放射治療圖像引導(dǎo)系統(tǒng)

圖像獲取：

治療前：在治療前，患者會進(jìn)行CT或MRI掃描，生成詳細(xì)的解剖圖像，這些圖像被輸入到治療計劃系統(tǒng)（TPS）中，用于制定放療計劃。

治療中：在每次治療前和治療過程中，使用各種成像設(shè)備（如電子射野影像系統(tǒng)EPID、KV級錐形束CT CBCT等）獲取患者的實時圖像。

圖像比對：

實時比對：將實時獲取的圖像與預(yù)處理的圖像進(jìn)行比對，確定患者的位置和姿態(tài)是否符合治療計劃。如果發(fā)現(xiàn)偏差，系統(tǒng)會自動計算出需要調(diào)整的參數(shù)。

位置調(diào)整：

自動校正：根據(jù)比對結(jié)果，系統(tǒng)會自動調(diào)整治療床的位置和角度，確保放射束精確照射到靶區(qū)。

手動調(diào)整：在某些情況下，技術(shù)人員也可以根據(jù)圖像比對結(jié)果手動調(diào)整治療床的位置。

治療實施：

精確照射：在確認(rèn)患者位置和姿態(tài)符合治療計劃后，放射治療儀開始照射，確保放射劑量準(zhǔn)確地照射到腫瘤部位，同時盡量減少對周圍健康組織的損傷。

治療后監(jiān)測：

治療后評估：治療結(jié)束后，再次進(jìn)行影像掃描，評估治療效果，確保腫瘤部位接受了足夠的放射劑量。

1.高精度定位

實時成像：IGRT系統(tǒng)在治療前、治療中和治療后多個階段對患者進(jìn)行影像掃描，獲取患者的三維解剖結(jié)構(gòu)圖像，確保放射束精確照射到靶區(qū)。

自動校正：系統(tǒng)能夠自動比對實時圖像與預(yù)處理圖像，計算出需要調(diào)整的參數(shù)，并自動調(diào)整治療床的位置和角度，確保治療的高精度。

2.多種成像技術(shù)

電子射野影像系統(tǒng)（EPID）：體積小、分辨率高、靈敏度高、能響范圍寬，操作簡單，成本低。

KV級錐形束CT（CBCT）：圖像質(zhì)量空間分辨率高，操作簡單快捷，可以快速完成在線校正治療位置。

In-Room CT+直加組合系統(tǒng)：影像的空間分辨率和成像質(zhì)量高，精準(zhǔn)定位效果好。

超聲成像：無創(chuàng)、成本低，適用于乳腺癌、前列腺癌、婦科腫瘤和膀胱癌等。

核磁圖像引導(dǎo)放療：軟組織分辨能力高，圖像對比度好，無電離輻射，避免了造影劑過敏反應(yīng)。

3.減少輻射劑量

優(yōu)化成像技術(shù)：通過減少成像頻率和優(yōu)化成像技術(shù)，降低患者的輻射劑量。

部分區(qū)域照射：用部分區(qū)域照射代替大野照射，減少照射范圍，從而降低患者的受照劑量。

4.實時監(jiān)控與調(diào)整

治療前：在每次治療前，進(jìn)行影像掃描，確保患者的位置和姿態(tài)符合治療計劃。

治療中：在治療過程中，實時監(jiān)測腫瘤和正常器官的位置變化，及時調(diào)整治療方案。

治療后：治療結(jié)束后，再次進(jìn)行影像掃描，評估治療效果，確保腫瘤部位接受了足夠的放射劑量。

5.提高治療效果

精準(zhǔn)放療：通過高精度定位和實時監(jiān)控，確保放射劑量準(zhǔn)確照射到腫瘤部位，提高治療效果。

減少副作用：減少對周圍健康組織的損傷，降低治療副作用，提高患者的生活質(zhì)量。

6.質(zhì)量保證

機(jī)械和電氣安全系統(tǒng)：定期檢查互鎖、警告標(biāo)志和燈以及患者通信系統(tǒng)，確保設(shè)備的安全運(yùn)行。

成像質(zhì)量：定期進(jìn)行成像質(zhì)量監(jiān)測，確保圖像清晰，提供準(zhǔn)確的定位信息。

幾何精度：確認(rèn)成像系統(tǒng)與直線加速器的機(jī)械、光學(xué)和輻射等中心的正確對準(zhǔn)，確保治療的準(zhǔn)確性。

IGRT軟件：確保圖像被正確登記到治療系統(tǒng)機(jī)器坐標(biāo)系，提供準(zhǔn)確的治療導(dǎo)航。

7.適用范圍廣

多種癌癥：適用于多種癌癥的放射治療，包括肺癌、乳腺癌、前列腺癌、婦科腫瘤、膀胱癌等。

復(fù)雜病例：特別適用于腫瘤位置不固定、腫瘤周圍有重要器官的復(fù)雜病例，確保治療的安全性和有效性。

1.提高放療精度

實時成像：IGRT系統(tǒng)在治療前、治療中和治療后多個階段對患者進(jìn)行影像掃描，獲取患者的三維解剖結(jié)構(gòu)圖像，確保放射束精確照射到靶區(qū)。

自動校正：系統(tǒng)能夠自動比對實時圖像與預(yù)處理圖像，計算出需要調(diào)整的參數(shù)，并自動調(diào)整治療床的位置和角度，確保治療的高精度。

2.多種成像技術(shù)

電子射野影像系統(tǒng)（EPID）：體積小、分辨率高、靈敏度高、能響范圍寬，操作簡單，成本低。

KV級錐形束CT（CBCT）：圖像質(zhì)量空間分辨率高，操作簡單快捷，可以快速完成在線校正治療位置。

In-Room CT+直加組合系統(tǒng)：影像的空間分辨率和成像質(zhì)量高，精準(zhǔn)定位效果好。

超聲成像：無創(chuàng)、成本低，適用于乳腺癌、前列腺癌、婦科腫瘤和膀胱癌等。

核磁圖像引導(dǎo)放療：軟組織分辨能力高，圖像對比度好，無電離輻射，避免了造影劑過敏反應(yīng)。

3.減少輻射劑量

優(yōu)化成像技術(shù)：通過減少成像頻率和優(yōu)化成像技術(shù)，降低患者的輻射劑量。

部分區(qū)域照射：用部分區(qū)域照射代替大野照射，減少照射范圍，從而降低患者的受照劑量。

4.實時監(jiān)控與調(diào)整

治療前：在每次治療前，進(jìn)行影像掃描，確保患者的位置和姿態(tài)符合治療計劃。

治療中：在治療過程中，實時監(jiān)測腫瘤和正常器官的位置變化，及時調(diào)整治療方案。

治療后：治療結(jié)束后，再次進(jìn)行影像掃描，評估治療效果，確保腫瘤部位接受了足夠的放射劑量。

5.提高治療效果

精準(zhǔn)放療：通過高精度定位和實時監(jiān)控，確保放射劑量準(zhǔn)確照射到腫瘤部位，提高治療效果。

減少副作用：減少對周圍健康組織的損傷，降低治療副作用，提高患者的生活質(zhì)量。

6.質(zhì)量保證

機(jī)械和電氣安全系統(tǒng)：定期檢查互鎖、警告標(biāo)志和燈以及患者通信系統(tǒng)，確保設(shè)備的安全運(yùn)行。

成像質(zhì)量：定期進(jìn)行成像質(zhì)量監(jiān)測，確保圖像清晰，提供準(zhǔn)確的定位信息。

幾何精度：確認(rèn)成像系統(tǒng)與直線加速器的機(jī)械、光學(xué)和輻射等中心的正確對準(zhǔn)，確保治療的準(zhǔn)確性。

IGRT軟件：確保圖像被正確登記到治療系統(tǒng)機(jī)器坐標(biāo)系，提供準(zhǔn)確的治療導(dǎo)航。

7.適用范圍廣

多種癌癥：適用于多種癌癥的放射治療，包括肺癌、乳腺癌、前列腺癌、婦科腫瘤、膀胱癌等。

復(fù)雜病例：特別適用于腫瘤位置不固定、腫瘤周圍有重要器官的復(fù)雜病例，確保治療的安全性和有效性。

1.成像技術(shù)

電子射野影像系統(tǒng)（EPID）：

優(yōu)點：體積小、分辨率高、靈敏度高、能響范圍寬，操作簡單，成本低。

缺點：骨和空氣對比度較低，軟組織顯像不清晰，依賴操作人員的主觀判斷。

KV級錐形束CT（CBCT）：

優(yōu)點：圖像質(zhì)量空間分辨率高，操作簡單快捷，可以快速完成在線校正治療位置。

缺點：密度分辨率較低，尤其是低對比度密度分辨率與先進(jìn)的臨床診斷CT相比有差距。

In-Room CT+直加組合系統(tǒng)：

優(yōu)點：影像的空間分辨率和成像質(zhì)量高，精準(zhǔn)定位效果好。

缺點：系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備成本高。

超聲成像：

優(yōu)點：無創(chuàng)、成本低，適用于乳腺癌、前列腺癌、婦科腫瘤和膀胱癌等。

缺點：成像質(zhì)量受操作者技術(shù)和患者體型影響較大。

核磁圖像引導(dǎo)放療：

優(yōu)點：軟組織分辨能力高，圖像對比度好，無電離輻射，避免了造影劑過敏反應(yīng)。

缺點：設(shè)備成本高，操作復(fù)雜。

2.設(shè)備校準(zhǔn)與維護(hù)

定期校準(zhǔn)：

KV級系統(tǒng)與MV級系統(tǒng)中心的重合性：確保KV級系統(tǒng)中心和MV級系統(tǒng)中心的位置差異在X、Y、Z方向上小于0.5mm。

六自由度治療床系統(tǒng)的校準(zhǔn)：確保六自由度治療床相對于等中心的偏差在0.2mm、0.2°以內(nèi)。

成像質(zhì)量檢測：

低對比度分辨力：能分辨的圖像低密度差異值小于2%。

空間分辨率：空間分辨率不小于71p/cm。

密度均勻性：表征圖像密度均一性的像素值差異小于2%。

幾何失真度：幾何精度在X、Y、Z方向均小于1.04mm。

3.質(zhì)量保證和質(zhì)量控制

機(jī)械和電氣安全系統(tǒng)：定期檢查互鎖、警告標(biāo)志和燈以及患者通信系統(tǒng)，確保設(shè)備的安全運(yùn)行。

成像質(zhì)量監(jiān)測：定期進(jìn)行成像質(zhì)量監(jiān)測，確保圖像清晰，提供準(zhǔn)確的定位信息。

幾何精度確認(rèn)：確認(rèn)成像系統(tǒng)與直線加速器的機(jī)械、光學(xué)和輻射等中心的正確對準(zhǔn)，確保治療的準(zhǔn)確性。

IGRT軟件校準(zhǔn)：確保圖像被正確登記到治療系統(tǒng)機(jī)器坐標(biāo)系，提供準(zhǔn)確的治療導(dǎo)航。

4.成像劑量管理

減少3D成像設(shè)備的使用頻率：2D-kV級正交束劑量較低，為了減少成像劑量，需要減少3D成像設(shè)備的使用頻率。

部分區(qū)域照射：用部分區(qū)域照射代替大野照射，減少照射范圍，從而降低患者的受照劑量。

劑量最佳化設(shè)計：通過劑量最佳化設(shè)計，可以大幅降低成像劑量。

與體表紅外線監(jiān)測結(jié)合：減少CT成像頻率，減少累積劑量。

5.操作人員技能

操作人員培訓(xùn)：操作人員需要經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，熟悉設(shè)備的操作規(guī)程，確保成像質(zhì)量。

主觀判斷：EPID等成像技術(shù)依賴操作人員的主觀判斷，操作人員的經(jīng)驗和技能水平會影響成像質(zhì)量。

1.遵循行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)編號及名稱：YY 1650-2019《X射線圖像引導(dǎo)放射治療設(shè)備性能和試驗方法》于2019年5月31日發(fā)布，2020年12月1日實施。該標(biāo)準(zhǔn)由全國醫(yī)用電器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會放射治療、核醫(yī)學(xué)和放射劑量學(xué)設(shè)備分技術(shù)委員會（SAC/TC10/SC3）歸口。

適用范圍：該標(biāo)準(zhǔn)適用于以X射線圖像引導(dǎo)為目的的，用于電子加速器、輕離子束治療設(shè)備和放射性核素束治療設(shè)備的X-IGRT設(shè)備。包括千伏X-IGRT設(shè)備、兆伏X-IGRT設(shè)備，以及平面成像、錐形束CT（CBCT）成像和扇形束CT成像X-IGRT設(shè)備等。

2.定期質(zhì)量保證和質(zhì)量控制

圖像質(zhì)量檢測：

低對比度分辨力：確保圖像的低對比度分辨力低于2%。

空間分辨率：確保空間分辨率不小于71p/cm。

密度均勻性：確保圖像密度均一性的像素值差異小于2%。

幾何失真度：確保圖像幾何失真度的幾何精度在X、Y、Z方向均小于1.04mm。

系統(tǒng)校準(zhǔn)：

KV級系統(tǒng)與MV級系統(tǒng)中心的重合性：確保KV級系統(tǒng)中心和MV級系統(tǒng)中心的位置差異在X、Y、Z方向上小于0.5mm。

六自由度治療床系統(tǒng)的校準(zhǔn)：確保六自由度治療床相對于等中心的偏差在0.2mm、0.2°以內(nèi)。

3.具體檢測方法

模體檢測：

SingleBall-bearing模體：將SingleBall-bearing模體固定于床面，用激光燈對準(zhǔn)和調(diào)整模體上金屬球的幾何中心，利用EPID分別在0°、90°、-90°、180°各拍攝兩張平片，共八張曝光圖片，然后傳輸至XVI軟件進(jìn)行分析，得出模體金屬球的幾何中心與MV級系統(tǒng)中心是否重合的誤差參數(shù)。若誤差超出標(biāo)準(zhǔn)值0.1mm，則進(jìn)行調(diào)整，直至兩中心重合誤差小于0.1mm。

Calibrationtool模體：使用Calibrationtool模體，借助激光燈把模體對好等中心的位置，進(jìn)行CBCT掃描，采用灰度值自動配準(zhǔn)。若x、y、z方向的線性誤差大于0.2mm，u、v、w方向的旋轉(zhuǎn)誤差大于0.2°，則通過六自由度床自動調(diào)整相應(yīng)誤差，進(jìn)行第二次掃描，直至誤差在標(biāo)準(zhǔn)值內(nèi)。

參考原點注冊：

Referenceframe：對帶有紅外反射球的C型定位體架（Referenceframe）的參考原點進(jìn)行登記注冊，將等中心位置登記注冊為定位體架的參考原點，以便六自由度治療床系統(tǒng)根據(jù)誤差值調(diào)整床的位置。

4.定期維護(hù)和校準(zhǔn)

定期檢查：定期檢查互鎖、警告標(biāo)志和燈以及患者通信系統(tǒng)，確保設(shè)備的安全運(yùn)行。

成像質(zhì)量監(jiān)測：定期進(jìn)行成像質(zhì)量監(jiān)測，確保圖像清晰，提供準(zhǔn)確的定位信息。

幾何精度確認(rèn)：確認(rèn)成像系統(tǒng)與直線加速器的機(jī)械、光學(xué)和輻射等中心的正確對準(zhǔn)，確保治療的準(zhǔn)確性。

IGRT軟件校準(zhǔn)：確保圖像被正確登記到治療系統(tǒng)機(jī)器坐標(biāo)系，提供準(zhǔn)確的治療導(dǎo)航。

1.先進(jìn)的成像技術(shù)

kV級錐形束CT（CBCT）：

高空間分辨率：CBCT成像技術(shù)使用大面積非晶硅數(shù)字化X射線探測板，機(jī)架旋轉(zhuǎn)一周就能獲取和重建一定體積范圍內(nèi)的CT圖像。CBCT的圖像質(zhì)量空間分辨率高，操作簡單快捷，可以快速完成在線校正治療位置。

實時監(jiān)控：CBCT不僅可以在治療前進(jìn)行定位，還可以在治療過程中進(jìn)行實時監(jiān)控，確保照射野緊緊“追隨”靶區(qū)。

MV級CBCT：

同源性優(yōu)勢：MV級CBCT與治療束同源，減少了非等中心旋轉(zhuǎn)誤差，提高了定位校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性。隨著探測器材料的改進(jìn)，MV級CBCT的圖像質(zhì)量不斷得到提升。

In-Room CT+直加組合系統(tǒng)：

高成像質(zhì)量：這種成像技術(shù)大幅提高了影像的空間分辨率和成像質(zhì)量，精準(zhǔn)定位效果好。雖然系統(tǒng)復(fù)雜且成本高，但在重粒子治療等高精度要求的場景中應(yīng)用廣泛。

超聲成像：

無創(chuàng)且成本低：超聲成像技術(shù)無創(chuàng)、成本低，適用于乳腺癌、前列腺癌、婦科腫瘤和膀胱癌等。通過采集靶區(qū)三維超聲圖像，輔助靶區(qū)的定位并減小分次治療的擺位誤差。

核磁圖像引導(dǎo)放療：

高軟組織分辨能力：核磁圖像引導(dǎo)放療技術(shù)（如Elekta的核磁加速器和ViewRay的核磁伽馬刀）具有高于CT數(shù)倍的軟組織分辨能力，圖像中對于軟組織的對比度可以提高1-3個等級度。成像不會產(chǎn)生CT檢測中的骨性偽影，避免了造影劑可能引起的過敏反應(yīng)。

2.自適應(yīng)放療（ART）

實時調(diào)整：自適應(yīng)放療（ART）是IGRT提高和發(fā)展后的一種形式，其目的是不擴(kuò)大放射野大小，提高放療實施的準(zhǔn)確性和精確性，并為特定患者實施特定放療的臨床行為。ART通過實時調(diào)整治療計劃，補(bǔ)償解剖結(jié)構(gòu)的移動和變形，提高治療的精準(zhǔn)性。

功能影像技術(shù)：利用PET、SPECT和MRS等功能影像技術(shù)，進(jìn)一步深化對靶區(qū)的認(rèn)識，通過計劃的個體優(yōu)化設(shè)計，對靶區(qū)中功能和代謝程度不同的腫瘤區(qū)域?qū)嵤﹤€體化劑量強(qiáng)度分布的生物引導(dǎo)放射治療（B邵RT）。

3.多模態(tài)成像

多模態(tài)結(jié)合：結(jié)合多種成像技術(shù)（如CT、MRI、PET/CT）可以提供更全面的解剖和功能信息，提高靶區(qū)勾畫的準(zhǔn)確性和治療計劃的優(yōu)化。多模態(tài)成像技術(shù)的發(fā)展，使得放療醫(yī)師能夠更精準(zhǔn)地勾畫靶區(qū)及正常組織，這是現(xiàn)代放療技術(shù)發(fā)展的重要進(jìn)步。

4D CT技術(shù)：4D CT技術(shù)的臨床應(yīng)用可以使臨床醫(yī)生查看容積CT圖像隨時間的變化，探查分次內(nèi)腫瘤運(yùn)動，更好地評估肺功能和預(yù)測治療反應(yīng)。

4.實時影像引導(dǎo)技術(shù)

Synchrony? 四維IGRT系統(tǒng)：西門子的Synchrony? 四維IGRT系統(tǒng)采用了先進(jìn)的實時影像引導(dǎo)技術(shù)，其系統(tǒng)誤差在0.5毫米以內(nèi)，顯著提高了治療效果。

動態(tài)跟蹤治療系統(tǒng)：在圖像設(shè)備的實時引導(dǎo)下，通過治療床的運(yùn)動或照射野的運(yùn)動，使照射野與運(yùn)動的腫瘤靶區(qū)保持相對位置固定，達(dá)到動態(tài)適形。這種治療模式對受呼吸、心跳等影響較大的胸腹部腫瘤的放療具有重要意義。

5.人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)

自動化勾畫：半自動和自動勾畫的臨床逐步應(yīng)用，減少了人工勾畫，增加了靶區(qū)勾畫的一致性。利用機(jī)器學(xué)習(xí)基于之前的治療計劃進(jìn)行建模，可進(jìn)行計劃質(zhì)量的評估。

自動計劃優(yōu)化：自動計劃（如基于先驗知識計劃設(shè)計、多目標(biāo)優(yōu)化等）可以改善計劃質(zhì)量一致性、提高計劃品質(zhì)和工作流程，比如自動學(xué)習(xí)的束流角度優(yōu)化和基于個體患者特定解剖結(jié)構(gòu)的束流強(qiáng)度自動優(yōu)化。