CT模拟系统在放射治疗中的应用

1、18 CT模拟系统在放射治疗中的应用 田新智2,李永旭2,韩 宁 J 马艳玲 J 鲍思南I （1东北大学中荷生物医学与信息工程学院；2 （中图分类号）TH774 （文飆标识码A 沈阳东软医疗系统有限公司，辽宁沈阳110179） 文章编号1002 - 2376 （ 2010） 01 -0018 - 05 摘 要目的：阐述了 CT-sim系统及其功能、临床特，性、使用方法和临床应用中的注意事项。方法: 汇总了相关丈缺资蚪以及崔研发CT- im系统过秽中的体会v结论：CT-SIM系统完仝能够取代传统的 二维X线模拟机，配合加速吝EP1D验证系统或1GRT技术的应用，使得放疗进入了一个全新的时代。 （

2、关键词IMRT; CT模拟；加速25； X线二维模拟机；移动激光定位仪 随着现代计算机技术和医学影像技术的发展, 肿瘤的放射治疗进入了三维适形调强放疗（intensi- ty modulate radiation treatment, IMRT）的新时代.三 维CT模拟定位计划系统（CT simulation and 3D treatment planning system, 3D CT - Sim）和三维计划 就是实现三维适形调强放疗的关键步骤和关键技 术。CT-sim就是将放射治疗定位螺旋CT、移动激 光定位系统和三维TPS工作站三者通过网络连接, 形成集影像诊断、图像传送、肿瘤定位和治疗

3、计划 为一体的高精度肿瘤定位计划系统。其中激光灯定 位系统主要用于扶助病人摆位时的参考点标记，而通过高性能的仿真技术模拟岀真实定位机的全部功 能：在定位系统参数的基础上对CT影像进行配 准，向用户提供准确的病灶和感兴趣组织的位賢. 体积等几何描述通过对病变组织及重要器官的轮 痴勾画和各组织的密度信息的数字化重建形成一个 三维的数字模型。医生和物理人员可以通过已勾画 好的病灶确定等中心位置传给TPS继续做计划； 或 者在本系统上，结合加速器的参数直接进行照射野 的规划。通过在三维视图、BEV视图（可适形）、 横截面、冠状面、矢状面等视图上的直观交互操 作，最终确定治疗方案。和传统模拟机相比，其区

4、 CT模拟工作站实际上是传统模拟定位机的替代品, 别与优点如表1所示。表1传统X线模拟与CT模拟的主要区别 X线楔拟 CT模拟 透視方式 晝接X线透祝 将患者在治疗体位下通过CT打描并把得到的CT层片传入工作站. 通过数字重建得到嘉人感兴趣图像的“三维假体然后心工作站中 进行虚拟透视 照射野设计功能 传统模拟机能设匱机架角度.光阑角度、床角 度、射野大小及形状、组织补偿器的设賈等 在以DRR为背眾的BEV的窗口设计照射野具有与传统的模拟机很相 似的功能.而祀区和危险器官的可觇性是传统模拟机无法比拟的 图像显示方式 单一的DR图像 包括CT图横切面、冠状切面、矢状切面、任意切面显示；DRR. D

5、CR,部分DRR,部分DCR.三维显示 图像调节功能 可调节透视图的亮度和对比度 可调节CT图，DRR、DCR及三维图像的windows/level 等中心确定依据 骨性结构、气腔（如咽喉、气管分叉）；靠经 脸 既可应用传统经验.又可利用图像处理功能显示靶区轮隠；还可勾画 耙区后系统自动确定IE体积中心为等中心 模拟过程 模拟定位过程患者必须全过程保持治疗体位 患者可在CT扫描及体表标记完成后离场（只需要保持体位5- 10 min） 靶体积和危险器 官的可视性 在其图像上所有信息叠加在个平面上.很难 精确定义靶区和危险器官 在BEV窗门可以多种形式显示在CT图上定义的杷体积和危险器官体 积；还

6、能从不同方向观察杷区及重要器官的覆盖情况，通过优化布野 方案.保证肿瘤祀区的覆盖，并尽fit较少周国車要组织的覆盖。 射野间关系愛示 不能显示 图像任意视角祁可以按照需要进行调舷.部分DCR、部分DRR可清 晰显示计划者感兴趣的结构 计划设计能力 不能设计复杂照射计划 可设计各种复杂照射计划如非共面照射。 图像融合能力 没有 可将常規CT与增强CT. MRI或PET图像逬行融合从希为临床医生 勾画靶区提供更多的参考信息 组织不均匀计算 不能 CT模拟机重建影停的CT值反应了 X肘线在人体组织中的线性衰减芜 系.由此就可以得到组织横載面的电子密度分布情况。可以根据系统 内建的校正公式，进行组织密

7、度不均匀性计算。 收稿日期： 1系统设备组成及其性能指标要求 CT模拟所霊要的基本设施包括CT机、激光定 位系统(等中心标记系统)、图像处理工作站及虚 拟模拟软件，如图1所示。 图I CT模拟定位系统设备组成 螺旋CT基本同于诊断用螺旋CT,但要求机架 孔径70 cm,最大扫描直径42 cm,扫描定冬床 为碳素纤维平面型(刚度要求100 kg,均布载希变 形W0.1%)。基本条件应满足X射线球管 200 kHV,扫描层厚1mm,全扫描速度1 s CT模拟定位软件主要包括带有能对CT图像进 行三维重建处理和能进行各种三维治疗计划设计的 工作站、显示器、绘图仪、胶片扫描仪、彩色打印 机等。CT扫描

8、图像必须通过网络系统直接传送到 工作站。 激光定位系统主要由三维可动定位激光灯、数 字控制软件和激光灯驱动系统构成。激光定位系统 必需是两侧墙的激光灯可行70 cm以上的垂直升降 移动，顶棚激光灯可行60 cm以上的水平移动；激 光线宽(4 m距离内)W 1.5 mm;线长(4 m距离 内)4m;等中心调整精度 0.5rnm;可选速度 为0.2100mm/s。激光驱动系统可控制3条激光 线在三维坐标系上做较大范围的移动，并可將治疗 计划结果中的治疗等中心点或重要器官参考点的兰 维坐标在体表的对应关系自动而精确地投射到皮肤 表面，以便于体表标记和同时等中心多野照射的执 行。激光系统具备自动校准功

9、能。 2 2专用CT-sim系统的主要功能 CT模拟系统的主要功能包括： (1) 数搦转储：用于获得病人的CT数据并在 系统数据库中做登记。数据来源有两种形式一DI COM网络和磁盘介质。 (2) 病人管理：作为用户浏览、增加、编辑、 删除影像数据和计划数据的窗口，同时也是DI COM协议的解析模块。 (3) 权限管理。 (4) 图像配准。与定位设备接口，坐标转换 等。 (5) 勾画和定位。包括自动和手工对器官边缘 的提取；对点、距离、面积、体积以及CT值的测 算等。 (6) 图像处理和垂建。包括二维的缩放、移 动、窗宽/窗位处理；边缘提取，曲线填充等图形 处理；三维的以MPR、体绘制、面绘制

10、和数字放 射影像(DRR)为主的重建、布野等等。 (7) 计划输出。 3 CT-sim的计划过程 CT模拟的全过程包括体位确定、固定，建立 原始坐标系，图像采集、传输、重建，靶区勾画和 确定，射野选择和布置，射野等中心确定和将原始 坐标系原点移至等中心等一系列步骤，其基本要求 与二维的X线模拟一样，但是过程较为复杂，能 够完成二维X线模拟机不能完成的非共面放射治 疗等髙技术强度放疗方案设计等，其计划过程如医疗装备第图2 手19 下： mark相交点之间的值。 20 (1) 激光灯校准：校准激光灯，并移动激光 灯，使得左右上三个激光灯所发射的激光线交于一 点，并将该位置设置为坐标0点C (2)

11、CT扫描摆位：在平面CT床上，将患者按 放射治疗时要求的体位进行摆位和体位固定。有经 验的医生在摆位会尽量将靶区位置摆在接近等中心 处。 (3) 画体位标记线：体位固定后，通过CT两 侧墙的激光十字线和顶墙的激光十字线在皮肤上放 置CT易于识别的参考固定mark点。 (4) CT扫击：按治疗计划的要求对相应部位 进行增强扫描，扫描范围比常规CT检査范围要 大。一般扫描层次要求40层左右，肿瘤区域层厚 最好为l3mmo为了获得较大的扫描范围又不使 层次太多而影响增强效果，可采用病灶区层厚1 5 mm,以外区域逐步过渡为5 10 mm的混合扫描 (7) 将患者按原体位回到CT床上，按照该 值的参数

12、要求移动激光灯，然后再标记这3条体位 标记线(体位标记线是提高放射治疗摆位精度的重: 要标记。因此，在用头部面罩或体部固定网进行体 位固定时，需将激光定位十字线处开窗暴露皮肤, 把激光定位线画在皮肤上，切不可画在体位固定器 表面，如果激光灯不是可移动性质的，可以在加速 器上进行类似标记)，以便放射治疗的执行。 (8) 设计和验证照射野：放射治疗医生和物理 师根据肿瘤和周围重要脏器之间在三维空间的相互 关系设计合理的照射野。照射野大小由靶区大小、 脏器移动度和综合误差(定位、摆位和机器等误 差)来决定。在射线束轴视角方向窗口调整照射野 大小。在设计多野计划时，尽量采用非共面多野照 射技术。照射野

13、设计原则是使靶区内剂量最大而均 匀，同时使靶区外正常组织的受量尽最减少。在数技术。扫描结束后，通过网络信息系统直接传送所 字化影像重建窗口打印每个照射野的数字化影像重有CT图像到治疗模拟计划工作站。 (5) 勾画内外轮廓和靶区轮廓： 利用所有CT 层面自动勾画依表轮廓，然后逐层勾画靶区周围重 要器官的轮廓和靶区轮廓， 靶区包括肉眼肿瘤和亚 临床病灶；同时系统提供手动勾画修正功能以便对 靶区进行修饰。 建图像，通过与X射线模拟定位验证片以及照射 野影像监测片进行对比，全面了解照射野的合理性 和准确性。 (9) 将定位、 勾画和布野的结果发送至剂屋计 划系统进行剂量计算。剂量处方的原则是将靶中心

14、剂量归一为100%和90%的剂量线包括整个靶区。圈 3 CT-snn 系狡功能框架图 医疗装备2010第1期 21 的剂1:容积比，对靶区岀现剂量不均或周围脏器出 现受量过高时，进行相应的调整。 (10) 验证照射野等中心精度： 为了验证患者 皮肤表面照射野等中心参考点标记与实际靶区中心 和计划靶区中心的重复精度，在其左、右、前皮肤 表面照射野等中心参考点标记处放置CT可成像标 识物， 对此进行lmm的薄层扫描。在CT图像上测 量3个ma&参考相交点与实际靶区中心和计划靶 区中心的精度比较，该误差一般 lmm。 4放疗网络实施流程 事实上，可以认为CT模拟和三维计划是被人 为分离的整个

15、三维计划过程的两个基本步骤。当三 维计划单独岀现的时候， 常常包括CT模拟在内的 完整放疗计划过程。但是事实上，放疗计划过程基 本如图4所示。 鉴于CT模拟定位和剂疑处方的计算是在不同 的工作站进行的， 且CT模拟过程是需要放疗医生 进行设计，而计量处方计算不需要放疗医生的参 与，所以将模拟定位和设计功能独立出来其实也是 可行的，事实上也是科学的。 5总结与说明 精确放疗的最终目的是追求肿瘤的高剂量照 射，而周围正常组织或重要器官少受或免受照射。 与常规模拟定位相比，CT-Sim具有定位精度高、 高清晰度图像、能三维立体显示肿瘤与周围正常组 织或重要器官解剖关系，能在射束方向(BEV)窗 口下

16、制定射野方向角度，能利用等剂秋曲线和剂量 体积直方图(DVH)准确评估周围正常组织或重要 器官受照剂量等优点。因此，CT-Sim适合于绝大 多数肿瘤患者的放射治疗，更是实现精确放疗的重 要技术。 CT扫描过程中需要注意的事项： (1) 保持患者体位“三位合一”即保持制模体 位、扫描体位和治疗体位一致。患者最舒适的体位 和技师最容易操作的体位就是最佳的治疗体位，可 利用三维激光定位系统以及人体体表的骨性结构如 体中线和腋中线等来确定摆位位置，如头颈部肿瘤 的定位、治疗摆位时，两侧激光灯应对准双侧外耳 孔室顶激光灯对准体中线， 这样CT图像和治疗计 划三维重建的图像就准确、正中。 (2) 按序扫描

17、，不能重复序列扫描，否则计算 机软件难以进行图像重建和精确计算肿瘤靶区体 积。 (3) 在采用CT图像进行靶区勾画时，不同的 放疗科或临床医师之间往往发生较大的差异。因 此，为减少靶区误差，建议所有患者进行増强CT 扫描。 (4) 应薄层扫描，扫描范围应更宽，以确定计 划靶区及精碓显示邻近重要脏器的毗邻结构，这样 才能准确地进行剂量学计算，确保治疗计划制订过 程中各种资料的完整性、真实性，对小于3 cm肿 瘤采用2 mm薄层扫描，大于5 cm肿瘤采用5 mm 扫描，而且扫描范围应超出病灶5 cm 10 cm。 (5) 对于不能确定的靶区，可采用CT/MRI或 CT/PET等图像融合技术来确定。

18、计划靶区范围的 确定要根据患者器官移动度大小结合周围重要器官 的放射耐受性决定。 (6) 图像的窗宽、窗位选择技术，窗宽、窗位 的选择应兼顾病灶及定位标志点，既要清楚显示病 灶的大小、范围、密度，又能清楚显示它的定位坐 医疗装备2010第1期 21 S4 CT樓拟与三K计划波樓示竄图 22 Medical Equipment Vol.23,No. 1 巧用一次性20 mL注射器 郭春梅 (解放军252医院 神经内科，河北保定071000) 在临床工作中,医生经常用浆糊黏贴化验单、各 项检査报告单，总是将一大瓶浆糊打开，有时工作一 忙就忘了盖瓶盖等回来一看浆糊已经风干了好多, 无形中造成了浪费,

19、先介绍一种节约的好办法。 1材料 加过药的20 mL注射器一支(急用时也可以用 无菌的)止血钳1把。 2方法 2.1将加过药的20 mL注射器用清水冲洗干净, 然后用84消毒液浸泡30min,用止血钳将针头尖 收稿日期：2009-11-15端折断1/2或2/3,再用止血钳将折断端口夹圆。 2.2取出浆嘲打开瓶盖.用已备好的注射器抽吸 到20 mL,戴好针帽。 2.32.3医生黏贴化验单和各项检査报告单时，将已 抽吸好浆糊的20 mL注射器轻松一推.浆糊就被推 出来了，然后将化验单和各项检査报告单黏贴上就 可以了。 2.4使用完后将注射器针帽盖好，防止风干。 3优点 (1) 制作方法简单； (2

20、) 废物利用，节约材料； (3) 使用方法简单，方便。标点，如检査胸.腹部时应嘱患者抬高双手臂，以 减少皮肤定位误差和图像伪影。 (7) 减少病灶移动，位于腹腔及肺下部病灶 CT扫描定位时，必须束紧腹带，以减少定位扫描 过程中出现呼吸动度、胃肠蠕动、不自主运动引起 的病灶移动伪影。同时训练患者扫描时采用平静呼 吸闭气，使呼吸深度均匀一致，使扫描层面保持相 同的呼吸相，保证层面的连续性，否则，因呼吸深 度不一致，而使病变的部位漏层或层面重复，导致 CT定位的不准确性，而影响治疗计划。 (8) 放疗的质疑保证和质量控制(QA/QC)是 实现精确放疗的重要步骤。 6展望 长期以来，在放射治疗过程中定

21、位主要利用 2D数字X线模锁机进行摄影，并根据平面X线片 (定位片)上的骨形标记、术后银夹和造影剂来完 成定位和布野的工作。 但是X线常规模拟机究其 本质是一种2D的方法，在其图像上所有信息叠加 在一个平面上，不利于梢确定义靶区和关键器官的 空间位蛊，因而不利于三维适形调强放疗的开展和推广。随着放疗技术的发展，特别是随着现代精确 治疗(3D适形和IMRT)的推广，需要用3D的方 法来确定靶区的体积、空间位置和形状。CT模拟 系统就是在引入三维影像定位及三维靶区勾画和布 野的基础上发展起来关键技术， 以适应精确放疗技 术的要求。ACQsim的推广和应用，实际上已经证 明了 CT-sim系统在放疗

22、中的作用。 参考文献 1 李强， 张显萍， 谢东， 等不同CT检査技术在三 维适形放疗定位中的应用J广西医科大学学报, 2002, 19 (3)： 361 -362 2 沈兰，黄迪生，背彬，等肿欄放疗CT-Sim定 位扫描技术的探讨及临床价值J中华现代影像学 杂志2008- 12 - 27 3 元 景CT模拟在三维适形放疗中的临床应用价值 C第三届泛珠江区域放射肿瘤学大会.2008, 4： 322. 4 王国民肿瘤三维适形与束流调强放射治疗学M 复旦大学出版社，2006： 58 5 郑小康， 陈龙华三维适形放疗临床实践CT模拟与 三维计划M 人民卫生出版社.2001： 1-5.Application