體部伽瑪刀圖像引導技術研究

駱錦添

摘 要：近年來，圖像引導技術獲得了越來越廣泛的應用，其具有定位精確，成像時間短等特點，已逐漸發展為現代精確放射治療的重要基礎。而體部伽瑪刀是我國結合國外頭部伽瑪刀技術研發而來的新型放療設備，在多年的臨床應用中，一直受限于較為傳統的體部框架定位技術。通過將圖像引導定位技術運用于體部伽瑪刀，將進一步促進體部伽瑪刀SBRT的規范治療。本文對體部伽瑪刀圖像引導技術的原理及應用展開研究。

關鍵詞：體部伽瑪刀；圖像引導技術；研究

中圖分類號：R730.55 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）04-0184-01

1 引言

隨著醫療科技的飛速發展，圖像引導放射治療（IGRT）已成為一種新型的腫瘤治療技術，它利用精確的影像技術及圖像處理技術，實現了對病患靶區的準確定位，同時還能對后續的治療情況進行追蹤，從而有效的提升腫瘤治療效果，減少對機體健康組織的損害。本文將就體部伽瑪刀圖像引導技術的運用原理、實施方法展開研究。

2 體部伽瑪刀圖像引導技術研究

通過對已有圖像引導定位技術的比較分析，X射線立體平面成像是一種在實際應用中較為有效的IGRT定位手段，該技術有著以下特點：一是，定位準確度高；二是，所需劑量低；三是，花費時間少；四是，能夠實現治療前的靶區定位及治療中的運動追蹤。而且，當前的質子/重離子加速器放療設備也廣泛的應用到了該技術，主要用于靶點精度的準確控制。下面就體部伽瑪刀圖像引導技術的原理和方法、與體部伽瑪刀系統結合以及試驗結果分析展開研究。

2.1 原理和方法

對于X射線立體成像來說，其技術關鍵在于2D-3D圖像配準。在IGRT、IGS等方面，已進行了相關技術領域的諸多研究。而CyberKnife和Novalis等IGRT系統的臨床應用實踐，進一步促進了該種配準技術的研究。2D-3D圖像配準的原理是，基于在線獲得的一個或兩個二維X射線圖像以及之前獲得的一個三維CT（或者是MRI）圖像，結合圖像相似性理論，尋找患者體內靶區（Target）或感興趣區（ROI）在不同時間段的方位變化，首先，依據臨床上的X射線成像，從三維CT獲取到數字重組透視圖像（DRR），將其轉換為相應的二維-二維（2D-2D）圖像配準。再經過復雜的數據測算，獲得相應的二維配準結果（兩個投影面上），接著再實現從二維到三維的轉化，最終取得患者三維坐標系上六個自由度的配準數據，也就是三個方向的平移和轉角。

本文提出的圖像引導定位技術（Image-Guided Positioning System，IGPS），通過應用X射線立體平面成像，有效的提高了定位精度。該系統的構成結構復雜，應用由計算機軟件操作的兩組成像系統，其主要由kV級X射線管、非晶硅平板探測器等組成，對病人身體的內部構造或外部引入金屬標記進行X射線透視，從而獲得準確得X射線圖像。作為技術關鍵核心的IGPS軟件系統的組成和功能如下，數據庫用于存儲和分析由TPS經過Ethernet傳送過來的患者DICOM數據；計劃軟件用于處理CT圖像，得到DRR圖像，并選取圖像配準ROI；定位軟件用于得到DRR圖像庫，對成像設備進行控制以實時獲取X射線圖像，實現2D-3D圖像配準，分析患者位置的偏移，輸出定位結果，并傳送給系統控制中心。

下面結合一個盆腔腫瘤患者的實際定位過程來進行分析，圖像配準的具體流程如下：TPS依據目標靶區的位置得到了配準參考點，而IGPS獲得以其為中心的圖像配準ROI，并且生成以其為中心的DRR圖像。IGPS獲取到相應的X射線圖像后，對左右投影圖像實施單獨的2D-2D圖像配準，并使用DRR上的ROI作為對應的參考，在X射線圖像中尋找對應的被配準ROI。其相對于配準參考ROI的位置偏移信息，即為想要得到的配準結果。結合得到的配準數據，對X射線圖像位置進行更加精確的校正，并與DRR圖像相重疊，可用分割方塊目視觀察配準是否準確。

2.2 與體部伽瑪刀系統結合

通過對多種類型體部伽瑪刀技術特點的研究，可選用IGPS成像幾何，實現IGPS與伽瑪刀系統相結合。IGPS首先實現了與SGS-I+型體部伽瑪刀的結合。因為SGS-I+的機械結構特點，其內部的空間有限，不能安裝IGPS硬件設備，因此IGPS被裝設于伽瑪刀的外部。兩個X射線管裝設于從伽瑪刀前側向外延伸的懸臂上，平板探測器裝設于地面，并確保安裝牢固，構成相互對稱的雙投影交角成像幾何，使得兩X射束匯聚于中心位置。IGPS在中心點實現對患者的定位，接著通過轉移治療床，將患者移動到治療中心點。

同時，IGPS還實現了與OUR-QGD型體部伽瑪的結合。OUR-QGD屬于開放型的機械設備，內部空間較大，有著足夠的空間來安裝所需的IGPS硬件。與之前類似，兩個X射線管安裝在機架上，平板探測器安裝在地面，并確保安裝牢固，兩X射束匯聚的定位中心點位于正下部。完成患者定位后，就可以向正上方轉移，從而將患者移動到治療中心點。

最終得到的圖像引導體部伽瑪刀技術（IGRT-GK），在正式投入使用前，還要進行規范的系統校準以及靶點精度檢測等。其中，系統校準，主要是用于精準測算需要定位的實際距離。同時，經過多次檢測，逐漸修正空間距離，減少可能的誤差，直至靶點精度達到相應的標準（一般為低于1.0mm）。在校準完成后，仍要重復進行幾次靶點精度檢測，從而獲得符合要求的整機靶點精度。

2.3 試驗分析

IGPS已正確安裝于SGS-I+體部伽瑪刀上，并完成后續的系統對接和檢測工作。進行的精度測試結果表明：IGPS定位精度低于0.5mm，整機靶點精度低于1.0mm。在臨床上應用后，通過分析10個具體病例，對體部框架定位和IGPS圖像引導定位得到的結果進行比較。10位病人采取的是SGS-I+體部伽瑪刀7～10分次的放射治療，在治療之前，首先用體部框架定位方式，再接著使用圖像引導定位方式，記錄結果。應用體部框架定位的方式，剩余擺位誤差范圍約為10mm，而應用圖像引導定位方式，擺位誤差遠低于1mm，定位精度獲得了顯著的提升。

3 結語

隨著圖像引導技術的發展與應用，逐漸成為現代精確放射治療的重要基礎。而體部伽瑪刀是我國結合國外頭部伽瑪刀技術研發而來的新型放療設備，在多年的臨床應用中，一直受限于較為傳統的體部框架定位技術。因此，本文對體部伽瑪刀圖像引導技術的原理及應用展開研究，在確保定位準確的前提下，SBRT治療是較為安全有效的。應用圖像引導技術，結合SGS-I+體部伽瑪刀，發展出定位精確地體部伽瑪刀圖像引導技術。具有定位準確度高，成像所需劑量低，所需時間短，同時能夠實現治療前的靶區定位及治療中的運動追蹤等特點，臨床應用效果顯著。通過將圖像引導定位技術運用于體部伽瑪刀，有效的促進了體部伽瑪刀SBRT的規范治療，解決了長期以來用體部框架定位精度無法保證的問題，是國內醫療技術發展的關鍵里程碑，將為相關技術的進一步推廣應用起到助推作用。

參考文獻

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