4 курс / Лучевая диагностика / ПРИМЕНЕНИЕ_КИЛОВОЛЬТНОГО_РЕНТГЕНОВСКОГО_ИЗЛУЧЕНИЯ_ДЛЯ_ПЛАНИРОВАНИЯ

воспроизводятся на облучающем аппарате, и осуществляется терапевтическое облучение.

Перед началом симуляции следует подумать о последовательности симуляции и сканирования, поскольку контрастные вещества, использованные во время флюороскопии на этапе планирования, останутся в плоскости сканирования, и это также создаст искажения.

Ясно, что для корректного планирования конформного облучения требуется все возрастающий объем топометрической информации. Например, при применении МЛК для формирования поля облучения даже в статическом режиме, необходимо получение количества срезов, сопоставимого с числом лепестков коллиматора, поэтому применение СимКТ становится недостаточным, необходимо применять КТ-сканер.

Контрольные вопросы

1.Каковы преимущества аппарата симулятора с функцией компьютерной томографии?

2.Заменяет ли полностью КТ-сканер наличие СимКТ?

3.Почему получение более 3-5 томограмм на СимКТ ограничено?

4.Что служит приемником изображения при получении КТ?

5.Для каких радиологических отделений особенно выгодно иметь СимКТ?

111

Литература

1.Van Dyk J. CT-Simulators / J. Van Dyk, J.S. Taylor // Modern Technology of Radiation Oncology. Med. Phys. Publisher. – 2001. – P. 132-168.

2.Redpath A.T. Simulator Computed Tomography / A.T. Redpath, T.M. Kehoe // Modern Technology of Radiation Oncology. Med. Phys. Publisher. – 2001. – Р. 170-190.

3.Van der Giessen P.H. Commissionning and applications of a tomographic extension on a conventional simulator / P.H. Van der Giessen, H.J. Geertse-van Buut, V. Vlaun // Аctivity. – 1995. – № 7. – P. 66-71.

4.Kotre C.J. Clinical use of simulator-based computed tomography in Newcastle-upon-Tyne. / C.J. Kotre, R.M. Harrison // Brit. J. Radiol. - 1988. – V. 61. – P. 561.

5.Investigations using an CT x-ray image intensifier and a TV camera for imaging transverse sections in humans. / R.N. Arnot [et al.] // Brit. J. Radiol. – 1984. – V. 57. – P. 47-55.

6.Shepp L.A. The Fourier reconstruction of a head section / L.A. Shepp, B.F. Logan // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1974. – V. NS 21. – P. – 21-39.

7.Redpath A.T. The use of an image processing system in radiotherapy simulation / A.T. Redpath, D.H., Wright D.H. // Brit. J. Radiol. – 1985. – V. 58. – P. 1081-1089.

8.Ворогушин М.Ф. Работы НИИЭФА им. Д.В. Ефремова по созданию высокотехнологичного медицинского оборудования /

М.Ф. Ворогушин // Мед. физика. – 2002. – № 3(15). – С. 24-27.

9.Елизарова М.В. Физико-технические аспекты лучевой терапии : учебное пособие / М.В. Елизарова, Д.А. Овсянников, В.М. Черемисин. – С-Пб. : СПбГУ, 2007. – 184 с.

10.Ратнер Т.Г. Иммобилизация пациента во время лучевого лечения / Т.Г. Ратнер, В.Г. Сахаровская // Мед. физика. – 2007. – № 35 (3). – С. 85 и № 36(4). – С. 71-88.

11.Дозиметрические проблемы лучевой терапии у больных с протезами тазобедренного сустава. Доклад ААРМ TG 63 // Мед.

физика. – 2006. – № 2 (30). – С. 64–71 и № 3(31). – С. 71–90.

112

Глава 6.

Получение изображений в киловольтном пучке на оборудовании, установленном в помещении облучающего аппарата

В предыдущих главах были подробно рассмотрены возможности применения рентгеновских симуляторов и компьютерных томографов как для планирования лучевого лечения, так и для контроля положения больного и облучающих пучков. В этой главе описаны последние достижения в данной области, касающиеся получения изображений в кВ-пучке в помещении облучающего аппарата [1].

6.1.Цель верификации укладки больного на столе облучающего аппарата

Как рекомендовано в докладах МКРЕ 50 и 62 [2], определение клинического и планируемого объемов мишени (CTV и PTV) и прибавляемых к CTV областей (отступов – margins) для создания объема PTV следует проводить так, чтобы объем CTV был точно позиционирован во время облучения и полностью охватывался 95 %-изодозой. Также добавляют отступы к органам риска, чтобы определить планируемый объем органов риска.

Величина отступов зависит от суммарной погрешности точности укладки больного, точности центрации и движения органов во время процедуры облучения. Эта информация обычно неизвестна в начале проведения лучевого лечения. Поэтому перед этапом оконтуривания на КТ-срезах мишени и органов риска для определения соответствующих отступов сначала надо получить данные визуализации и проанализировать их. Верификация укладки и положения мишени помогут уменьшить, но не уничтожить геометрические погрешности. Однако, уменьшив геометрическую погрешность, можно уменьшить и величину отступов. В результате, возможно уменьшить число осложнений в нормальных тканях и/или подвести к мишени более высокую дозу.

113

Определение PTV является нетривиальной задачей и зависит от профессионализма радиационного онколога и физика, которые должны учесть такие важные аспекты, как природа и величина погрешностей, связанных с позиционированием больного и движением органов (как случайных, так и систематических). Обычно применяют отступ, равный двойному стандартному отклонению (2ϭ) от измеренной геометрической погрешности. Это предполагает распределение погрешности по закону Гаусса, где два стандартных отклонения включают 95% всех отклонений.

Верификацию укладки можно применять для определения PTV для данного пациента. Примером служит предложенный метод

«адаптивной лучевой терапии», когда сначала используют PTV,

созданный в начале лечения, а затем позицию больного контролируют во время первых нескольких дней облучения, и результирующая, индивидуальная для данного больного информация о погрешности используется для изменения PTV. Для этого удобно применять новые технологии визуализации и кВоборудование, которое устанавливают непосредственно в том же помещении, где стоит облучающий аппарат. Такие системы назвали «комнатные КИ» (in-room kV-imaging).

6.2. Методы визуализации

Методы визуализации в кВ-пучке можно разделить на три основные класса.

Рентгенография

Наиболее часто применяемым методом является получение 2D проекций или «плоских» изображений. Такая возможность существует на всех кВ-системах, в том числе и расположенных в помещении облучающего аппарата, за исключением томографических систем, которые могут создавать цифровые реконструкции (DRR – digitally reconstructed radiographs).

Рентгеноскопия (флюороскопия)

Получение изображений в реальном времени во время укладки или лечения больного позволяют проводить постоянный мониторинг в реальном времени и контролировать положение облучаемых структур, что основано на видимости анатомических реперов или имплантированных маркеров. Эту информацию можно

114

использовать и для учета движения больного и его органов между фракциями.

Томография

Получение многих проекций под разными углами поворота гантри позволяет создавать объемные КТ-изображения с помощью методов реконструкции. Применяются спиральные КТ или КТ в коническом пучке (конКТ).

Исторически укладка больного на аппарате производилась по кожным меткам, позже укладку стали контролировать с помощью «портального» изображения в мегавольтном (МВ) пучке облучающего аппарата, при этом использовали различные приемники изображения. Сначала, как и на симуляторе, это были рентгеновские пленки, затем твердотельные датчики. Очевидным недостатком МВ-изображений было то, что МВ-снимок имел низкий контраст, и применяли 2D-проекции костных маркеров для получения 3D-данных о точности укладки и локализации мишени. При этом приходилось добавлять значительные отступы от CTV для получения PTV, чтобы компенсировать погрешность укладки и движения органов.

Философия портальной визуализации была сфокусирована на гарантии качества (ГК), в основном для обнаружения ошибок в положении входных полей или ошибок укладки, и меньше обращали внимания на ежедневное сопровождение облучения с помощью контрольных изображений (КИ) для более точного проведения облучения. При такой технологии отступы от CTV были слишком большими, что мешало проведению таких новых методов лучевой терапии, как 3D-конформная терапия, стереотаксис и облучение с модуляцией интенсивности в пучке.

Визуализация в МВ-пучке дает низкий контраст. Создание устройств, с помощью которых получают цифровые изображения с низким шумом (лучшие из них – это детекторные матрицы из аморфного кремния – large-area amorphous silicon (a-Si)), улучшило качество этих изображений [3]. Тем не менее, в идеале хочется получить одинаковый уровень контраста, который позволит одинаково определять детали на изображениях, полученных при верификации облучения и на снимках, сделанных при симуляции, и на изображениях, примененных для планирования.

В последние годы был предложен широкий спектр методов рентгеновского контроля для подтверждения точности укладки и

115

локализации мишени, однако одновременно развиваются и способы МВ-визуализации. Новые технологии расширили возможности визуализации имплантированных контрастных маркеров на МВ-изображениях в качестве вспомогательного средства определения положения мишени. Были также созданы технологии спиральной МВ-КТ и конКТ с применением тормозного пучка ЛУЭ [4]. Считается, что качество контрастных деталей МВ-КТ-изображений будет хуже, чем таковое, получаемое с кВ-энергиями, но с другой стороны, МВ-КТ-изображения объектов с высокой плотностью содержат меньше артефактов, чем изображения кВ-КТ.

6.3. Развитие методов «комнатной» визуализации

Идея применения кВ-визуализации для контроля укладок не нова. Еще в 1960-х применяли отдельный рентгеновский аппарат и гамма-аппарат с источником 60Co, связанные мобильным столом, или облучающий аппарат ставили в положение in-line с рентгеновским аппаратом, или располагали трубку под углом 90º к плоскости стола. Кроме того, был создан гамма-аппарат с рентгеновской трубкой, укрепленной на коллиматоре под углом, с разметочной сеткой для получения оптической и рентгеновской проекций (см. раздел 1.1). Вспомним и отечественный аппарат «ВОЛЬФРАМ», стоявший соосно с прототипом рентгеновского симулятора (рис. 1.3).

В1980-годы источник рентгеновского излучения подсоединили

кмедицинскому ЛУЭ на 10 MВ [5]. В 1987 был описан метод контроля укладки с помощью смещения рентгеновской трубки, прикрепленной к гантри, при этом получали контрольные изображения диагностического качества. Затем была предложена конструкция новой рентгеновской мишени для получения и кВ и МВ пучков [6]. Были проведены также эксперименты с мишенями

снизким Z для улучшения изображений в MВ конКТ [7].

В1984 г. группа авторов из Японии предложила соединить КТсканер и медицинский ЛУЭ в одном помещении, что и было началом развития метода ЛТКИ – лучевой терапии с применением контрольных изображений, который назвали IGRT – image-guided radiation therapy. В 1990-е годы «комнатные» кВ-системы начали развиваться быстрее, причиной этому послужило создание новых

116

портальных устройств (EPID – electronic portal imaging devices) и

технологии плоских детекторных панелей (матриц). Затем параллельно и независимо развивались коммерческие системы и методы с применением потолочных кВ-источников, сопровождающих высокоточное облучение больных.

Параллельно развивалось применение кВ-визуализации в помещениях облучения протонами, нейтронами и ионами углерода. При облучении больных протонами и легкими ионами, начиная с первых сеансов облучения в 1954 г., используются рентгеновские системы, находящиеся в аппаратной, для ежедневной центрации перед облучением. Такие системы необходимы, поскольку пучки протонов и ионов не выходят из тела больного и не могут создать изображение. Многие учреждения в мире применяют рентгеновские системы центрации уже многие годы, в том числе и на трех медицинских протонных пучках в России: ИТЭФ (Москва), ОИЯИ (Дубна), Гатчина (СПб). Следует отметить, что некоторые пионерные работы по использованию «комнатной» визуализации для терапии пучками заряженных частиц стимулировали аналогичные работы и для фотонной терапии.

6.4.Современное оборудование для проведения лучевой терапии с применением контрольных изображений

По способам установки комнатные системы можно разделить на 3 группы: системы «КТ на рельсах» (rail-track–mounted или CT-on- rails), стереоскопические системы (ceiling/floor-mounted), и

«бортовые» (gantry-mounted). Различие в оборудовании определяет возможности получения изображений.

КТ на рельсах

Эта система отличается наличием КТ-сканера, установленного таким образом, что он может передвигаться в положение для производства срезов пациента, лежащего на процедурном столе ускорителя. Сканер установлен на рельсах, по которым могут двигаться и стол и сканер, при этом геометрические соотношения между рельсами и изоцентром облучающего аппарата всегда фиксированы.

Это простой и воспроизводимый метод ЛТКИ. Например, система PRIMATOM™ состоит из ЛУЭ PRIMUS™ и диагностического КТ-сканера SOMATOM, который движется по

117

двум параллельным рельсам (рис. 6.1), система EXaCT Targeting™

– это ускоритель VARIAN и сканер GE, а ЛУЭ MITSUBISHI объединен с КТ фирмы GE. Все системы применяют КТ-сканер, расположенный вблизи медицинского ЛУЭ, что позволяет перемещать один стол из положения визуализации в положение облучения.

Рис. 6.1. Система PRIMATOM™ (Siemens). КТ-сканер движется по рельсам. Для производства КТ стол с больным разворачивают на 180º

Системы различаются по количеству возможных движений и степеней свободы. Гантри КТ может перемещаться или по двум рельсам, или по трем. Рельсы определяют направление движения и создают его стабильность. В системе Varian-GE используют три рельса. Два внешних рельса создают стабильность горизонтального уровня во время сканирования. Средний рельс направляет движение вперед и определяет линейное направление сканирования.

В системе PRIMATOM ускоритель и КТ установлены с противоположных концов стола. При повороте стола на 180º можно определить 3D локализацию мишени в положении иммобилизации больного, как при облучении. Из-за того, что КТ

118

проводится не с той же стороны от больного, что и облучение, очень важным является идентификация изоцентра на изображении. Обычно сканер калибруют так, чтобы изоцентр после поворота стола на 180º переносился зеркально в координатную систему КТ, как центр изображения на КТ-срезе, отмеченном как положение стола «0».

Томографическая система на рельсах полностью использует все достижения, полученные в КТ-технологии за последние годы, ведущие к лучшему качеству изображения. Было показано, что точность позиционирования достигает 0,4–0,7 мм.

Рис. 6.2. Анализ изображения в системе Varian EXaCT. В этом примере мишень (простата) совмещается с пучком излучения, но костные структуры из рассмотрения исключены

На рис. 6.2 показано, как проводится анализ изображения предстательной железы для получения данных о необходимой коррекции. Программа включает автоматизированную локализацию маркеров, наложение мишени и органов риска, и автоматическую регистрацию лечебного и планировочного КТ с применением серой шкалы для сравнения значений интенсивности в пикселях в области интереса. Как опцию, можно провести

119

корректировку центрации вручную. Благодаря прекрасному качеству КТ-изображений, процесс их рассмотрения занимает от 1 до 3 мин в зависимости от опыта оператора и сложности случая, а общее время, необходимое для контроля локализации мишени, составляет менее 10 мин.

Системы, установленные на потолке и на полу в одной плоскости (стереоскопические)

В этих системах рентгеновские трубки и приемники изображений крепятся или к потолку, или на полу так, чтобы положение трубки и детектора были постоянно зафиксированы относительно координат комнаты или неподвижного пациента. Можно получать и рентгенографические, и рентгеноскопические изображения.

Рис. 6.3. Система контроля по кВ-изображению Novalis ExacTrac 6-D X-ray. Рентгеновские трубки расположены под поверхностью пола, а панели детекторов укреплены на потолке

Такие системы состоят из кВ-источника и сборки детекторов, установленных на стенах, на полу или на потолке в аппаратной.

120