体部伽玛刀图像引导技术研究

骆锦添

摘 要：近年来，图像引导技术获得了越来越广泛的应用，其具有定位精确，成像时间短等特点，已逐渐发展为现代精确放射治疗的重要基础。而体部伽玛刀是我国结合国外头部伽玛刀技术研发而来的新型放疗设备，在多年的临床应用中，一直受限于较为传统的体部框架定位技术。通过将图像引导定位技术运用于体部伽玛刀，将进一步促进体部伽玛刀SBRT的规范治疗。本文对体部伽玛刀图像引导技术的原理及应用展开研究。

关键词：体部伽玛刀；图像引导技术；研究

中图分类号：R730.55 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）04-0184-01

1 引言

随着医疗科技的飞速发展，图像引导放射治疗（IGRT）已成为一种新型的肿瘤治疗技术，它利用精确的影像技术及图像处理技术，实现了对病患靶区的准确定位，同时还能对后续的治疗情况进行追踪，从而有效的提升肿瘤治疗效果，减少对机体健康组织的损害。本文将就体部伽玛刀图像引导技术的运用原理、实施方法展开研究。

2 体部伽玛刀图像引导技术研究

通过对已有图像引导定位技术的比较分析，X射线立体平面成像是一种在实际应用中较为有效的IGRT定位手段，该技术有着以下特点：一是，定位准确度高；二是，所需剂量低；三是，花费时间少；四是，能够实现治疗前的靶区定位及治疗中的运动追踪。而且，当前的质子/重离子加速器放疗设备也广泛的应用到了该技术，主要用于靶点精度的准确控制。下面就体部伽玛刀图像引导技术的原理和方法、与体部伽玛刀系统结合以及试验结果分析展开研究。

2.1 原理和方法

对于X射线立体成像来说，其技术关键在于2D-3D图像配准。在IGRT、IGS等方面，已进行了相关技术领域的诸多研究。而CyberKnife和Novalis等IGRT系统的临床应用实践，进一步促进了该种配准技术的研究。2D-3D图像配准的原理是，基于在线获得的一个或两个二维X射线图像以及之前获得的一个三维CT（或者是MRI）图像，结合图像相似性理论，寻找患者体内靶区（Target）或感兴趣区（ROI）在不同时间段的方位变化，首先，依据临床上的X射线成像，从三维CT获取到数字重组透视图像（DRR），将其转换为相应的二维-二维（2D-2D）图像配准。再经过复杂的数据测算，获得相应的二维配准结果（两个投影面上），接着再实现从二维到三维的转化，最终取得患者三维坐标系上六个自由度的配准数据，也就是三个方向的平移和转角。

本文提出的图像引导定位技术（Image-Guided Positioning System，IGPS），通过应用X射线立体平面成像，有效的提高了定位精度。该系统的构成结构复杂，应用由计算机软件操作的两组成像系统，其主要由kV级X射线管、非晶硅平板探测器等组成，对病人身体的内部构造或外部引入金属标记进行X射线透视，从而获得准确得X射线图像。作为技术关键核心的IGPS软件系统的组成和功能如下，数据库用于存储和分析由TPS经过Ethernet传送过来的患者DICOM数据；计划软件用于处理CT图像，得到DRR图像，并选取图像配准ROI；定位软件用于得到DRR图像库，对成像设备进行控制以实时获取X射线图像，实现2D-3D图像配准，分析患者位置的偏移，输出定位结果，并传送给系统控制中心。

下面结合一个盆腔肿瘤患者的实际定位过程来进行分析，图像配准的具体流程如下：TPS依据目标靶区的位置得到了配准参考点，而IGPS获得以其为中心的图像配准ROI，并且生成以其为中心的DRR图像。IGPS获取到相应的X射线图像后，对左右投影图像实施单独的2D-2D图像配准，并使用DRR上的ROI作为对应的参考，在X射线图像中寻找对应的被配准ROI。其相对于配准参考ROI的位置偏移信息，即为想要得到的配准结果。结合得到的配准数据，对X射线图像位置进行更加精确的校正，并与DRR图像相重叠，可用分割方块目视观察配准是否准确。

2.2 与体部伽玛刀系统结合

通过对多种类型体部伽玛刀技术特点的研究，可选用IGPS成像几何，实现IGPS与伽玛刀系统相结合。IGPS首先实现了与SGS-I+型体部伽玛刀的结合。因为SGS-I+的机械结构特点，其内部的空间有限，不能安装IGPS硬件设备，因此IGPS被装设于伽玛刀的外部。两个X射线管装设于从伽玛刀前侧向外延伸的悬臂上，平板探测器装设于地面，并确保安装牢固，构成相互对称的双投影交角成像几何，使得两X射束汇聚于中心位置。IGPS在中心点实现对患者的定位，接着通过转移治疗床，将患者移动到治疗中心点。

同时，IGPS还实现了与OUR-QGD型体部伽玛的结合。OUR-QGD属于开放型的机械设备，内部空间较大，有着足够的空间来安装所需的IGPS硬件。与之前类似，两个X射线管安装在机架上，平板探测器安装在地面，并确保安装牢固，两X射束汇聚的定位中心点位于正下部。完成患者定位后，就可以向正上方转移，从而将患者移动到治疗中心点。

最终得到的图像引导体部伽玛刀技术（IGRT-GK），在正式投入使用前，还要进行规范的系统校准以及靶点精度检测等。其中，系统校准，主要是用于精准测算需要定位的实际距离。同时，经过多次检测，逐渐修正空間距离，减少可能的误差，直至靶点精度达到相应的标准（一般为低于1.0mm）。在校准完成后，仍要重复进行几次靶点精度检测，从而获得符合要求的整机靶点精度。

2.3 试验分析

IGPS已正确安装于SGS-I+体部伽玛刀上，并完成后续的系统对接和检测工作。进行的精度测试结果表明：IGPS定位精度低于0.5mm，整机靶点精度低于1.0mm。在临床上应用后，通过分析10个具体病例，对体部框架定位和IGPS图像引导定位得到的结果进行比较。10位病人采取的是SGS-I+体部伽玛刀7～10分次的放射治疗，在治疗之前，首先用体部框架定位方式，再接着使用图像引导定位方式，记录结果。应用体部框架定位的方式，剩余摆位误差范围约为10mm，而应用图像引导定位方式，摆位误差远低于1mm，定位精度获得了显著的提升。

3 结语

随着图像引导技术的发展与应用，逐渐成为现代精确放射治疗的重要基础。而体部伽玛刀是我国结合国外头部伽玛刀技术研发而来的新型放疗设备，在多年的临床应用中，一直受限于较为传统的体部框架定位技术。因此，本文对体部伽玛刀图像引导技术的原理及应用展开研究，在确保定位准确的前提下，SBRT治疗是较为安全有效的。应用图像引导技术，结合SGS-I+体部伽玛刀，发展出定位精确地体部伽玛刀图像引导技术。具有定位准确度高，成像所需剂量低，所需时间短，同时能够实现治疗前的靶区定位及治疗中的运动追踪等特点，临床应用效果显著。通过将图像引导定位技术运用于体部伽玛刀，有效的促进了体部伽玛刀SBRT的规范治疗，解决了长期以来用体部框架定位精度无法保证的问题，是国内医疗技术发展的关键里程碑，将为相关技术的进一步推广应用起到助推作用。

参考文献

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