4 курс / Лучевая диагностика / ПРИМЕНЕНИЕ_КИЛОВОЛЬТНОГО_РЕНТГЕНОВСКОГО_ИЗЛУЧЕНИЯ_ДЛЯ_ПЛАНИРОВАНИЯ
.pdf
достаточно для конвенционального облучения. Обычно получаются значительно лучшие цифры.
Рис. 5.4. Топометрическая система для радиотерапии ТСР-100. СимКТ, созданный в НИИЭФА (С-Пб, Россия)
Для описания пространственного разрешения удобно использовать такой параметр, как число пар линий в мм (пл/мм) (lp/mm). Этот метод (хотя и субъективный) даёт результаты, которые можно легко понять и интерпретировать. Другие важные параметры – искажение изображения и геометрическая точность. Для пользователя удобным методом сравнения систем является сравнение функционирования системы в целом, а также типичная доза, которая требуется для получения изображения.
101
Рис. 5.5. Фрагмент головки СимКТ ТСР-100 с механизмами перемещения проволочных имитаторов границ поля облучения
При обычных условиях на пространственное и контрастное разрешение, геометрическую точность и искажение изображения воздействуют следующие факторы.
•Толщина среза. С увеличением толщины среза интегральная плотность потока (флюенс) фотонов и уровень сигнал–шум возрастают; следовательно, контраст увеличивается, а разрешение уменьшается при усреднении по большому объёму.
•Размер изображения. Можно привести те же аргументы, что и для толщины слоя. Производители обычно предлагают дискретные размеры полей видимости (FOV–field of view) и рекомендуют увеличение силы тока мА для больших полей. Очевидно, что это оказывает влияние на флюенс фотонов.
•Алгоритм фильтрации. Фильтры применяют в процессе получения изображения для улучшения чёткости изображения при низком контрасте, и наоборот.
Доза, полученная больным при сканировании
На дозу, полученную пациентом, больше всего влияет время
102
экспозиции и целый ряд параметров (скорость вращения гантри; пиковое напряжение, сила тока, размеры пучка и др.), которые мы рассмотрим ниже в главе 7.
Детекторы
Долгое время изготовители симуляторов использовали в качестве детектора УРИ, уже применявшиеся при диагностической флюороскопии. Диаметр поля обзора зависит от фокусного пятна и расстояния фокус–усилитель, диаметра УРИ и его поперечного смещения. Увеличение расстояния до усилителя уменьшает поле обзора, увеличение других параметров ведет к его увеличению. Кроме того, апертура сканера определяется расстоянием между УРИ и навесным коллиматором. Дизайн системы – это компромисс между этими требованиями, но, очевидно, что большой диаметр УРИ выгоден; необходимо иметь минимум 300 мм, но лучше 350 мм. Люминофор поглощает примерно 60 % энергии падающего излучения, поэтому получается приемлемое качество изображения при относительно низкой силе тока.
Полупроводниковые детекторные матрицы более чувствительны, с низким шумом, имеют широкий динамический диапазон. Они имеют высокую эффективность преобразования рентгеновского излучения (выше 90% при 100 кВ). Из-за высокой чувствительности детекторов для генерирования изображения применяют низкие значения мА, что потенциально уменьшает дозы, которые получает пациент, и требования к конструкции рентгеновских трубок. В результате можно провести больше исследований до того момента, когда трубка перегреется.
Матричные детекторы помещают на поверхности УРИ или вместо него (рис. 5.2 и 5.4). Благодаря тому, что детекторы более чувствительны, становится возможным собирать большее количество проекций. Однако и они имеют недостатки, ограничивающие возможность получения многих изображений. Полупроводниковые матрицы иногда показывают нестабильность, которая ведет к смещению сигнала во времени, поэтому следует выполнять регулярную калибровку сканов. Последние модели матриц, выполненные на основе коллоидного кремния, показывают самые высокие показатели по пространственному разрешению и другим характеристикам получаемого изображения.
103
Генератор и трубка
СимКТ предъявляет большие требования к генераторам и трубкам по сравнению с требованиями обычной флюороскопии. Для получения качественных изображений во время исследования области таза и грудной клетки требуется напряжение как минимум 120 кВп. Величина тока в трубке зависит от исследуемой анатомической области и чувствительности детектора. По этой причине используют трубки с сохранением высокой ёмкости нагрева, что заставляет увеличить охлаждение анода. Если проводится многократное сканирование пациента, то необходимо быстрое охлаждение трубки. Проблемой остается возможность уменьшения силы тока, уменьшения выделяемого тепла в аноде и увеличения числа исследований, которые могут быть выполнены до перегрева трубки.
Вспомогательное оборудование
Основная цель использования СимКТ – обеспечить, чтобы пациент находился в одинаковом положении при симуляции и при лечении. Для этого важно, чтобы все вспомогательные средства для укладки пациента, используемые в отделении, применялись при укладке на СимКТ. Эта проблема легко решается при наличии в отделении стандартных фиксирующих устройств, таких как: подставка для грудной клетки и руки; наклонные доски для поднятия торакальной области; наклонная подставка для облучения головы и шеи; столешница с отверстием, удлинитель стола и др. [10]. Металлические объекты и другие высокоплотные материалы вызывают сильные искажения на изображении, при этом на томограмме видны линии [11]. Учет искажения изображения зависит от метода планирования. Если КТ-срез используется только для оконтуривания области со средней плотностью, назначенной для каждой неоднородной области, то маловероятно, что искажение вызовет большую погрешность в очертании контуров. Если КТ-числа используются для вычисления дозы, то разумен вопрос об их работоспособности. Для определения положения изоцентра необходимо применять кожные метки и рентгеноконтрастные маркеры диаметром около 1,5 мм. При этом артефактные полосы будут присутствовать, но положение внешних контуров будет приемлемо.
104
Следует подумать о последовательности симуляции и сканирования. Вероятно, что контрастные вещества, такие как барий, использованные во время флюороскопии на этапе планирования, останутся в плоскости сканирования, и это также создаст искажения.
Программное обеспечение
Имеются следующие модули программного обеспечения (ПО), необходимые для управления симулятором в режиме КТ.
a). Установка симулятора и проведение сканирования. ПО должно разрешать предварительную автоматическую настройку для исследований и автоматического сбора данных во время исследования. Во время сканирования должна быть обеспечена защита от столкновений.
б). Реконструкция изображения. Способы реконструкции хорошо разработаны, при этом в большинстве случаев применяется метод фильтрованных обратных проекций. Собранные данные по проекциям подвергаются операции свёртки с математическим фильтром до начала получения обратной проекции по кругу реконструкции.
в). Калибровка плотности. Обычно для СимКТ применяют метод калибровки КТ-чисел путём сканирования фантома со вставками известной плотности. Возможно, что будет создано ПО калибровки и можно будет использовать методы подгонки, для получения калибровочной кривой зависимости плотности от КТ чисел. Это может быть итеративный процесс, если необходимо получить общепринятые значения для КТ-чисел, например, воздух = –1000, и вода = 0. Существенно применять одинаковую калибровку в любой СП, где числа КТ используются в алгоритме вычисления дозы. Это одна из обязанностей медицинского физика.
г). Визуализация изображения и анализ. Подробная спецификация для способов визуализации изображения и программы для анализа, должны поставляться производителем. Должна быть предоставлена возможность просматривать многочисленные картинки как в мелком, так и крупном масштабе и в режиме кинотеатра, менять масштаб изображения, а также регулировать контраст. Аппаратура должна быть годной для измерения расстояний и для получения КТ-чисел в точке или усреднённых по области интереса.
105
д). Передача изображений. Необходимо иметь ПО, которое позволяет перемещать изображение пациента на любую компьютерную СП. Предпочтительно применять передачу через локальную сеть с использованием программы передачи файлов. Программа должна применять то, что легко использовать, например, только главное имя планирующего компьютера и минимальную информацию о пациенте. Простейший метод – это использовать дискету, но число изображений, которое может храниться на одном диске, ограничено, поэтому дискета способна хранить данные только для одного пациента, если изображения хранятся с разрешением 256×256. Если используется разрешение 512×512, то необходим компактный диск (zip drive). Если нет возможности передачи через сеть, то лучше применять перенос файлов с помощью диска.
5.3. ПрименениесимуляторовсфункциейКТвклинике
Преимущества использования КТ-сканирования для планирования лучевого лечения широко известны. Однако до сих пор многие радиологические клиники не имеют КТ сканеров в своем распоряжении и лишь немногие имеют возможность использовать один сканер полное время. Многие отделения не имеют свободного доступа к сканерам, установленным в диагностических радиологических отделениях, что создает организационные проблемы. Именно для этих отделений будут особенно полезны симуляторы с возможностью производства КТ. Получение среза на СимКТ не является заменой полного КТисследования, когда можно использовать программное обеспечение 3D планирования с функцией BEV для оптимизации плана облучения; но это полезно для расчета плана облучения в ограниченном числе срезов и для оценки изменений дозы на верхней и нижней границе облучаемого объема.
Существует две главные причины, по которым следует использовать СимКТ для планирования лучевого лечения:
• Точное определение положения объёма облучаемых тканей и близко расположенных критических органов. Качество изображения СимКТ достаточно хорошее и может использоваться для планирования.
106
• Возможность получения информации о плотности тканей, которая применяется при вычислении распределения дозы.
КТ-числа, полученные на СимКТ, преобразуются в соответствующие электронные плотности, которые применяются при расчете распределения дозы. Альтернативно можно очерчивать внешние и внутренние структуры и задавать значения плотности для каждой неоднородности. Пространственное разрешение и разрешение по плотности, достижимые на СимКТ, вполне удовлетворительны для данной цели.
А |
Б |
Рис. 5.6. А – Фантом с низкоконтрастными включениями известной плотности. Б – фантом CATPHAN с различными модулями для определения разных характеристик КТ-изображения
КТ-числа переводятся в электронные плотности с помощью калибровочного фантома, содержащего ряд материалов с заданной плотностью, например, таких, как показаны на рис 5.6. Типичная калибровочная кривая приведена на рис. 5.7. Она аналогична зависимости для диагностических сканеров. Между плотностью и КТ-числами существует линейное соотношение до тех пор, пока не наступает изменение в наклоне, которое объясняется нарастающим фотоэффектом в костной ткани. Определение этой зависимости
107
следует провести во время приёмо-сдаточных испытаний, а затем проводить регулярно.
ПроведениесимуляциинаСимКТ
КТ-сканы получают на СимКТ сразу после проведения симуляции, пока пациент находится в позиции облучения. Любые приспособления для укладки больного, фиксирующие или поддерживающие устройства или болюс, которые используются во время облучения, должны находиться в том же положении во время сканирования. Контрастные метки размещают на поверхности пациента так, чтобы изоцентр и положение точки входа пучка были привязаны к внешнему контуру. Чтобы зафиксировать эти метки, используют поперечный и сагиттальныйлазеры.
Рис. 5.7. Типичная зависимость КТ-чисел от величины относительной электронной плотности.
СимКТ обеспечивает различные диаметры круга реконструкции. Типичный диаметр для сканирования головы и шеи составляет 250 мм,
108
для небольших частей тела применяют 350 мм, и для больших частей тела 500 мм. Для получения наилучшего разрешения, возможного в заданной ситуации; следует использовать наименьший круг, который включает внешний контур пациента. Для планирования обычно необходим полный внешний контур пациента, но в некоторых случаях это необязательно, например, при планировании тангенциальных полей для облучения молочной железы. Точность КТ чисел может быть нарушена, если некоторая часть пациента находится вне круга реконструкции. При получении нескольких срезов следует избегать вертикальногосмещенияположениястоламеждусканами.
После сканирования, полученные изображения переносят в систему планирования с помощью дисков или, что предпочтительнее, для передачи данных используют локальную сеть с использованием программы передачи файлов. Для этого производитель СимКТ должен обеспечить формат данных изображения, а производитель системы планирования должен обеспечить программы, позволяющие читать изображения. Система планирования также должна иметь возможность использовать калибровочную кривую (зависимость значений чисел КТ отплотности), взятуюизСимКТ.
Опишем процесс симуляции на примере типовой процедуры, разработанной для системы ТРС-100 [9].
•В начале процедуры на основе имеющегося набора диагностических данных, выбирается ориентировочный центр области облучения. Пациент укладывается на столе в предполагаемое лечебное положение, при этом все поддерживающие и фиксирующие устройства, которые будут использоваться при лечении, должны быть размещены на своих местах. После этого делается обзорный цифровой снимок необходимого участка тела. После появления обзорного снимка на экране графической станции осуществляется подстройка параметров изображения (яркости, контраста, диапазона отображаемой яркости, ширины окна).
• Далее осуществляют корректировку условий облучения с помощью регулировки положения деки стола, на котором лежит пациент, и изменения положения имитаторов границ поля. При этом на проекционном снимке в реальном времени отображается изменение положения центра поля и его границ.
109
•После уточнения центра и границ поля облучения делается повторный снимок. Если относительное положение поля облучения
ивнутренней анатомии удовлетворяет врача, то полученный снимок заносится в соответствующие файлы базы данных. (То есть проводится процедура симуляции как на обычном симуляторе).
•При помощи лазерной системы, на тело пациента наносят контрольные метки или рентгеноконтрастные маркеры, чтобы изоцентр и место входа пучка можно было привязать к внешнему контуру.
•После завершения разметки, с помощью полученного проекционного снимка выбирают и отмечают на теле уровни, на которых будет производиться сбор КТ-данных.
•После перевода аппарата в режим томографии и включении рентгеновского пучка начинается сбор данных томограмм. В течение 3-5 минут можно снять несколько поперечных срезов на разных уровнях. После серии из 5 томограмм требуется некоторое время для охлаждения рентгеновской трубки.
•Программное обеспечение системы ТРС-100 позволяет очерчивать контуры анатомических структур на снятых томограммах и/или контуры полей облучения на проекционных изображениях. Контуры можно перенести в систему планирования вместе с полученными изображениями.
После расчета плана облучения может возникнуть необходимость в корректировке лечебного положения пациента, формы и размеров полей. В этом случае больного повторно укладывают на столе СимКТ и корректируют положение контрольных меток.
•После окончательного выбора и расчета распределения дозы производится контрольная укладка на ТРС-100 в режиме симуляции, при которой устанавливают все запланированные параметры для положения стола, гантри, радиационной головки и т.п. На проекционном изображении проверяется соответствие границ поля и анатомических ориентиров.
•В режиме томографии повторно производятся КТ на тех же уровнях, которые использовались для планирования облучения, и проводится сравнение полученных томограмм с нанесенным на них распределением изодоз. Если точность реализации плана облучения удовлетворяет врача, выбранные параметры
110