CT-Sim模拟定位技术

CT-Sim模拟定位技术中山大学肿瘤防治中心放疗科伍建华一、CT模拟机的构成与特性二、CT模拟机的功能与工作流程三、CT模拟机定位方法及步骤四、特殊CT模拟定位技术五、CT模拟机的QA、QC内容介绍2CT与放射治疗：1972年英国工程师G.N.Hounsfield（亨斯菲尔德）研制成功首台CT机；1979年，Goitein(戈伊坦）率先将CT影像技术应用于临床放射治疗中；1986年，Galvin（高尔文）等人阐述了CT模拟机的一些关键构造；1989年第一台螺旋CT诞生；1991年双层螺旋CT研制成功CT成像原理图3CT早期在放射治疗当中主要用在两个方面：1、为治疗计划设计提供精确的肿瘤靶区定义；2、为吸收剂量计算提供组织不均匀性校正。目前CT模拟机在放射治疗中的应用包括：肿瘤定位、正常组织及器官的定位、治疗计划设计、剂量分布的计算、治疗计划的模拟、评判疗效等等。4一、CT模拟机的构成与特性构成诊断性CT机(大孔径CT)治疗床（低密度的碳纤维平面床板，进床精确度小于0.5mm）；计算机控制台模拟机中央工作站激光定位系统（定位误差应当小于1mm）5CT机1、CT模拟机的X球管（电子枪、真空管和阳极靶冷却装置）应比诊断用CT在设计上具备更高的要求；常见螺旋CT球管热负荷：2.0~5.2MHU；阳极冷却速率：0.9MHU/min；2、应选用大口径的CT；3、CT模拟机工作站的硬盘容量应足够大；64、计算机控制台双屏幕设计，双主机配置，具有影像采集系统和影像分析设备；5、模拟机中央工作站具备一系列绘图工具，方便临床医师勾画肿瘤靶区及危及器官的轮廓；具有BEV、DRR等多种视觉评估功能；76、激光定位系统三维激光，辅助患者摆位，定位误差小于1mm。89二、CT模拟机的功能与工作流程10（一）CT模拟机的功能①诊断功能②定义肿瘤靶区及重要器官③设计照射野④组织不均匀计算⑤治疗疗效监控11CT模拟定位机具有高质量的影像功能CT模拟定位机为治疗计划系统提供高质量的横断面CT影像，帮助医生精确勾画出肿瘤靶区及危险器官的轮廓12计划设计系统能进行组织密度的不均匀校正计算进行组织不均匀性校正，提高剂量计算的准确性，以致肿瘤靶区剂量达到最高和正常组织剂量达到最低；靶区剂量覆盖DVH示意图剂量分布图13具有传统X线模拟机的功能借助复杂的计算机软件，将计划设计的照射野三维空间分布结果重叠在CT重建的病人解剖图像上，在相应的激光定位系统的辅助下，实现对治疗条件的虚拟模拟；（鼻咽癌A段2D3D射野分布示意图总汇）14CT模拟定位系统常规X线模拟机靶区定位++++靶区及重要器官的确认++++射野挡块++++观察器官运动++++多个治疗野衔接+++皮肤标记++++射野验证片+++++治疗方案的修改+++++代表精确度应用三维调强适形放疗，CT模拟定位机比常规X线模拟定位机有更强的功能15克服平片缺点，提供更多横断面解剖细节常规模拟定位机是利用专用模拟定位机来实现的，主要依据透视影像中的骨性标识，是一种二维平面定位技术，CT模拟定位是由一种大视野（FOV,60cm)射野的CT扫描机，一套具有CT图像的三维重建显示及射野模拟功能的软件，一套激光射野激光模拟器组成。CT模拟定位机克服了常规模拟定位机拍摄平片的缺点，提供了更多的横断面内的解剖结构的细节，极大地改变了放射治疗治疗计划设计的定位和治疗模拟的面貌；16特别适用于形状、位置复杂肿瘤的定位CT模拟定位机特别适用于形状复杂或与重要器官临近的肿瘤，需要多野照射或旋转照射剂量曲线复杂的肿瘤定位；如脑胶质瘤、垂体瘤、脑干肿瘤、椎旁肿瘤、上颌窦肿瘤、鼻咽癌、前列腺癌、乳腺癌、肝癌、胰腺癌等。（乳腺癌切线照射示意图）17精确计算放射剂量利用CT模拟定位，不仅可以看到肿瘤的真面目，还可以清楚地了解它周边的环境，其定位影像可以传输到三维治疗计划系统，精确计算靶区和正常器官的放射剂量，这样有的放矢，既有效消灭了肿瘤，又妥善地保护了正常组织和器官，为提高肿瘤病人生存质量提供基础保证。18CT模拟机扫描与诊断性CT机的区别放射治疗用CT扫描诊断性CT扫描精确CT值是剂量精确计算的必要条件扫描层厚是3D影像重建和DRRs图质量的重要参数造影剂应用可以增强肿瘤组织与周围正常组织的对比度，便于医师勾画靶区；可能会影像剂量计算的结果扫描时间取决于影像重建和DRR计算的需要，需要比诊断性CT更高的球管负荷精确CT值诊断性CT更注重组织相对异常性，而不是CT绝对值扫描层厚是诊断性CT的重要参数，有助于减小部分容积效应的干扰造影剂应用对各种诊断十分必要扫描时间快速扫描可以减小图像干扰19DRR与XR(X线平片）的比较1、DRR的空间分辨率较XR的低；2、DRR可随意观察靶区、某一组织或器官、或器官的一部分；3、DRR可以得到模拟定位机难以拍摄到的照片；4、DRR上较易附加射野外轮廓和等中心位置。DRR（Digitallyreconstructedradiograph)：数字重建的射线影像20PHILIPS16排大孔径螺旋CT模拟机介绍（BrillianceTMBigBoreCT）◇具有最新4D-CT采集功能（呼吸门控），最新的四维动态采集技术与门控放疗技术结合，限定胸腹部肿瘤照射范围，使放疗更精确，同时，进一步减少正常肺组织损伤，提高患者生活质量；21◇该机提供85厘米的超大孔径，60厘米的真实扫描视野，可满足放疗定位各种特殊扫描体位的要求；◇配有放疗专用碳纤维平板床面，保证了扫描与治疗体位的一致性。床面定位索引定位精度达±0.25毫米，为放疗定位提供了可靠的保证；22◇高品质图象、快速图象重建、逻辑化的工作引导流程、使病人诊断和定位更精确；◇与放射治疗计划系统相整合，优化工作流程，从而能够实施包括虚拟射野透视模拟、容积数字重建、自动图像配准等在内的各种任务。23特征CT模拟机制造商GESIEMENSPHILIPS螺旋CT是是是多层面CT是是是平床面是是是孔径大小85cm70cm85cmSFOV大小60cm48cm60cm数据传输DICOM-RTDICOM-RTDICOM-RT软件平台Advantage模拟Virtual模拟AcQ模拟4D模拟是未来产品是商用计算机模拟系统的技术参数24（二）CT模拟机的工作流程①CT扫描及患者摆位及固定②治疗计划设计与模拟⑴靶区及周围组织的勾画⑵等中心的设置⑶照射野的设置⑷DRRs图的产生③CT模拟设计的验证25工作流程26三、CT模拟机定位方法及步骤27（一）扫描体位及固定要求⑴体位：患者的体位必须与放射治疗的体位相一致。扫描时，头先进扫描孔，还是脚先进，应按靶区具体位置而定。⑵固定：由于CT模拟定位比常规模拟定位机要求更高的精确度，特别是对做3D-TPS、IMRT的患者，需更严格的体位固定。28（二）扫描步骤及注意事项1、扫描前的准备工作：⑴向患者做好解释工作，并解释扫描过程，消除患者疑虑；⑵如果扫描胸部和/或腹部肿瘤的患者，需要嘱咐患者预先进行呼吸训练，一般要求患者在定位和治疗过程中保持平静呼吸即可；29⑶扫描腹部和盆腔部的患者如无特殊，须提前12小时行肠道准备，且嘱咐患者按照医生要求行膀胱充盈，方可进行CT模拟定位；30⑷进行增强扫描的患者应进行15分钟的碘过敏试验，同时要注意调节好扫描时增强剂的注射量和流速，适时把握扫描延迟时间，使病变部位达到最好的增强效果并减少增强剂产生的伪影。312、扫描期间的工作⑴使用体位固定器将患者按常规摆位的要求固定在CT治疗床上，利用三维激光系统进行患者体位摆位。摆位时应认真仔细，尽量重复患者制模时的舒适体位，防止空位、虚位情况的发生。发现问题及时与制模室沟通解决。32⑵摆位结束后，扫描正位定位像。得到患者正位透视图，观察并利用CT机图像处理软件协助判断患者体中线是否摆正，体位是否符合放射治疗要求。如不符合要求，则重新对患者进行摆位，直到符合摆位要求才可进行下一步的操作。33⑶通过三维激光定位系统的指示，在体位固定器及体表上画出激光定位标志线（点），作为零位参考点（有利于改善CT螺旋扫描产生的容积效应对CT-SIM定位标志点所在Y轴的影响），并在参考点上放置直径约1mm的可成像标志物（金属铅标志点）。⑷零位参考点必须放置在扫描范围内为了保证CT定位参考标志点能较为有效地发挥定位作用，除了主管医生的特别要求外，在选择CT定位参考标记点的位置时应注意：①尽量接近靶区；②尽量接近骨性标志；③尽量避开呼吸幅度较大的位置；④尽量避开较为明显的疤痕位置。34扫描5mm层厚用圆点扫描3mm层厚用圆点35⑸进床将拟定的参考标记线与内置激光垂直线重合，并将此处CT床位设置为“0”。⑹移动床位，根据医嘱确定定位图像扫描的起始线。36⑺采集定位图像，根据医嘱确定具体的扫描范围和扫描条件。注意应将“0”位标志点包括在扫描射野内。头部扫描时，头顶第一层应露空，以便于计算脑部靶区深度；胸部扫描时，应包全整个肺部及肾脏和周围重要器官，以便计算全肺组织受量及肾脏和周围重要器官的剂量容积比，方便放疗医师对靶区出现剂量不均或周围脏器出现受量过高及时做出相应的调整。头颈部扫描层厚一般为3mm，体部层厚一般为5mm。37⑻如行增强扫描者，则在一切扫描参数设置好后注射造影剂，并根据不同部位达到增强效果的延迟时间不同，选择适当的扫描延迟时间开始扫描（为减轻患者的反应，CT-SIM扫描一般采用非离子型造影剂，如碘必乐(碘帕醇）、碘海醇等），严密观察患者反应及高压注射器的运作情况，如体位变动过大则需重新摆位及扫描。38增强CT扫描延迟时间39平扫与增强403、扫描完成后的工作⑴松开固定器，降低治疗床放下患者，询问其有无不适，如患者有不适则应马上通知医生处理；⑵凡在体部皮肤放置了标志点的患者，需行激光枪打点以便模拟复位时确定CT层面位置；41⑶凡进行增强扫描的患者必须对其进行30分钟的观察，没有出现不良反应才可以拔针离开；⑷扫描后重建图像，须留意观察CT图像是否包含有可成像（金属）标志点，如没有则需重新扫描。完成图像重建后，应检查图像是否有异并复查登记信息的准确（拼写正确），方便查阅影像资料，正确无误后，做好图像信息的传输和归档。424、放置CT标志点或标志线应注意的几个问题：⑴CT零位标志点应放在CT扫描范围之内，应尽量接近病灶靶区；⑵头颈部调强放疗需扫平扫加增强两套片，头部需放置第四个标志点，该点应放在“零点”层面3的倍数层面上（扫描层厚为3mm时)；43⑶体部的参考点应该选择呼吸运动较小、皮肤游离相对较小、骨性标志明显的位置；比如肋骨、髂骨等位置。44⑷乳腺癌等胸壁放疗的患者，胸壁照射区域在常规模拟机透视下画好标志线后，在CT-Sim扫描前，需用“介入导管”做标志线后才扫描。45四、特殊CT模拟定位技术46（一）4DCT治疗间器官运动(InterfractionOrganMotion)摆位偏差患者生理状况改变治疗过程中器官运动(IntrafractionOrganMotion)器官蠕动心脏搏动呼吸运动47常规解决方案ICRU62＃报告IM(InternalMargin)ITV(InternalTargetVolume)=CTV+IMPTV=ITV+SMIM的确定X光透视PETCT/4D-CTPTVITVSMIMCTVGTV48前瞻式4D-CT扫描前瞻式断层螺旋前瞻性呼吸门控CT扫描是指在CT采集前即将所需要的呼吸时相确定，在固定的呼吸时相进行轴位触发扫描，每次扫描仅获得一幅图象；在一次扫描结束后，CT床移向下一个位置进行扫描。49前瞻性呼吸门控的优缺点：优点：避免呼吸运动伪影，可以获得肿瘤靶区和周围器官的准确形状，并可以配合呼吸门控放射治疗。缺点：扫描时间非常长，仅能获得某一个呼吸时相的图象，其信息量非常有限。无发观察到肿瘤随呼吸的动度及形态的变化，在应用上有一定的局限性。50回顾性4D-CT扫描由多层螺旋CT一次采集全部呼吸时相的图像，并在扫描结束后，将不同的呼吸时相的图像