放疗图像引导(四):核磁引导成像技术介绍一各种

核磁引导直线加速器

GRT磁共振影像引导放疗(MRIgRT)是将 MRI 装备与放射治疗装备组合在一起的一种新型 IGRT 放疗装备,临床对MRIgRT寄予了厚望。

1、MR图像优势

MRI的软组织对比辨别率最高,成像不受骨像滋扰,它可以清晰地辨别肌肉、肌腱、筋膜、脂肪等软组织。

640 正是MRI 图像对软组织的对比度非常清楚,分次治疗過逞中,核磁图像引导可以清楚地表现软组织,及时引导肿瘤治疗。由于肿瘤目的清楚确定,正常组织将受到更少的剂量侵害,加上没有无辐射,放疗副反响大大降低。临床价值不但仅是病人生存率进步,同时病人生活质量也将得到有用提高。

640 (1) 640 (2)

2、MRIgRT系统模型 2.1 Utrecht(Elekta)模型

640 (3) 上图是University Medical Centre 从2000年开始研究MRIgRT系统后,给出的原型布局图:中间灰色部分为MRI扫描部分,外围蓝色部分为Linac旋转机架,红色方块表现Linac辐射头。

下图是医科达官方微信提供的照片,已经经过革新和美满,:

640 (4) 2.2 ViewRay的模型 640 (5)

ViewRay是接纳Co-60联合永磁铁磁场,使用三个Co-60源作为治疗头。

3、MRLinac的重要挑衅:MRI 的高场强磁场不能对Linac产生磁耦互助用

Atlantic项目标MRLinac是基于Philips Achieva 1.5T 满身磁共振系统联合Elekta Compact 6MV加速器进行原理计划、论证和原型机系统的构建。而传统加速器安装时间每每需要阔别磁共振机房。那么问题来了,当加速器碰到MR的高场强磁场时,该怎样屏蔽MR的磁场呢?

为使Linac处于B=0的磁场工作环境,研究团队给出的解决方案是在MRI磁线圈外层增长两个逆向赔偿线圈,使磁场相互抵消。

640 (6)

研发团队经过丈量,增长两个逆向赔偿线圈后,可以发现加速器的枪地点位置磁场强度<1mT,到达了加速器的磁屏蔽要求。

640 (7) 4、MRLinac的剂量学特点

光子线束进入人体后重要发生康普顿效应为主,由于MR磁场的存在,因康普顿效应产生次级电子在洛伦兹力的作用下发生偏转。AJ Raaijmakers于2005在《Physics in Medicine & Biology》发布的文章可以知道,在射线束进入和脱离模体的时间,能量沉淀与没有磁场环境下的剂量分布完全不一样,我们可以从PDD和Profile两方面看到这种区别。

下图是测试光子束在磁场中能量沉淀的一种方法:

640 (8) 4.1 磁场对PDD曲线和Profile曲线的影响

640 (9) 640 (10)

从上述左边的PDD曲线和右边的Profile曲线图可以得到6MeV 光子线在1.5T 磁场强度下:
(1)建成深度减小了4-5mm;
(2)射野有侧移;
(3)射野宽度未受影响。

4.2 磁场对次级电子的影响

640 (11) (1)入射方向,在磁场作用下,联合2.1内里PDD曲线,可以清晰的看到建成区更靠近体表;

(2)出射方向,次生电子在洛伦兹力的作用下发生偏转,在体模-空气界限处回转再射入体模,导致在体模—空气界限处的剂量增高明显(电子返回效应,Electron Return Effect)。

4.3电子返回效应的临床问题和好息争决措施

由于电子返回效应的存在,组织—空气界限的局部剂量将会增高,这将是MRIgRT中一个非常重要的问题:

(1)射线在皮肤出口处的剂量会增高;

(2)体内空气腔(比方口鼻腔、气管、肺、直肠等)部位的剂量会增高。

研究者研究发现,对于电子返回效应,可以增长一个对侧野要么旋转照射来赔偿电子返回引起的局部剂量增高的问题。

640 (12) 可以预见的是,MRLinac将要开展的不是普通放疗,一样平常会是IMRT,甚至VMAT,以是电子返回效应应该可以被很好的赔偿。

5、已有MRIgRT装备介绍

现在重要有美国ViewRay公司的MRIdian和医科达公司的Atlantic项目推出的MRLinac。

5.1 医科达公司的Atlantic项目标MRLinac

按医科达官方消息,2015年伊始,美国第一台高端核磁共振引导的直线加速器在休斯顿德克萨斯州立大学的MD Anderson癌症中心开始安装。在去年的10月份时间,MD Anderson癌症中心项目已经通过全部的测试,相近尾声。

640 (13)

5.2 ViewRay公司的MRIdian

ViewRay公司的MRIdian在2012年取得FDA认证,在2014年取得CE认证。该公司在2014年02月公布在美国公布于圣露易斯市华盛顿大学医学院Siteman癌中心完成初次病人治疗。

640 (14) 谢谢大家关注分享!

注:本文转载已经得到作者授权,未经该作者授权,请勿将此文用于贸易、广宣、营销。

本文首发于微信订阅号:癌瘤防备与治疗科普,经原文作者同意发布于本栏。盼望本文能对现在放疗中非常热门的图像引导(IGRT)做一个科普介绍,让民众理解什么是IGRT。(原文链接 放疗图像引导(一):种种成像技能介绍 )

图像引导放射治疗(IGRT),是在患者进行治疗前、治疗中使用种种影像装备,对肿瘤及正常器官进行监控,并根据器官位置的变革调整治疗位置、治疗条件,使照射野牢牢“跟随”靶区。以是图像引导对于放射治疗的重要性,比如对准镜对于偷袭步枪,卫星导航定位系统对于长途导弹。


接下来我们扒一扒那些差别厂家差别装备的图像引导成像技能。

1、电子射野影像系统(Electronic Portal Imaging Device,EPID)

这种成像技能出现比较早,在2006年前是应用最广的成像技能,一样平常以6MV兆伏级X线进行拍片验证,可用较少的剂量得到较好成像质量。具有体积小、辨别率高、敏捷度高、能响范畴宽等长处,临床上摄片操作简单,本钱低、轻易实现。既可以离线校正验证射野的大小、外形、位置和患者摆位,也可以直接丈量射野内剂量,是一种简单实用的二维影像验证装备。


缺点是摄野片骨和空气对比度都较低,软组织显像不清楚,太依靠操作职员主观判定。

随着技能的发展,基于非晶硅平板探测器的EPID,可以直接丈量射野内剂量,是一种快速的二维剂量丈量系统,用EPID系统进行剂量学验证的研究开始不停增多,渐渐鼓起并推向临床。笔者相信EPID会迎来第二春。

2、KV级锥形束CT(Cone Beam CT,CBCT)

这种成像技能是现在应用最广的图像引导技能,它使用大面积非晶硅数字化X射线探测板,机架旋转一周就能获取和重修肯定体积范畴内的CT图像。这个体积内的CT影像重修后的三维影像模型,可以与治疗计划的患者模型匹配比较,并主动盘算出治疗床需要调治的参数。

从上上图可以看到CBCT具有体积小、重量轻、开放式架构的特点,可以直接整合到直线加速器上。CBCT的图像质量空间辨别率高,操作简单快捷。放疗中最常使用的容积成像功能,可以快速完成在线校正治疗位置,深得技师喜好。同时它也具有在治疗位置进行X线透视、摄片等功能,不外这些临床功能使用不多(后续文章会完备介绍CBCT的功能)。

它的缺点是密度辨别率较低,尤其是低对比度密度辨别率与先辈的临床诊断CT相比,另有肯定差距。与MV CBCT相比,它的KV级图像与MV级治疗不是同源。

3、直加+CT组合系统

这种成像技能是西门子ONCOR机器的图像引导解决方案,在一台ONCOR直线加速器配备一台多排Somatom CT机,CT机与加速器共用治疗床。

该解决方案的优势在于大幅进步了影像的空间辨别率和成像质量,不外该系统相对KV级CBCT庞杂许多,国内装机不多。

4、kV级X线摄片和透视

这种成像技能把kV级X线摄片和透视装备与治疗装备联合在一起,在病人体内植入金球要么以病人骨性标志为配准标志。与EPID MV级射线摄野片相比,骨和空气对比度都高,软组织显像也非常清楚。
国内重要是赛博刀(Cyber knife)系统使用这种方法,使用治疗室内两个交角安装kV级X线成像系统,等中心投照到患者治疗部位,追踪金属标记的位置变革,要么根据拍摄的低剂量骨骼图像,与先前储存在盘算机内的图像进行比对,以便决定肿瘤的准确位置, 并将数据运送至控制加速器的盘算机。该系统具有6个自由度运动功能的机器臂,可随时调整6MV X射线照射束的方向,从非共面的差别角度照射肿瘤,机器臂非常机动,这是该系统的长处。

5、MV级锥形束CT

Tomo接纳这种成像技能,普通的讲就是一台使用6MV球管的螺旋CT机,治疗和图像引导均接纳同一球管:治疗用6MV能量,成像用3.5MV能量。不外MV CT的图像质量空间辨别率低,在低对比度时间辨别率更低。
这种图像引导的最大优势就是图像引导与治疗是同源,影像探测器在治疗时间也可以同时丈量出射剂量,还可以进一步实现剂量引导放射治疗。

6、三维超声图像引导

这种成像技能是将无创三维超声成像技能与直线加速器相联合,通过收罗靶区三维超声图像,帮助靶区的定位并减小分次治疗的摆位偏差、分次治疗间的靶区移位和变形的技能。

见上图,超声引导在如乳腺癌、前线腺癌、妇科肿瘤和膀胱癌中具有非常大的优势。


7、核磁图像引导

现在重要有瑞典公司Elekta研发的核磁加速器和美国公司ViewRay研发的核磁伽马刀。

这种成像技能有高于CT数倍的软组织辨别本领,图像中对于软组织的对比度可以进步1—3个品级度;成像不会产生CT检测中的骨性伪影;不用造影剂就可得到很好的软组织对比度,并且还制止了造影剂大概引起的过敏反响;不会像CT那样产生对人体有损伤的电离辐射。磁共振不但有形态学,还具备功能学,可以形成分子影像,影像诊断中很热门的磁共振弥散加权成像(DWI)、磁共振!弥散张量成像(DTI)等功能磁共振也可以与放射治疗相联合。

原文微信号:癌瘤防备与治疗科普,假如以为本文不错,还想理解更多图像引导的科普文章,可以扫描下面二维码,关注该微信号。

一、摘要

在精准医学年代,放射治疗在围绕“精准放疗”的最终目的,环球的装备厂商和科研机构推出了林林总总的新技能来满意这一临床要求。而图像引导放射治疗(IGRT)无疑是在精准放疗发展道路上最重要的技能之一。


图像引导放射治疗(IGRT),是在患者进行治疗前、治疗中使用种种影像装备,对肿瘤及正常器官进行监控,并根据器官位置的变革调整治疗位置、治疗条件,使照射野牢牢“跟随”靶区。以是图像引导对于放射治疗的重要性,比如对准镜对于偷袭步枪。


由于图像引导放射治疗(IGRT)是比年来放疗发展的重要趋势之一,各装备厂商分别推出了林林总总的图像引导放疗技能,从电子射野影像系统(EPID)到KV级锥形束CT(CBCT);从In-room CT+直加组合到直加CT一体机,从MV级CBCT到超声引导放疗,从MR图像引导放疗到将来的PET/CT图像引导放疗,我们看到技能的迭代和围绕精准定位的同时,还要思量到剂量精准管理的需求。下面我们就临床常用的几种图像引导放疗技能做扼要介绍。


二、电子射野影像系统(EPID)

电子射野影像系统这种成像技能出现比较早,也是现在应用最广的成像技能之一。一样平常以6MV兆伏级X线进行拍片验证,可用较少的剂量得到较好成像质量。具有体积小、辨别率高、敏捷度高、能响范畴宽等长处,临床上摄片操作简单,本钱低、轻易实现。既可以离线校正验证射野的大小、外形、位置和患者摆位,也可以直接丈量射野内剂量,是一种简单实用的二维影像验证装备。其缺点是摄野片骨和空气对比度都较低,软组织显像不清楚,太依靠操作职员主观判定。


微信截图_20200628140925

随着X线探测技能的发展,基于MV级非晶硅平板探测器的EPID,可以得到头部、胸部、盆腔等部位的非常清楚的影像。EPID技能可以直接丈量射野内剂量,是一种快速的二维剂量丈量系统。由于EPID技能的同源性,其在将来的技能发展中将会在位置校准、计量学验证等方面始终占据优势,业内专家也对该技能的发展进步非常看好。


三、KV级锥形束CT(Cone Beam CT,CBCT)
image005

CBCT成像技能是现在应用最广的图像引导技能,它使用大面积非晶硅数字化X射线探测板,机架旋转一周就能获取和重修肯定体积范畴内的CT图像。这个体积内的CT影像重修后的三维影像模型,可以与治疗计划系统(TPS)的患者模型匹配比较,并主动盘算出治疗床需要调治的参数。


image010

从上上图可以看到CBCT具有体积小、重量轻、开放式架构的特点,可以直接整合到直线加速器上。CBCT的图像质量空间辨别率高,操作简单快捷。放疗中最常使用的容积成像功能,可以快速完成在线校正治疗位置,深得技师喜好。同时它也具有在治疗位置进行X线透视、摄片等功能,不外这些临床功能使用不多。


KV级CBCT的缺点是密度辨别率较低,尤其是低对比度密度辨别率与先辈的临床诊断CT相比,另有肯定差距。与MV级 CBCT相比,它的KV级图像与MV级治疗不是同源,非等中心旋转偏差也给定位校准增长了系统偏差。


四、In-Room CT+直加组合系统

In-Room CT这种成像技能是西门子ONCOR机器的图像引导解决方案,在一台ONCOR直线加速器配备一台多排Somatom CT机,CT机与加速器共用治疗床。该解决方案的优势在于大幅进步了影像的空间辨别率和成像质量,在精准定位上做到了极致,不外该系统相对KV级CBCT庞杂许多,由于该解决方案在寻求精准的同时大大进步了装备本钱,加之西门子医疗在2012年就退出放疗业务,该技能在国内并不多见。但这种解决方案在重粒子治疗的固定治疗室或旋转机架治疗室内里,我们看到日本多家重粒子治疗中心,仍然接纳这种定位解决方案。


五、别的影像图像引导技能

超声成像放疗引导技能是将无创三维超声成像技能与直线加速器相联合,通过收罗靶区三维超声图像,帮助靶区的定位并减小分次治疗的摆位偏差、分次治疗间的靶区移位和变形的技能。超声引导在如乳腺癌、前线腺癌、妇科肿瘤和膀胱癌中具有非常大的优势。


核磁图像引导放疗技能重要是瑞典公司Elekta研发的核磁加速器和美国公司ViewRay研发的核磁伽马刀。这种成像技能有高于CT数倍的软组织辨别本领,图像中对于软组织的对比度可以进步1-3个品级度;成像不会产生CT检测中的骨性伪影;不用造影剂就可得到很好的软对比度,并且还制止了造影剂大概引起的过敏反响;不会像CT那样产生对人有损伤的电离辐射。磁共振不但有形态学,还具备功能学,可以形成分子影像,影像诊断中很热门的磁共振弥散加权成像(DWI)、磁共振!弥散张量成像(DTI)等功能磁共振也可以与放射治疗相联合。


六、结论与预测

通过上面几种成熟技能的介绍,EPID技能和CBCT技能无疑是现在最常用的临床图像引导技能的选择,根据临床开展放疗履历和本钱核算,EPID技能和CBCT都足以满意临床图像引导的基本需求,相较CBCT而言,EPID技能越发表现高性价比的实用性。


对于寻求技能极致的大三甲医院,大概会在MR图像引导放疗上做出实验和选择,但MR成像原理相对于真正的分子影像PET/CT的而言,MR另有很大的差距,现在我们还没看到用PET/CT的功能和好息争剖融合图像进行放疗定位的实际临床应用,而相对于真正的精准放疗,专家们以为PET/CT引导的精准放疗大概是将来的主流趋势,固然这一技能实现和临床应用仍需要很长的研发道路,这也是许多临床专家求之不得的技能寻求吧。



撰稿 | 王海兵
供图 | 王海兵 排版 | 沈梦韵

本文网址: https://www.baigejz.com/d/20212140448_9276_2269845733/home

推荐阅读

tags

最新发布