體部伽瑪?shù)秷D像引導(dǎo)技術(shù)研究

駱錦添

摘 要：近年來(lái)，圖像引導(dǎo)技術(shù)獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，其具有定位精確，成像時(shí)間短等特點(diǎn)，已逐漸發(fā)展為現(xiàn)代精確放射治療的重要基礎(chǔ)。而體部伽瑪?shù)妒俏覈?guó)結(jié)合國(guó)外頭部伽瑪?shù)都夹g(shù)研發(fā)而來(lái)的新型放療設(shè)備，在多年的臨床應(yīng)用中，一直受限于較為傳統(tǒng)的體部框架定位技術(shù)。通過(guò)將圖像引導(dǎo)定位技術(shù)運(yùn)用于體部伽瑪?shù)?，將進(jìn)一步促進(jìn)體部伽瑪?shù)禨BRT的規(guī)范治療。本文對(duì)體部伽瑪?shù)秷D像引導(dǎo)技術(shù)的原理及應(yīng)用展開(kāi)研究。

關(guān)鍵詞：體部伽瑪?shù)叮粓D像引導(dǎo)技術(shù)；研究

中圖分類(lèi)號(hào)：R730.55 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）04-0184-01

1 引言

隨著醫(yī)療科技的飛速發(fā)展，圖像引導(dǎo)放射治療（IGRT）已成為一種新型的腫瘤治療技術(shù)，它利用精確的影像技術(shù)及圖像處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)病患靶區(qū)的準(zhǔn)確定位，同時(shí)還能對(duì)后續(xù)的治療情況進(jìn)行追蹤，從而有效的提升腫瘤治療效果，減少對(duì)機(jī)體健康組織的損害。本文將就體部伽瑪?shù)秷D像引導(dǎo)技術(shù)的運(yùn)用原理、實(shí)施方法展開(kāi)研究。

2 體部伽瑪?shù)秷D像引導(dǎo)技術(shù)研究

通過(guò)對(duì)已有圖像引導(dǎo)定位技術(shù)的比較分析，X射線立體平面成像是一種在實(shí)際應(yīng)用中較為有效的IGRT定位手段，該技術(shù)有著以下特點(diǎn)：一是，定位準(zhǔn)確度高；二是，所需劑量低；三是，花費(fèi)時(shí)間少；四是，能夠?qū)崿F(xiàn)治療前的靶區(qū)定位及治療中的運(yùn)動(dòng)追蹤。而且，當(dāng)前的質(zhì)子/重離子加速器放療設(shè)備也廣泛的應(yīng)用到了該技術(shù)，主要用于靶點(diǎn)精度的準(zhǔn)確控制。下面就體部伽瑪?shù)秷D像引導(dǎo)技術(shù)的原理和方法、與體部伽瑪?shù)断到y(tǒng)結(jié)合以及試驗(yàn)結(jié)果分析展開(kāi)研究。

2.1 原理和方法

對(duì)于X射線立體成像來(lái)說(shuō)，其技術(shù)關(guān)鍵在于2D-3D圖像配準(zhǔn)。在IGRT、IGS等方面，已進(jìn)行了相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的諸多研究。而CyberKnife和Novalis等IGRT系統(tǒng)的臨床應(yīng)用實(shí)踐，進(jìn)一步促進(jìn)了該種配準(zhǔn)技術(shù)的研究。2D-3D圖像配準(zhǔn)的原理是，基于在線獲得的一個(gè)或兩個(gè)二維X射線圖像以及之前獲得的一個(gè)三維CT（或者是MRI）圖像，結(jié)合圖像相似性理論，尋找患者體內(nèi)靶區(qū)（Target）或感興趣區(qū)（ROI）在不同時(shí)間段的方位變化，首先，依據(jù)臨床上的X射線成像，從三維CT獲取到數(shù)字重組透視圖像（DRR），將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的二維-二維（2D-2D）圖像配準(zhǔn)。再經(jīng)過(guò)復(fù)雜的數(shù)據(jù)測(cè)算，獲得相應(yīng)的二維配準(zhǔn)結(jié)果（兩個(gè)投影面上），接著再實(shí)現(xiàn)從二維到三維的轉(zhuǎn)化，最終取得患者三維坐標(biāo)系上六個(gè)自由度的配準(zhǔn)數(shù)據(jù)，也就是三個(gè)方向的平移和轉(zhuǎn)角。

本文提出的圖像引導(dǎo)定位技術(shù)（Image-Guided Positioning System，IGPS），通過(guò)應(yīng)用X射線立體平面成像，有效的提高了定位精度。該系統(tǒng)的構(gòu)成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)用由計(jì)算機(jī)軟件操作的兩組成像系統(tǒng)，其主要由kV級(jí)X射線管、非晶硅平板探測(cè)器等組成，對(duì)病人身體的內(nèi)部構(gòu)造或外部引入金屬標(biāo)記進(jìn)行X射線透視，從而獲得準(zhǔn)確得X射線圖像。作為技術(shù)關(guān)鍵核心的IGPS軟件系統(tǒng)的組成和功能如下，數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)和分析由TPS經(jīng)過(guò)Ethernet傳送過(guò)來(lái)的患者DICOM數(shù)據(jù)；計(jì)劃軟件用于處理CT圖像，得到DRR圖像，并選取圖像配準(zhǔn)ROI；定位軟件用于得到DRR圖像庫(kù)，對(duì)成像設(shè)備進(jìn)行控制以實(shí)時(shí)獲取X射線圖像，實(shí)現(xiàn)2D-3D圖像配準(zhǔn)，分析患者位置的偏移，輸出定位結(jié)果，并傳送給系統(tǒng)控制中心。

下面結(jié)合一個(gè)盆腔腫瘤患者的實(shí)際定位過(guò)程來(lái)進(jìn)行分析，圖像配準(zhǔn)的具體流程如下：TPS依據(jù)目標(biāo)靶區(qū)的位置得到了配準(zhǔn)參考點(diǎn)，而IGPS獲得以其為中心的圖像配準(zhǔn)ROI，并且生成以其為中心的DRR圖像。IGPS獲取到相應(yīng)的X射線圖像后，對(duì)左右投影圖像實(shí)施單獨(dú)的2D-2D圖像配準(zhǔn)，并使用DRR上的ROI作為對(duì)應(yīng)的參考，在X射線圖像中尋找對(duì)應(yīng)的被配準(zhǔn)ROI。其相對(duì)于配準(zhǔn)參考ROI的位置偏移信息，即為想要得到的配準(zhǔn)結(jié)果。結(jié)合得到的配準(zhǔn)數(shù)據(jù)，對(duì)X射線圖像位置進(jìn)行更加精確的校正，并與DRR圖像相重疊，可用分割方塊目視觀察配準(zhǔn)是否準(zhǔn)確。

2.2 與體部伽瑪?shù)断到y(tǒng)結(jié)合

通過(guò)對(duì)多種類(lèi)型體部伽瑪?shù)都夹g(shù)特點(diǎn)的研究，可選用IGPS成像幾何，實(shí)現(xiàn)IGPS與伽瑪?shù)断到y(tǒng)相結(jié)合。IGPS首先實(shí)現(xiàn)了與SGS-I+型體部伽瑪?shù)兜慕Y(jié)合。因?yàn)镾GS-I+的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其內(nèi)部的空間有限，不能安裝IGPS硬件設(shè)備，因此IGPS被裝設(shè)于伽瑪?shù)兜耐獠俊蓚€(gè)X射線管裝設(shè)于從伽瑪?shù)肚皞?cè)向外延伸的懸臂上，平板探測(cè)器裝設(shè)于地面，并確保安裝牢固，構(gòu)成相互對(duì)稱(chēng)的雙投影交角成像幾何，使得兩X射束匯聚于中心位置。IGPS在中心點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)患者的定位，接著通過(guò)轉(zhuǎn)移治療床，將患者移動(dòng)到治療中心點(diǎn)。

同時(shí)，IGPS還實(shí)現(xiàn)了與OUR-QGD型體部伽瑪?shù)慕Y(jié)合。OUR-QGD屬于開(kāi)放型的機(jī)械設(shè)備，內(nèi)部空間較大，有著足夠的空間來(lái)安裝所需的IGPS硬件。與之前類(lèi)似，兩個(gè)X射線管安裝在機(jī)架上，平板探測(cè)器安裝在地面，并確保安裝牢固，兩X射束匯聚的定位中心點(diǎn)位于正下部。完成患者定位后，就可以向正上方轉(zhuǎn)移，從而將患者移動(dòng)到治療中心點(diǎn)。

最終得到的圖像引導(dǎo)體部伽瑪?shù)都夹g(shù)（IGRT-GK），在正式投入使用前，還要進(jìn)行規(guī)范的系統(tǒng)校準(zhǔn)以及靶點(diǎn)精度檢測(cè)等。其中，系統(tǒng)校準(zhǔn)，主要是用于精準(zhǔn)測(cè)算需要定位的實(shí)際距離。同時(shí)，經(jīng)過(guò)多次檢測(cè)，逐漸修正空間距離，減少可能的誤差，直至靶點(diǎn)精度達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)（一般為低于1.0mm）。在校準(zhǔn)完成后，仍要重復(fù)進(jìn)行幾次靶點(diǎn)精度檢測(cè)，從而獲得符合要求的整機(jī)靶點(diǎn)精度。

2.3 試驗(yàn)分析

IGPS已正確安裝于SGS-I+體部伽瑪?shù)渡希⑼瓿珊罄m(xù)的系統(tǒng)對(duì)接和檢測(cè)工作。進(jìn)行的精度測(cè)試結(jié)果表明：IGPS定位精度低于0.5mm，整機(jī)靶點(diǎn)精度低于1.0mm。在臨床上應(yīng)用后，通過(guò)分析10個(gè)具體病例，對(duì)體部框架定位和IGPS圖像引導(dǎo)定位得到的結(jié)果進(jìn)行比較。10位病人采取的是SGS-I+體部伽瑪?shù)?～10分次的放射治療，在治療之前，首先用體部框架定位方式，再接著使用圖像引導(dǎo)定位方式，記錄結(jié)果。應(yīng)用體部框架定位的方式，剩余擺位誤差范圍約為10mm，而應(yīng)用圖像引導(dǎo)定位方式，擺位誤差遠(yuǎn)低于1mm，定位精度獲得了顯著的提升。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著圖像引導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，逐漸成為現(xiàn)代精確放射治療的重要基礎(chǔ)。而體部伽瑪?shù)妒俏覈?guó)結(jié)合國(guó)外頭部伽瑪?shù)都夹g(shù)研發(fā)而來(lái)的新型放療設(shè)備，在多年的臨床應(yīng)用中，一直受限于較為傳統(tǒng)的體部框架定位技術(shù)。因此，本文對(duì)體部伽瑪?shù)秷D像引導(dǎo)技術(shù)的原理及應(yīng)用展開(kāi)研究，在確保定位準(zhǔn)確的前提下，SBRT治療是較為安全有效的。應(yīng)用圖像引導(dǎo)技術(shù)，結(jié)合SGS-I+體部伽瑪?shù)叮l(fā)展出定位精確地體部伽瑪?shù)秷D像引導(dǎo)技術(shù)。具有定位準(zhǔn)確度高，成像所需劑量低，所需時(shí)間短，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)治療前的靶區(qū)定位及治療中的運(yùn)動(dòng)追蹤等特點(diǎn)，臨床應(yīng)用效果顯著。通過(guò)將圖像引導(dǎo)定位技術(shù)運(yùn)用于體部伽瑪?shù)?，有效的促進(jìn)了體部伽瑪?shù)禨BRT的規(guī)范治療，解決了長(zhǎng)期以來(lái)用體部框架定位精度無(wú)法保證的問(wèn)題，是國(guó)內(nèi)醫(yī)療技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵里程碑，將為相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用起到助推作用。

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