、使用IGRT的意义不大的病例
(1)预后差、治疗剂量小的病例;
(2)对儿童、青少年患者,严格控制成像剂量;
(3)普通放疗治疗(普放)。


4.3、采集图像条件的设置

(以下一组参数仅作参考)
曝光条件:
(1)头颈 100KV、30mA、10ms;
(2)胸腹部 120KV、40mA、40ms;
准直器大小,要求包围整个治疗部位:
(1)头颈部常用S20;
(2)胸腹部常用M20。


4.4、重建方式对图像质量的影响
(1)低分辨率重建方式时间短,得到图像质量差;
(2)高分辨率图像质量高,重建需要时间长,一般作为离线分析使用;
(3)选用中分辨率的图像质量既能满足匹配需求,时间也短,在线配准最常用;
(4)据文献报道,中、高分辨率重建方式对匹配结果的影响没有明显差别。


4.5、几种典型病例的IGRT经验介绍
鼻咽癌
(1)配准框范围:
前界到鼻尖,后界到枕骨,上界到眉弓,下界到第五颈椎;
(2)患者需重新摆位:任何一个方向旋转大于3°
(3)IGRT扫描频率:
常规分割放疗:治疗开始后要求连续5次做CBCT扫描,以后可以选择每周1次到2次,或者每次都做;
大分割放疗:治疗开始后要求每次均做CBCT扫描;


肺癌
(1)配准框范围:
包括PTV范围,在三维上各外放2cm,如果肿瘤与附近骨结构相对位置固定,需要包括这些骨结构;
(2)配准方式:
如果肿瘤与附近骨结构相对位置固定,宜选择骨配准;
如果肺内孤立性病灶,宜选择灰度配准;
(3)患者需重新摆位:任何一个方向旋转大于3°
(4)IGRT扫描频率参照NPC。

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。
    转藏 全屏 打印 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多