4 курс / Лучевая диагностика / ПРИМЕНЕНИЕ_КИЛОВОЛЬТНОГО_РЕНТГЕНОВСКОГО_ИЗЛУЧЕНИЯ_ДЛЯ_ПЛАНИРОВАНИЯ

Виртуальная симуляция имеет некоторые возможности, которых нет у РС. Так, после оконтуривания объема мишени и органов риска на экране КТС можно отобразить в объеме и внутренние анатомические структуры тела, и геометрию облучающих пучков, которые можно изменять интерактивно, оптимизируя план облучения. Кроме того, из-за того, что при ВС имеется меньше геометрических ограничений, здесь можно получить большее количество планов, которые можно осуществить на облучающем аппарате, чем при использовании РС. Например, облучение головы со стороны макушки.

4.4. Возможности КТ-симулятора

Внедрение 3D конформной терапии требует применения малых объемов PTV с меньшей областью вокруг СTV при подведении более высоких доз, что улучшает вероятность излечения и уменьшает число лучевых повреждений по сравнению с конвенциональным облучением. Конформная терапия со сложным экранированием невозможна без объемной информации, полученной на КТ-сканере, и процесса КТсимуляции. Возможность реконструкции плана в любой плоскости и использования объемных изображений позволяет получать улучшенные изображения мишени и нормальных тканей и соответствующие распределениядозы.

В КТС сочетаются свойства КТ-сканера и обычного РС, т.е. эффективносочетаютсядветехнологии, применяемыедляпланирования лучевого лечения. Короче, КТС является обычным диагностическим сканером с дополнительной системой лазерной центрации и дополнительным программным обеспечением, которое отображает положение границ облучающих пучков, объемные реконструированные изображения и цифровые реконструкции

(DRR – Digital Reconstructed Radiographs) высокого качества.

Реконструкции получаются из объемных данных КТ, и эквивалентны обычным снимкам при использовании виртуального источника в запланированном положении реальных облучающих аппаратов. Объемы мишени и органов риска можно очертить с помощью инструментов для оконтуривания. Специальные программы совмещают эти структуры с положением терапевтических пучков, что и создает симуляцию в объеме. Можно получить изображение пучков в любой плоскости или в

81

опции «вид в пучке». Очень важно получить на изображении изоцентр, полученный при лазерной центрации.

КТС позволяет осуществлять следующие функции.

Диагностика, определениераспространенностиопухоли

Достижения в технике КТ отразились в первую очередь на качестве диагностики. КТ дает качественную информацию о различиях в плотности тканей, в том числе об инфильтрации опухоли в прилежащие ткани или метастатическом распространении, по которому радиолог можетоценитьраспространенностьистадию заболевания. Наосновании этой информации врач принимает решение о том, какое применить излучение, метод облучения, размеры полей и какую назначить дозу в мишени.

Определениемишениикритическихорганов

Для планирования облучения необходимо иметь точную картину положения опухоли или злокачественного заболевания. Очерчивая видимую на томограмме опухоль, врач определяет объем GTV и, предполагая микроскопическое распространение опухоли и зная зоны регионарного метастазирования, добавляет пограничную область вокруг опухоли, создавая клинический объем мишени CTV. Далее добавляется некоторый объем, учитывающий движение органов и неточности в укладке больного во время сеанса облучения и между сеансами. Так получают планируемый объем мишени PTV, который должен получить максимальнооднороднуюпредписаннуюдозу[9].

Благодаряспособности определения низкого контраста и применения поперечныхсрезов, совмещенияКТсМРТ, ПЭТилидругимиспособами визуализации (система наложения изображений – fusion), КТС позволяет лучше очертить границу между мягкими тканями и опухолью по сравнениюсРС.

Оконтуривание(сегментация)

Наиболее трудоемким и занимающим много времени в процессе ВС является оконтуривание мишени и органов риска. Однако инструменты для оконтуривания в программах КТС становятся все более эффективными. Например, контуры можно очерчивать не на каждом срезе. Контуры для промежуточных срезов можно создать с помощью интерполяции, а затем, если необходимо, исправить их положение простымдвижениеммыши. КонтурPTV можноавтоматическиполучить изконтураCTV, раздвигаяего, хотяточностьтакогорасширенияследует проверить.

82

Оконтуривание PTV производится на КТ-изображении с помощью мыши. При применении совмещения изображений различной модальности они должны быть зарегистрированы относительно друг друга, затем проводят контур на втором изображении и одновременно переводят его на КТ. Автоматический перенос решается по-разному в программах различного уровня, что следует рассмотреть до закупки аппарата.

Контуры некоторых критических органов можно создать автоматически с помощью программы, учитывающей градиент плотности. Этот способ разумно применять для очерчивания костей и легких, но хуже для других органов при меньшей разнице в значении плотностей, например, дляпечени, почекивнутричерепныхструктур.

Для манипуляций с изображениями используют различные средства, которые применяются обычно в диагностике. Стандартные средства включают такие функции, как изменение окна (windowing) и уровня яркости и контраста (leveling), изменение масштаба (zoom), последовательный показ срезов (pan), и автоматический последовательный показ срезов (кино-режим cine). Изменение окна и уровня часто применяют для выявления объема GTV и нормальных тканей.

Средства измерения расстояний и ручного или автоматического очерчивания позволяют создать 3D объемы или линии и точки интереса. Обычно врач наносит серию дискретных точек или отрезки коротких линий, которыепреобразуютсявнепрерывныеконтуры. Далееполучают изображения объемов в поперечной, фронтальной и сагиттальной плоскостидляоценкиправильностиполучениянужныхобъемов.

Изображениеоблучающихпучков

Зная положение PTV и нормальных структур, можно выбрать положение и размеры пучков, оптимально покрывающих объем РTV и минимально облучающих нормальные ткани. Это можно объединить с видами из различных перспектив, включая «вид в пучке», а также «вид из комнаты» (room’s eye view), который позволяет наблюдать контур пучканаповерхностителапациента.

После определения мишени и органов риска нужно наложить пучки на изображение анатомии пациента, чтобы показать положение границ пучка. Для этого нужно выбрать геометрию облучающего аппарата, расположить изоцентр на изображении, выбрать размеры полей (симметричных или асимметричных), а также углы поворота гантри, коллиматораистола.

83

На рис. 4.7 показан пример краниоспинального облучения (т.е. одновременного облучения головного и спинного мозга) [6]. Показаны реконструкции в сагиттальной и фронтальной плоскостях и положение полейоблучениявэтихплоскостях.

Рис. 4.7. Расположение пучков при краниоспинальном облучении, полученное с помощью алгоритма мультипланарной реконструкции: А – сагиттальная плоскость, б – фронтальная плоскость. Головной мозг облучается с двух боковых направлений, а спинной мозг облучается двумя рядом расположенными полями со стороны спины

Преимуществом ВС является то, что она позволяет видеть пучки, наложенныенаизображениеоконтуренныхструктурвлюбойплоскости. При этом можно видеть, правильно ли пучок излучения охватывает мишень и обходиткритические органы. Это же можно видеть и влюбой перспективе, включая вид в пучке, когда изображение показывает проекцию радиационного поля, видимую из точки, находящейся в источнике, как пучок проходит через мишень и нормальные ткани. Это

84

позволяет определить форму апертуры коллиматора и позволяет интерактивно оценить положение входных полей при разных углах падения и размерах для оптимизации лучевого лечения. Типичное изображение вида в пучке показано на рис. 4.8. Однако напомним, что окончательный выбор параметров облучения производится только после расчетараспределениядозы.

Рис. 4.8. Изображение передне-заднего поля в торакальной области, примененное для лечения рака легкого. Светлая линия показывает установку коллиматора, а более темная фигурная линия показывает края поля, экранированного МЛК

Виртуальнаясимуляцияоблучения

ВС проводится с помощью ручного управления параметрами облучающего аппарата, таких как поворот гантри и коллиматора, открытие диафрагмы, установка РИП и др. Процесс симуляции можно автоматизировать, например, получить положение лепестков МЛК по

85

контуру мишени. После оптимизации конфигурации пучка можно создатьреконструкцию, котораябудетслужитьреференснойдляукладки больного. Такая реконструкция является эквивалентом снимка, сделанного на симуляторе, а также соответствует портальному изображению, сделанномувовремясеансаоблучения.

Итак, ВС является программой управления КТ-изображениями в сочетании со средствами визуализации, которые выполняют такие важныефункции:

•оконтуривание объемов структур мишени и нормальных тканей, что может быть сделано с применением опции совмещения изображений;

•расчет координат изоцентра относительно структур пациента

икоординат комнаты так, чтобы можно было поставить референсные меткидляукладкибольного;

•изображение пучка, включая положение защитных блоков и

МЛК;

•созданиецифровыхреконструкций.

Реконструкцииидругиеманипуляциисизображениями

Часто объемные изображения геометрии облучения, созданные с помощью ВС, нужно сравнить со снимками, полученными на РС, или с портальными снимками. Изображение в плоскости создается путем движения луча от источника через соответствующие срезы, отражая эффективную величину трансмиссии в каждом пикселе изображения. Прохождение луча можно продлить, чтобы рассчитать контрольное портальноеизображение. Приболеевысокойэнергиифотоновсоздается, конечно, изображение с более низким контрастом, но это позволяет непосредственносравниватьклиническиепортальныеизображения.

Имеются различные средства дляработы с изображением. Например, можно изменять КТ-числа в любой оконтуренной структуре. Назначая для ненужного органа значение чисел, равное –1000 (эквивалент воздуха), можно удалить эту структуру из виртуального пациента, что создаст лучшее качество изображения рассматриваемого органа из-за меньшего количества заграждающих структур. Также можно удалить часть тела пациента, т.е. удалить срезы, лежащие выше и ниже области интереса. Тогда тонкие срезы реконструкции будут видны лучше. Например, если в абдоминальной области удалить переднюю половину

86

тела (т.е. вырезать фронтальные плоскости), то на задней половине станутхорошовидныпочки, которыенебылиоконтурены.

Центрирующиелазеры

Лазерная система требуется, как минимум, для получения референсных меток на коже пациента или на поверхности фиксирующегоустройства. Этилазерыдолжнысоздаватьвертикальную, латеральную и сагиттальную линии. На рис. 2.11 была показана система из четырех лазеров, которой оснащаются симуляторы и облучающие аппараты. На КТС полезно иметь подвижную сагиттальную линию, показывающую метку изоцентра слева и справа, поскольку стол с больным в апертуре гантри двигать вбок нельзя. В некоторых системах латеральныелиниидвижутсятакжеивертикально.

4.5. ПроцессКТ-симуляции

КТ-симуляция описана многими авторами и может проводиться поразному, включаяследующиеэтапы.

•Иммобилизация пациента и позиционирование с помощью центрирующихлазеров.

•СканированиеиполучениеКТ-данных.

•Определение системы координат и нанесение меток на поверхность телабольногоилификсирующегоустройства.

•Очерчивание объема мишени и других структур и отметка референсныхточек.

•Перенос референсных координат на лазерное разметочное устройствоиразметкапациентаилификсирующегоустройства.

•Установка направления и размеров пучка и определение контрольныхизображений.

•Передача данных в компьютер системы планирования для расчета распределениядозы.

•Заполнениедокументации.

Более детально этапы симуляции представлены в табл. 4.2. Отметим, что порядок процедур может меняться, а иногда его можно проводить безпациента.

Результаты, полученные на этапе сканирования и получения данных КТ, даютпредставлениеобольном, которыеопределяютреальныйметод облучения. Любые ошибки или погрешности на этой стадии могут

87

повлиять на выбор способа облучения. Поэтому подчеркнем главные принципы, которыенадоучитыватьприпроведениисканирования.

88

Позиционированиеииммобилизация

Подчеркнем, что если при укладке применяются средства иммобилизации, то все использованные приспособления должны находиться в лечебном положении и не мешать позиционированию больного внутри апертуры гантри или в круге реконструкции. Фиксирующие устройства не должны содержать материалы, которые могутсоздатьартефактынаизображении[10].

Ограничениеобластисканирования

При выборе серии срезов для планирования облучения определяют верхнюю и нижнюю границы области сканирования, которая должна охватывать объем облучения для всех полей. Следует подчеркнуть, что отсутствие данных в верхней или нижней части исследуемой области может создать значительные ошибки при расчете дозы, т. к. точность экстраполяции за областью наличия данных очень сомнительна. Сканированный объем должен быть достаточно большим и охватывать всеорганы, которыевходятвдивергентнуюгеометриюреконструкции.

Гистограммыдоза-объем

Важным средством для оценки и оптимизации плана облучения являются гистограммы доза–объем (ГДО). Интегральные ГДО показывают часть объема органа, который получил дозу, равную или меньшую, чем отмеченная доза [11]. Для расчета доли объема органа требуется знать общий объем органа, для чего нужно получить достаточное число срезов, которые охватывают весь объем данного

89

органа. Точность ГДО зависит от расстояния между срезами. Большое расстояние требует применения интерполяции, что чревато погрешностями. Использованноезначениепитч-факторатакжевлияетна качествореконструкцииобъемаилиоргана.

Качествоцифровойреконструкции

На качество реконструкции влияют следующие факторы: толщина среза, величина питч-фактора и полное покрытие области. При обычной симуляции апертуру коллиматора раскрывают больше размера поля, показываемого ограничителями поля, чтобы видеть положение органов, расположенных за границами мишени. Точно так же при создании реконструкции необходимо знать анатомию за границами поля облучения. Этоособенноважно, посколькуреконструкцияимеетлучшее качествопосравнениюсоснимком, сделаннымнаРС.

Параметрыизображения

Стандартные протоколы для различных частей тела и разных размеров тела, которые часто дают производители КТС, годятся больше для диагностики, чем для симуляции. Для симуляции следует рассмотреть толщину среза и расстояние между срезами, влияющие на усреднениепообъемумишени, ивремяреконструкции, атакжекачество реконструкции. Для получения наилучшего качества надо использовать тесно расположенные тонкие срезы, но это потребует дополнительного времени, увеличения нагрузки на трубку, большего времени на реконструкцию и на оконтуривание и дополнительное место для хранения. Увеличение времени сканирования приводит к вероятности увеличения артефактов за счет движения пациента во время сканирования.

Маркировкаповерхности

Устанавливать маркеры на поверхности тела нужно для того, чтобы показать метки для укладки пациента по трем точкам с помощью лазеров. Крометого, спомощьюконтрастнойпроволокиможноотметить положение области интереса, например, положение послеоперационного шва, лимфатических узлов, или ранее облучавшееся поле. Маркеры можно отметить и во время оконтуривания. Эти линии будут видны на соответствующихизображенияхиреконструкцияхприпроведенииВС.

Применениеконтраста

Контрастирующие агенты применяют для выделения мишени и нормальных тканей. Однако эти агенты не всегда дают хороший контраст на КТ-изображениях и потенциально могут повлиять на значения плотности тканей [12]. Чтобы оценить влияние контраста на

90