《放射治疗物理学》培训教材讲义教案-15章发展中的图像引导放射治疗

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1、第十五章发展中的图像引导放射治疗伴随着计算机技术和图像技术的发展，放射治疗技术在近20年屮有了长足的进步，新技术的发展为放射治疗的老问题一尽可能提高靶区剂量并同时最人程度地保护邻近正常组织特别是放射敏感组织一的解决也提供了新的途径。第一节三维适形放射治疗在常规放射治疗屮，照射野基木上是由透视下或模拟定位机下的所见病灶为依据，其形状一般也是由钻一60治疗机或加速器的光栏野所形成的矩形野，并用挡铅根据X线影像适当遮蔽野内的敏感组织。在头颅，胸腔以外的区域，X平片图像上的器官分辨率有限，而任意斜位影像上的解剖细节

2、辨别就更加困难，因此，这类射野的形状和对比较简单，大多为矩形野。现在看來，这样的放射治疗不得不以累及过多的正常组织以确保靶区不致遗漏。九十年代初，CT以其合适的性价比在医疗特别是在肿瘤治疗中获得广泛的应用，与此同时，多叶光栏和基于CT影像和BEV设野的准3维和3维治疗计划系统也越来越多地应用于临床放射治疗。由于这些设备进步,3维适形放疗（3dimensionalconformalradiationtherapy,3DCRT）也应运而牛。与此相应，国际放射单位和测量委员会（ICRU）也在1993年适时地以其5

3、0号报告⑴修正了原来29号报告⑵中关于靶区的定义。根据1CRU50号报告,放射治疗的对象为临床靶体积（CTV）o由于治疗过程中的摆位课并和病人体内的固有生理运动，必须在CTV外增加一个安全边界以确保其得到足量照射。由CTV连同其外面的安全边界组成的体积为计划靶体积（PTV）,PTV是与放射治疗相关的特定体积，它的物理意义是：这是一个和对于治疗机坐标系统和対静止的体积，包含了CTV在整个疗程中的运动（牛.理、摆位）。而CTV和报告中定义的GTV的参照则是病人坐标系统，因而是运动体积。但是，3维适形治疗不应仅仅

4、理解为在BEV下使用MLC,它与其说是一种技术，毋宁说更是一个流程一一个由病人固定、治疗位CT、虚拟模拟和3维计划、计划复核、治疗复核、治疗实施等步骤组成的流程。在病人固定步骤中，病人収治疗体位，治疗体位的选取以最有利于投照和保护正常组织为原则，并兼顾病人的舒适性（一个不舒适的体位往往很难维持和重复，因而也是不利于投照的），然后依不同的治疗部位采用不同的方式进行体位固定。常用的I司定的方法有真空负压染，热定型塑料膜及各种托架等。对精度要求更高的颅脑部立体定向放射治疗，还盂采用颅骨有创固定。病人随后带着固定装

5、置进行CT成像，这些影像随后将用于治疗计划。这些年來，CT技术也有了很大的进步，其屮之一就是由于滑环技术的应川，扫描的速度大大提高。扫描速度的提高对减少运动伪影和提高影像几何分辨率的意义不可低估，但这个优点对放射治疗而言冇英两面性：图像儿何分辨率的提高无疑提高了轮廓勾画的精度，但考虑到放射治疗的投照过程不是在扫描时间数虽级上瞬间完成，忽视这种“瞬间图像”的局限性也会误导治疗计划。而笫二代CT的慢速图像则在某种程度上与投照过程中的“平均”效应更加和符。此外，综合现在综合使用多种模式的影像也H趋广泛，核磁共振（

6、MR）、正电子发射CT（PET）、单光了发射CT（SPECT）等图像的综合使用，弥补了CT图像在靶区甄别上的一些不足。虚拟模拟则是将治疗位的CT图像在虚拟模拟软件上进行治疗模拟。这类模拟软件能将序列的CT层面图像“串”成一个3维数据包（d毗aset）。如果病人有多种模式的影像，如CT和MR,则还能将它们进行相互配准。配准的目的在于建立两个图像数据包和应处标系统间的变换关系，使得-纽图像上信息能映射到另一组图像上（如把在核磁共振图像上勾画的轮廓显示在CT层血上)。目前在商品虚拟模拟系统和治疗计划系统上采用的方

7、法基本上有基于标记物的和利于像索本身信息的⑶。基于标记物的方法即在病人身上同一位置放置标记物，然后病人带着标记物在两种模式下成像，再通过标记物的对应关联建立图像信息间的关联。基于像素方法中较为常用的是共有信息法(mutualInformation),依据“一个模型在正确对准时给出更多的图像信息”的假设，它采用迭代的方法来最大化一个物体与英图像间的共有信息来建立物体坐标与图像坐标间的关系⑷。共有信息法在无形变的影像间(如头颈部)配准的效果较好，其它部位的影像往往需要人工T预才能得到较为满意的结果。3维CT数据

8、包须进彳亍轮廓勾画或区域分割(contouring&segmentation)。分割是指将图像屮具有特殊含义的不同区域区分开来，因此分割的边界即是伦廓，而伦廓的内含就是分割。伦廓勾曲或分割的方法冇自动的和人工的。自动的轮廓或分割方法主要以CT值为基础，冇阈值分割和区域生长等方法。对这些3维空间轮綁和分割的描绘(rendering)构成了病人模型。根据重建的病人模型我们可以方便地在射野视窗(beam'seyevie