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董晓荣

主任医师 教授
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学术前沿

射波刀是如何实现精准定位的?

发表者:董晓荣 人已读

我们武汉协和医院肿瘤医院拥有目前最先进的射波刀,那什么是射波刀,有什么先进之处呢?

“射波刀”是目前全球最先进的全身立体定向放射治疗设备,其核心技术在于将“智能交互式机器人”和“影像导航技术”引入到肿瘤放射治疗领域,治疗时采用与卫星实时定位导航相似的“影像导航技术”技术,实时接收患者体内肿瘤位置、正常器官位置、呼吸运动等信息,并同步反馈给“智能交互式机器人”,后者驱动微型化直线加速器,动态追踪肿瘤运动的轨迹,避开周围正常组织,能够将高剂量的射线精准的从三维空间1200个方向上聚焦投照到肿瘤病灶,误差范围可控制在1毫米以内,真正实现对肿瘤病灶的“实时跟踪、精确定位、重点打击、定点清除”。武汉协和医院肿瘤中心董晓荣

射波刀是如何实现精确定位的呢?

为了提高放疗的精度,现在大多数的放疗设备都配备了影像验证系统。Cyberknife是一款实时影像验证的放疗设备。其定位过程大致分有一下四个步骤:初始定位、目测定位、自动定位、实时定位。

1.初始定位

从治疗输出计算机中下载治疗文件后,治疗床手持控制器将加载以下两个初始定位位置之一:a-以前的定位位置:如果治疗计划存在以前治疗期的治疗位置,则会将该位置下载到手持控制器中。b-如果不存在以前的位置,则会下载与解剖结构类型相关的默认位置(头部治疗时,默认位置是颅骨中心;体部治疗时,具体位置取决于治疗计划中指定的身体的解剖结构)。我医院配置的标准治疗床操作过程如下:患者上到治疗床上后,按手持控制器上的TREAT按钮,将治疗床移动到相应的初始治疗位置,如果是首次治疗位置,可以借助治疗室配置的定位激光调整初始定位位置。该步骤只进行三维平移移动。

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2. 目测定位

单击拍摄按钮,拍摄一张X射线影像,目测定位实时x射线影像与DRR影像,可以移动实时x影像,以便两幅图像的解剖特征或其他特征相互匹配。随着影像相对位置的改变,系统会反馈治疗床平移偏差既治疗床的目标位置。如果对匹配结果不满意,可以点击重置按钮将实时影像移回到初始位置,否则点击移动治疗床按钮将治疗床移到目标位置,在移动过程中,可以随时点击INTERLOCK按钮立即停止治疗床的移动。该步骤只进行三维平移移动。

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3.自动定位

在自动定位之前,需要优化x射线技术以提高影像质量,使实时x影像具有与DRR影像相同的影像特征,否则追踪算法将无法正确识别和追踪解剖特征。在影像技术界面有三幅影像(原始影像,增强影像,DRR影像),影像面板工具如缩放、窗宽窗位、棋盘格等用于影像分析,目的是确定是否需要调整影像技术来提高影像质量。影像详细信息表(影像质量、亮度误差值等)也可以用于分析影像。XRS A和XRS B用于手动调整x射线技术,Select technology既选择技术按钮用于从既往影像获取影像技术。如果没有改变,后续治疗都将使用该x射线技术。定位阶段实时x影像被用于与DRR影像自动关联,在影像关联过程中,追踪算法会试图确定要追踪的目标,计算两幅图像之间的偏移,并将结果(平移值和旋转值)显示在偏移面板中。此时通过重叠的实时X影像和DRR影像,可以了解根据偏移值移动治疗床后影像的对准情况。Reset按钮指将影像重置为移动前的初始情况,Offset按钮指再次以平移值移动实时影像。偏移在容差范围内,可以确定影像是否有足够的解剖特征、实时X影像和DRR影像中的解剖特征是否匹配。若偏移超出容差范围,发生超出容差错误或追踪算法参数发生超出阈值错误,可以用影像面板工具分析影像是否含有足够的解剖特征、检查实时X影像与DRR影像中的解剖特征是否已对齐或调整算法参数。Cyberknife系统提供偏移模式和算法参数调整功能。偏移模式用于辅助追踪算法既手动移动金标或肿瘤轮廓标识到正确位置来提高追踪算法的准确性。算法参数(dxAB、brightness、gradient)调整用于微调追踪算法或调高阈值,只有在确定定位准确的情况下再能使用提高阈值的方式进行下一步。

4.实时定位

治疗开始时和治疗过程中,定位误差任然存在。若偏移超出容差范围,需要移动治疗床来减小偏差,若在容差范围内,治疗机械臂会以最新的偏移值实时校准定位误差。对于周期运动如肺追踪,呼吸追踪系统会根据靶区运动规律建立追踪模型。治疗机头以追踪模型为基础做周期运动,实现与治疗靶区的同步运动。在整个治疗过程中,放射治疗师要实时观察重叠影像,确保定位准确无误。为了提高患者的治疗舒适度和安全性,可以将床的六维调整值和偏移值的绝对值控制在1以内

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发表于:2017-01-02 22:43

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