4 курс / Лучевая диагностика / ПРИМЕНЕНИЕ_КИЛОВОЛЬТНОГО_РЕНТГЕНОВСКОГО_ИЗЛУЧЕНИЯ_ДЛЯ_ПЛАНИРОВАНИЯ

Обычно в клинике применяют обе стратегии по показаниям. Сначала на первой укладке делают портальный снимок и подгоняют позиционирование on-line, а в это время готовят последующие исправления методом off-line. В других случаях врач, получив снимок с EPID, исправляет “большие ошибки” on-line, т.к. ясно, что любые разумные вмешательства приведут к улучшению.

Этапы ЛТКИ могут включать, но не ограничиваться, следующими процедурами:

•ЛТКИ с применением КТ-изображений состоит в первичном получении КТ-срезов пациента для планирования облучения (планировочные КТ). Комбинация полученных КТ и соответствующих контуров составляет референсную базу КТ.

•Референсные КТ и данные о планировании пересылаются на рабочую станцию.

•Пациента кладут на стол облучающего аппарата и проводят центрацию с помощью лазеров.

•Если применяется метод синхронизации облучения с движением больного при дыхании (motion management method), то получают респираторный сигнал (Respiratory signal).

•Далее получают локализационные изображения. Полученные КИ регистрируют вместе с референсными для определения положения пациента и мишени.

•Проводится (автоматически или вручную) регистрация и совмещение изображений из двух баз данных. Автоматическая регистрация лучше подходит для четко видимых элементов, таких как кости или металлические маркеры. Регистрировать мягкие ткани более сложно. Эти изображения необходимо проверять и, если необходимо, вручную регулировать до изменения положения больного.

•Когда требуемые исправления уже определены, необходимые значения линейных или вращательных перемещений автоматически посылаются в облучающий аппарат, и стол сдвигается автоматически.

•Врач рассматривает изображения и сравнивает их с предыдущими смещениями, отмечая при этом систематические изменения объема мишени и органов риска. Он также судит о правильности регистрации и, если необходимо, вводит соответствующие поправки.

141

• Полученную информацию и совмещенные графики можно хранить в базе данных или распечатать для хранения и/или представить для окончательного одобрения врачу.

Квалифицированный физик должен играть основную роль в разработке технологической схемы и поддерживать качество и точность каждого этапа. Он же обучает практических работников проведению этапов ЛТКИ и сообщает администрации о необходимых изменениях в инфраструктуре и организации работы персонала.

6.7. Новые разработки

Ясно, что ЛТКИ, основанная на применении «комнатного» оборудования, может стать стандартом лечения. Имеется несколько новых разработок в этом направлении, хотя многие практические аспекты находятся в начальной стадии. Отметим некоторые из них.

1.Система C-arm 3D CBCT, которая может изоцентрически вращаться и использоваться как альтернатива системе «КТ на рельсах». Принцип мобильной КТ первоначально назначался для хирургии в ортопедии и травматологии. Для ЛТКИ аппарат C-arm снабжен широким плоским приемником для получения конКТ с большим полем обозрения. Авторы сообщили, что мягкотканный контраст изображения в конКТ сравним с обычной КТ из-за первичного шума, присущего реконструкциям в конКТ. Напротив, изображения в конКТ не имеют геометрических дисторсий при пространственном разрешении >10 пл/см во всех трех направлениях.

2.Устройство с применением системы IR-tracking, подобно системе BrainLAB’s ExacTrac для пространственной регистрации изображений в коническом пучке с изоцентром ускорителя.

3.Терапия частицами требует особо высокой точности для определения мишени, особенно при наличии неоднородных тканей. Поэтому традиционно используют кВ-визуализацию с применением одной или двух систем источник-детектор или технологии конКТ. Имеется два пути установки конКТ: установка

итрубки и детектора на потолке, или поворотном штативе, или на роботизированной руке. Последний метод позволяет производить позиционирование изображения при различном положении стола.

142

4.Две трубки с двумя детекторами. Интегрированная система для получения изображений (IRIS – Integrated Radiotherapy Imaging System) состоит из двух гантри, на которых установлены диагностические рентгеновские трубки и две плоские панели детекторов. Вся система жестко закреплена на гантри, так что диагностический пучок сохраняет свое положение относительно терапевтического пучка. Система выполняет три функции: получение последовательных ортогональных снимков при 3D укладке пациента, конКТ для локализации мягких тканей, и рентгеноскопия в реальном времени для слежения за положением опухоли или маркера.

5.Делаются попытки улучшить эффективность визуализации и уменьшить артефакты в реконструкциях конКТ, которые получаются из-за присутствия материалов с высокой плотностью, путем создания смешанной МВ/кВ техники получения изображений. Так, Siemens заявил о создании КИ-системы In-Line kVision™ , установленной на гантри аппарата ARTISTE, которая дает возможность получения МВ и кВ конКТ.

6.Цифровой томосинтез (DTS – Digital Tomosynthesis) является методом реконструкции 3D срезов из данных, полученных из 2D проекций в коническом кВ пучке при ограниченном угле поворота источника (например, 40°). Это имеет преимущество перед конКТ в получении больным меньшей дозы, коротком времени получения изображения, и меньшими требованиями к просвету при ротации гантри. DTS-изображения для всех клинических областей показали прекрасный контраст в мягких тканях. Применение технологии DTS будет особенно полезно для генерации бортовых 4D изображений благодаря короткому времени получения и ограничению углов сканирования.

143

Контрольные вопросы

1.Чем отличаются изображения в мегавольтном и киловольтном пучках?

2.Чем отличается симуляция на оборудовании, установленном в том же помещении, где стоит облучающий аппарат, и в соседнем помещении?

3.Что означает аббревиатура ЛТКИ (IGRT)?

4.На какие группы можно разделить кВ-установки по их конструкции и возможностям?

Литература

1.The Role of In-Room kV X-Ray Imaging for Patient Setup and Target Localization / J. Balter [et al.]. - AAPM Report TG 104. - 2009.

2.Prescribing, Recording and Reporting Photon Beam Therapy / International Commission on Radiation Units and Measurements. - ICRU Report 50/62. - 1993, 1999.

3.Munro P. X-ray quantum limited portal imaging using amorphous silicon flat-panel arrays / P. Munro, D.S. Bouius // Med. Phys. - 1998. - V. 25. - № 5. - P. 689-702.

4.Low-dose mega-voltage cone beam CT for radiation therapy / J. Pouliot [et al.] // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys.- 2005. - V. 61. - № 2. - P. 552-560.

5.A diagnostic X ray field verification device for a 10 MV linear accelerator / P.J. Biggs P.J. [et al.] // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys.- 1985. - V. 11. - № 3. - P. 635-643.

6.Cho Y. Kilovision: thermal modeling of a kilovoltage x-ray source integrated into a medical linear accelerator / Y. Cho, P. Munro // Med. Phys.- 2002. - V. 29. - № 9. - P. 2101-2118.

7.Low dose megavoltage cone beam computed tomography with an unflattened 4 MV beam from a carbon target / B.A. Faddegon B.A. [et al.] // Med. Phys.- 2008. - V. - 35. - № 1. - P. 5777-5786.

8.Siewerdsen J.H. Cone beam computed tomography with a flatpanel Imager: Magnitude and effects of x-ray scatter. // J.H. Siewerdsen, D.A. Jaffray // Med. Phys. - 2001. – V. 28. - № 2. - P. 220–231.

144

9.A system for stereotactic radiosurgery with a linear accelerator / W. Lutz [et al.] // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. - 1988. - V. 14. - № 2. - P. 373-381.

10.Quality assurance of medical accelerators / AAPM Report TG 142 // Med. Phys. – 2009. – V. 36. - P. 4197-4212 ; русс. пер. Мед. физика. – 2010. - № 4(48). - С. 94-115.

11.The management of imaging dose during image-guided radiotherapy : Report of the AAPM Task Group 75 / M.J. Murphy [et al.] // Med. Phys. - 2007. – V. 34. - № 1. - P. 4041-4063.

12.Comprehensive QA for radiation oncology : AAPM Report TG 40 / G.J. Kutcher G.J. [et al.] // Med. Phys. – 1984. - V. 21. - № 4. - P. 581–618 ; русс. пер. Мед. физика. – 2004. - № 1(21) и № 2(22).

145

Глава 7.

Контроль качества изображения

Вглавах 3 и 6 мы осветили крайне важные для клиники лучевой терапии вопросы, связанные с контролем качества аппаратуры, предназначенной для предлучевой подготовки и контроля укладки пациента на облучающем аппарате. Однако мы не касались вопросов, относящихся к проверке качества получаемого изображения и доз, получаемых пациентом при проведении рентгенологических процедур. Этой проблемой обычно занимаются в отделениях лучевой диагностики, где некоторые параметры изображения, например, абсолютная величина значений КТ-чисел и наличие артефактов, не имеет такого большого значения.

Впоследнее время, когда для расчета дозы с помощью компьютерных систем планирования и для проведения лучевой терапии с постоянным контролем по изображению (ЛТКИ) широко применяются данные КТ, встает вопрос проверки качества изображений и получаемой пациентом дополнительной дозы [1-4], что входит также в компетенцию медицинского физика. Ниже описаны параметры изображений, получаемых при КТ, однако некоторые характеристики (пространственную и контрастную разрешающую способность, шум), следует проверять для всех двумерных изображений, полученных разными способами.

7.1. Параметры качества изображения

При предлучевой подготовке возможности точного нанесения контура опухоли и критических структур напрямую связаны с качеством изображения. Низкое качество может привести к исключению части опухоли из облучаемого объема или ошибочному включению нормальных тканей в объем облучения.

КТ-изображение является пространственным отображением коэффициентов ослабления рентгеновского излучения тканями, пересчитанных в единицы Хаунсфилда, в поперечном срезе заданной толщины. Точность этого отображения ограничена особенностями конструкции КТ-сканера, в основном генератора и детектора рентгеновского излучения.

146

Проверяемые параметры качества приведены в табл. 7.1.

* Пределы допуска в разных случаях могут меняться от ±4 до ±40 единиц

Опишем эти характеристики подробнее.

Однородность

Под однородностью понимается равенство измеренных значений КТ-чисел в различных участках однородного объекта. Причиной неоднородности служит природа рентгеновского пучка, который всегда состоит из спектра энергий, т.е. не является

147

моноэнергетическим. По мере прохождения через объект средняя энергия излучения возрастает, так как мягкое излучение поглощается поверхностно расположенными тканями.

Шум

Шум изображения – это изменение плотности в пределах определенного участка однородной среды, которое не несет полезной информации. Количественно уровень шума оценивается по стандартному отклонению КТ-чисел в зоне интереса на изображении однородного объекта. Уровень шума зависит от количества фотонов, достигающих детектора, т.е. дозы облучения: больше доза – меньше шум. Отклонение уровня шума от первоначальных значений может говорить об изменении параметров рентгеновской трубки, детектора, коллиматоров, фильтрации излучения, а также параметров реконструкции изображений, и является наиболее чувствительным показателем нарушений в работе сканера.

Неоднородность

Неоднородность, не обусловленная структурой самого объекта, и шум снижают диагностическую ценность изображений и могут исказить расчет распределения дозы при планировании ЛТ. Особенно негативно повышение уровня шума сказывается на визуализации низкоконтрастных объектов, например, мягких тканей. Еще одна причина неоднородности – это артефакты, т.е. элементы КТ-изображения, не соответствующие внутренней структуре объекта. Причинами артефактов являются ошибки измерений и реконструкции изображений.

Пространственная разрешающая способность

Характеризует возможность раздельной визуализации деталей изображения, плотность которых отличается более чем на 100 HU. Поэтому она также называется разрешением при высоком контрасте, или высококонтрастной разрешающей способностью. Высокая разрешающая способность важна для визуализации мелких деталей (структуры) объектов.

Пространственное разрешение выражается в парах линий в мм (п.л./мм) или парах линий в см (п.л./см) и ограничивается размером минимального элемента изображения – пикселя. Различить детали изображения менее размера пикселя невозможно. Размер пикселя определяют делением величины реконструированного поля (варьирует в широких пределах от 10 до 65 см) на размер матрицы

148

реконструкции изображений. Так, при матрице 512×512 и поле реконструкции 30 см размер пикселя составит 300/512≈0,6 мм. Тогда размер пары объектов наименьшего размера (равного размеру пикселя) составит 0,6×2=1,2 мм. В этом случае пространственная разрешающая способность равна 10/1,2 ≈ 8,3 п.л./см.

Контрастная разрешающая способность

Характеризует возможность раздельной визуализации деталей изображения, плотность которых незначительно отличается от окружающего фона. Поэтому ее также называют разрешающей способностью при низком контрасте, или низкоконтрастной разрешающей способностью. Высокое контрастное разрешение имеет наибольшее значение при исследовании мягких тканей. Для искусственного повышения контрастного разрешения используют введение контрастных веществ.

Контрастное разрешение в значительной степени определяется уровнем шума и лишь незначительно зависит от энергии излучения. Поскольку шум легко измерить, проверка контрастного разрешения проводится только при приемке оборудования в эксплуатацию и после его модернизации.

КТ-число для воды

В процессе реконструкции КТ-изображений измеренные сканирующей системой коэффициенты ослабления излучения пересчитываются в единицы Хаунсфилда (HU), также называемые КТ-числом. Шкала КТ-чисел (шкала Хаунсфилда) имеет две фиксированные точки: для воздуха КТ-число = –1000 HU и для воды КТ-число равно 0 HU. Относительно этих точек распределяются плотности всех остальных тканей и сред (глава 4). Поскольку плотность тканей является одним из основных количественных показателей в диагностике и топометрии, необходимо контролировать постоянство и однородность КТ-чисел в воде.

КТ-числа различных материалов

КТ-система должна правильно воспроизводить плотности тканей в широком диапазоне. При этом рассчитываемое системой реконструкции изображений КТ-число должно быть пропорционально коэффициенту поглощения рентгеновского излучения тканями, что называется линейностью. На КТ-число оказывает влияние значение напряжения на рентгеновской трубке

149

и фильтрация пучка. Изменение рентгеновского спектра может больше сказаться на одном участке шкалы Хаунсфилда, чем на других. Поэтому важно проверить стабильность КТ-чисел объектов, представляющих различные участки шкалы, во времени.

Стабильность КТ-чисел имеет значение для диагностики, но еще большее – для планирования лучевого лечения, поскольку значения КТ-чисел пересчитываются в системе планирования облучения в электронную плотность тканей, на основании которой происходит расчет распределения поглощенной дозы в теле пациента.

Толщина КТ-среза

Определяется согласованной работой коллиматора рентгеновской трубки («коллимация перед пациентом») и коллиматора детекторов («коллимация после пациента»). Толщина среза определяет разрешающую способность в направлении сканирования. Тонкие срезы характеризуются повышенным уровнем шума, информативность толстых срезов снижается за счет усреднения.

Измерение расстояний

Размеры объектов на КТ-срезах определяют с помощью электронного средства измерения расстояний. Для планирования лучевой терапии важно, чтобы реальные геометрические взаимоотношения в сканируемом объекте не нарушались. Геометрические неточности могут привести к искажению планов лучевой терапии – неправильному расчету распределения дозы или облучению не тех областей.

7.2. Фантомы для определения качества изображения

Фантомы для ГК-тестов должны отвечать главному принципу, что все измерения должны давать достоверные значения измеряемых параметров, которые можно использовать для оценки достижения критерия допуска. Специальные устройства и фантомы для ГК облегчают проведение эффективных и точных процедур. В настоящее время набор устройств и фантомов для проведения калибровки и тестов ГК для систем визуализации и компьютерной томографии поставляется фирмой-производителем вместе с самими системами.

Фантомы, применяемые для тестирования, могут быть по форме либо круглыми, либо приближаться к сечению тела человека, и

150