肿瘤放疗模拟定位机

1、常规模拟定位机定义模拟定位机是模拟放射治疗机（如医用加速器、钻一 60治疗机）治疗的几何条件而定出照射部位的放射治疗辅助设备，实际上是一台特殊的X线机。当病人被诊断患有肿瘤并决定施行放射治疗时，在放射治疗前要制定周密的放疗计划，然后在定位机上定出要照射的部位，并做好标记后才能到医用加速器或钻一60治疗机上去执行放疗。模拟定位机的作用正在于此。作用模拟机的机架旋转、机头转动、限束器开闭、距离指示、照射野指示、治疗床各部分运动，都与医用加速器、钻机一样，因此它能准确地模拟加速器、钻机的一切机械运动。并 通过模拟定位机的 X线影像系统准确定出肿瘤的照射位置、照射面积、肿瘤深度、等中心位置等几何参数，

2、以及机架旋转、机头旋转角度、源瘤距、源皮距、限束器开度、升床高度等机械参数，为治疗摆位提供了有力的依据，确保放射治疗的正确实施。这就是模拟定位机的作用。因为加速器的X线、电子线和 钻一 60治疗机的X线能量很高，对组织密度和人体组织原子序数的分辨率很低，因此不能对人体骨、肺、肌肉等不同解剖部位起到透视作用.普通 X线机又不具备加速器的机械功能和几何参数，所以加速器和普通X线机都不能代替模拟定位机。模拟定位机在整个放射治疗计划设计过程中有着重要作用：1）靶区及重要器官的定位2）确定靶区（或危及器官）的运动范围3）治疗方案的确认4）勾画射野和定位、摆位参考标记5）拍射野定位片和证实片6）检查射野挡

3、块的形状及位置组成组成主机、支臂、机柜、诊断床、操作台、X射线高频高压发生装置、X射线球管影像增强系统、专用图像处理系统、多功能数字化工作站参数基本参数治疗床等中心旋转范围：±105°界定器旋转范围：±105°辐射野尺寸：在 SAD=1000mm 时，20mm 20mm400mm400mm非对称野：在 SAD=1000mm 时，单边-100mm+200mm检查参数X射线检查参数50KW的高频高压发生器具有正、侧位选择多项摄像条件，旧S控制、mA优先、KV控制、自动亮度调节、故障自动诊断透视管电压：40kV125kV管电流：25mA630mA摄像曝光时间：

4、0.0035s6sX-TV系统500mA进口 X射线球管双焦点：0.3mm1.0mmX射线摄像增强系统高清晰度CCD TV系统图像分辨率： a 1.4LP/mmCT模拟定位机概况随着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精确定位、精确计划、精确治疗”的兰精'时代；三维适形放疗（3DIntensityConformal Radiation Therapy , 3DCRT ）技术的兴起和发展，特另，是三维适形调强放疗（ Intensity-modulated radiation therapy , IMRT ）渐渐成为放射治疗技术的主流，大大地改善和提高放射治疗质量。但是在三

5、维适形调强放疗中，要求高剂量区分布的形 状在三维方向上与肿瘤靶区的形状高度一致，这需要有复杂而精确的放疗计划，而精确的放疗计划必须要求精确的三维图像进行空间定 位，而常规的X线常规模拟机只能提供两维的信息，因此集放射诊断、放疗计划、模拟定位和模拟治疗于一体的CT模拟定位系统（CT-Simulation Localization System ）在放射治疗中的作用与地位也就越来越重要，近年来国内外在这一领域也做了大量的研究工作， 取得了重大进展，不少国外大公司（如Varian、Siemens、GE、Philips等）先后将其商品化。回顾CT模拟的发展历程，CT进入放疗科大致经历了以下三个阶段：第

6、一阶段，就是放疗科的工作人员带上病人、平床以及固 定装置到放射科的诊断 CT上作定位扫描（治疗体位下的CT扫描），这显然有诸多的不便。第二阶段，放疗科发展到独立购买一台诊断型CT （通常70厘米孔径）进行定位和扫描。放疗医生拥有了CT完全的使用和管理权，大大方便了定位工作。但常规 CT的70厘米孔径和以诊断为设计目的的诸多功能，制约了放疗的定位扫描的适应症类型。这就使CT在放疗科的应用进入了第三个阶段：即放疗科在购买CT时开始选择专为放疗设计的大孔径CT模拟机。在中国，由于地区经济差异以及医院的发展阶段的制约，各个医院有着不同的情况，使得以上三种CT模拟设备的形态在中国都同时存在。但从总的发展

7、趋势上讲，放疗科最终运用CT的形式大致都会走向采用大孔径CT模拟机的方式，因为其为放疗服务的特点和设计适应了放疗科发展的需要。组成CT模拟就是以CT为基础的模拟定位系统，CT模拟定位系统由一台 CT扫描机、一套虚拟定位及计划系统和一套三维（或四维）移动激光射野模拟系统三部分组成。三大部分通过数据传输系统在线连接。其中，CT扫描机又分为两种，即专用型和普通型。1）、放疗专用定位 CT即CT模拟机定位CT基本同于诊断用 CT。不同之处： 扫描床为平面型。 大孔径（A80cm）l机架孔径：飞利浦 85cm ;西门子82cm ; GE公司80cml扫描FOV :西门子65cm ;飞利浦60cm ; G

8、E公司50cm 扫描层厚3-5mm 。临床上大孔径也可以更好地覆盖体部肿瘤病人及定位装置。2）、普通 CT定位机 普通螺旋CT孔径70cm左右（如沈阳东软） 需要在CT床面上加装碳纤维平面床板 基本能够满足亚洲人的定位要求，某些特殊体位如蹬位、乳腺、肥胖病人、全身淋巴瘤等不能进行定位计划。同样，CT作为模拟设备，与作为诊断设备，两者在 QA要求上是不一样的，见下表：设备类型CT-SIMDiag-CTCT值要求绝对值精确，是剂量精确计算的必要条件注重组织相对异常性而不是CT绝对值扫描层厚影响DRR质量和虚拟设计几何定位精度及剂量影响部分容积效应干扰造影增强便于医师勾画靶区但影响剂量计算精度帮助区

9、别诊断扫描时间视影像重建、DRR计算及呼吸门控的需要快速扫描减小图像干扰成像孔径FOV> 70cm （最好 85cm）FOV> 60cm球管负荷需要更高功率比CT-SIM要求低影像精度影响靶区勾画与剂量计算不会严重影响诊断诊断床平面床板凹形面板优势说明CT模拟是将患者在治疗体位下进行CT扫描，并将CT图像传入图像工作站，通过三维数字重建感兴趣的图像显示方式，在工作站中进行虚拟透视（Virtual Perspective）和虚拟模拟（Virtual Simulation）的过程，提供了准确的病变靶的形状、大小、方位等信息。CT模拟具有传统X线模拟无法比拟的优点：1） CT模拟过程中无

10、需患者在整个模拟过程中保持治疗体位，患者在 CT床上保持治疗体位5-10分钟，完成CT扫描和体表中 心标记后即可离开。2） CT模拟过程中图像质量、大小、观察角度都可以按照需要进行调整，部分DCR（Partial Digitally Constructed Radio-graphs） 、部分DRR（Partial Digitally Reconstructed Radio-graphs）肿瘤靶区器官和组织的三维结构是在治疗计划系统中通过简单的坐标叠加和勾画形成（三维轮廓的精确性随CT扫描层厚和间距的加大而变化），因而可清晰显示计划者感兴趣的结构。3） 在工作站上进行的虚拟模拟具有传统X线模拟机

11、所有的功能（机架角度、光阑角度、床角度、射野大小及形状、组织补偿器 的设置等）；4）在以DRR为背景的BEV的窗口设计照射野与传统的模拟机很相似，而靶区和危险器官的可视性是传统模拟机无法比拟的；5）CT模拟使得常规模拟难以实现的复杂的射野设计（如多野非共面照射）变得轻而易举；6）CT模拟输出的DRR射野验证片可使得照射野参数和修饰是否正确在治疗前就能得到验证；7）采用CT模拟修改射野时无需患者在场。传统X光模拟与CT模拟的主要区别X光模拟CT模拟透视方式直接X光透视将患者在治疗体位下通过CT扫描并把得到的CT层片传入工作站，通过数字重建得到病人感兴趣图像的三 维假体"，然后在工作站中

12、进行虚拟透视照射野设计功传统模拟机能设置机架角度、光阑角度、床角度、在以DRR为背景的BEV的窗口设计照射野具有与传统的模拟机很相似的功能，而靶区和危险器官的可视能射野大小及形状、组织补偿器的设置等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, DCR，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）；靠经验既可应用传统经验，又可利用图像处理功能显示靶区轮廓；还可勾画靶区后系统自动确定靶体积中心为

13、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 510分钟）靶体积和危险在其图像上所有信息叠加在一个平面上，很难精确在BEV窗口可以多种形式显示在CT图上定义的靶体积和危险器官体积；还能从不同方向观察靶区及重要器官的可视性定义靶区和危险器官器官的覆盖情况，通过优化布野方案，保证肿瘤靶区的覆盖，并尽量较少周围重要组织的覆盖。射野间关系显示不能显示图像任意视角都可以按照需要进行调整，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规CT与增强CT

14、、MRI或PET图像进行融合，从而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模拟机重建影像的CT值反应了 X射线在人体组织中的线性衰减关系，由此就可以得到组织横截面的电 子密度分布情况。可以根据系统内建的校正公式，进行组织密度不均匀性计算。功能说明CT模拟简单的说有三大功能，即1）重构治疗部位的 3D图像（3D假体）2）在3D图像上实现类似常规模拟机的肿瘤定位（投射与照相）3）在3D图像上实现类似常规模拟机的肿瘤定位（治疗模拟）具体主要包括以下几点：1） 数据转储：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DICOM网络和磁盘介质。2）病人管理：作为用户

15、浏览、增加、编辑、删除影像数据和计划数据的窗口，同时也是DICOM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） 图像处理和重建。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、面绘制和数字放射影像（DRR）为主的重建、布野等等。7）计划输出。应用流程事实上，可以认为 CT模拟和三维计划是被人为分离的整个三维计划过程的两个基本步骤。当三维计划单独出现的时候，常常包括CT模拟在内的完整放疗计划过程。鉴于 CT模拟定位和剂量处方的计算

16、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。见下图：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 中心确定和并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光模拟一样，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高技术强度放疗方案设计等。其计划过程如下：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的所发射的激光线交于一点，并将激光灯该位置设置为坐标0

17、点。2）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扫描：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检查范围要大。一般扫描层次要求 40层左右，肿瘤区域层厚最好为13 mm。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15 mm,以外区域逐步过渡为5-10 mm的混合扫描技术。扫描结束后，通过网络信息系统直接传送所有CT图像到治疗模拟计

18、划工作站。5）勾画内外轮廓和靶区轮廓：利用所有 CT层面自动勾画体表轮廓，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。6）利用sim软件计算照射等中心点和三个mark相交点之间的 值3条体位标记线（体位标记线是提高放射7）将患者按原体位回到 CT床上，按照该 值的参数要求移动激光灯，然后再标记这 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量减少。在数字化 影像重建窗口打印每个照射野的数字化影像重建图像，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