專利名稱：依靠碘油影像進(jìn)行圖像引導(dǎo)放療聯(lián)合自主呼吸控制在線校正技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用碘油影像對肝臟腫瘤進(jìn)行圖像引導(dǎo)放療精確治療技術(shù)， 具體地說是一種依靠碘油影像進(jìn)行圖像引導(dǎo)放療聯(lián)合自主呼吸控制在線校正技 術(shù)。
背景技術(shù)：
肝細(xì)胞癌(HCC)為我國的常見腫瘤，確診為HCC患者，只有20% 30%能在早期 得到手術(shù)切除或肝移植等根治性治療。近幾年，放療尤其是三維適形放療(3DCRT) 在不可手術(shù)切除的HCC患者治療中占有日趨重要的地位。由于肝臟腫瘤的放療劑 量是影響患者生存期的關(guān)鍵因素，如何提高肝臟腫瘤的放療劑量同時減少正常肝 臟組織放療損傷，成為迫切需要解決的問題。
一、 影響肝臟腫瘤放療過程中的不確定性因素
3DCRT過程中的不確定因素影響了肝臟腫瘤放療劑量的提高，如呼吸運(yùn)動可以使肝 臟腫瘤在頭尾方向上運(yùn)動達(dá)0.8 2.5cm，其他不確定性因素如擺位誤差、體重丟 失、腫瘤的生長或縮小等。如何減少3DCRT過程中肝臟的運(yùn)動和其他不確定性因 素，從而提高放療的精確性成為提高肝臟腫瘤放療劑量的關(guān)鍵。
二、 自主呼吸控制技術(shù)(ABC)的優(yōu)點(diǎn)與不足-
肝臟為上腹部器官，其隨呼吸運(yùn)動位移較大，靶區(qū)運(yùn)動會導(dǎo)致靶區(qū)劑量不足或 漏耙。應(yīng)用呼吸控制技術(shù)能夠減少放療靶區(qū)外放范圍，減少對正常肝臟組織的照 射，提高腫瘤放療劑量。當(dāng)前呼吸控制技術(shù)的方法得到了快速發(fā)展，主要的方法有 ABC技術(shù)、呼吸門控系統(tǒng)、實(shí)時腫瘤跟蹤系統(tǒng)。其中ABC技術(shù)應(yīng)用較為成熟，其利 用呼吸控制裝置，在呼吸達(dá)到既定閾值時，使肝臟處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，減小了靶 區(qū)外放，提高了肝臟腫瘤放療劑量。Dawson等在肝臟腫瘤定位和治療中均使用ABC 方法，發(fā)現(xiàn)當(dāng)應(yīng)用ABC方法控制呼吸時，熒光透視沒觀察到膈肌和肝血管內(nèi)植入小 環(huán)的運(yùn)動，表明呼吸控制中器官運(yùn)動可以忽略不計(jì)。利用ABC呼吸控制可以使肝 臟腫瘤在頭尾方向上誤差縮小2. 5mm (1. 8 3. 7咖)，表明利用ABC方法進(jìn)行肝臟 腫瘤放療是可行的，放療內(nèi)過程具有很好的重復(fù)性。
但應(yīng)用ABC技術(shù)過程中，仍然存在放療分次間重復(fù)性較差的問題，通常由腹 壓增加、胃充盈、慢性阻塞性肺疾病、吸氣或呼氣用力的程度導(dǎo)致，因此應(yīng)用ABC 技術(shù)需要每天在線校正和修正誤差。Eccles C等通過透視或二維平片模式，以膈 肌和肝臟內(nèi)微線圈相對于椎體位置，測量ABC技術(shù)下肝臟腫瘤放療分次內(nèi)和分次
3間的重復(fù)性，表明肝臟腫癉5文療分次內(nèi)重復(fù)性較好，而放療分次間的重復(fù)性較差， f要圖像引導(dǎo)放療給予在線校正。
三、圖像引導(dǎo)放療(IGRT):
腫瘤放射治療已經(jīng)進(jìn)入精確放療時代，IGRT的發(fā)展為克服上述應(yīng)用ABC技術(shù) 過程中的不確定性因素、提高放療過程中的精確性提供了契機(jī)，其利用在分次治 療擺位時和(或)治療中采集二維或三維圖像引導(dǎo)此次和(或)后續(xù)分次治療，提 高照射的精確性。引導(dǎo)的方式可以是校正患者擺位誤差或調(diào)整治療計(jì)劃或者引導(dǎo) 射線束照射。
IGRT技術(shù)已經(jīng)在肝臟腫瘤放療中得以研究與應(yīng)用，Baiter JM等通過治療室內(nèi) 2DKV平片圖f華引導(dǎo)肝臟腫瘤治療前在線校正，較自由呼吸下的肝臟腫瘤放療，可 以潛在的縮小臨床靶區(qū)(CTV)-計(jì)劃靶區(qū)(PTV)外放，同時平均提高了 5Gy的腫 瘤放療劑量。Dawson LA等通過20例患者每日的二維兆伏(MV)圖像引導(dǎo)肝臟腫 瘤的大分割放療(6Gy/次)，以膈肌和椎體作為配準(zhǔn)參考，給予在線校正，表明 應(yīng)用ABC技術(shù)聯(lián)合二維MV圖像引導(dǎo)肝臟腫瘤的大分割放療是可行的，明顯提高了 放療的精確性。
目前文獻(xiàn)報道的圖像引導(dǎo)肝臟腫瘤放療均利用椎體、膈肌或內(nèi)置金屬軟體間接 作為肝臟腫瘤驗(yàn)證的參考，而未以肝臟腫瘤作為直接配準(zhǔn)參考。但是肝臟隨呼吸 而運(yùn)動，非固定于骨性結(jié)構(gòu)，同時肝臟具有一定的彈性，在正常呼吸過程中其具 有潛在的壓縮，因此會改變膈肌或內(nèi)置金屬軟體與肝臟腫瘤之間的關(guān)系，導(dǎo)致錯 誤估計(jì)呼吸過程中的腫瘤運(yùn)動，尤其對于腫瘤遠(yuǎn)離膈肌或內(nèi)置金屬。另外肝臟內(nèi) 置金屬軟體也為治療中額外的創(chuàng)傷性過程。如何直接應(yīng)用肝臟腫瘤影像給予精確 配準(zhǔn)是提高肝臟腫瘤放療精度的關(guān)鍵。
IGRT技術(shù)中最重要的發(fā)展是千伏錐形束CT (KV-CBCT)的出現(xiàn)，通過X射線球 管的X射線曝光和探測器同步測量，機(jī)架旋轉(zhuǎn)一周就能獲取和重建一個體積范圍 內(nèi)的錐形束CT (CBCT)圖像，(錐形束CT掃描，以下簡稱CBCT)可以提供靶區(qū) 的治療前三維影像。錐形束CT掃描以下簡稱CBCT， KV-CBCT本身成像原理和無 法克服的散射，導(dǎo)致KV-CBCT成像較螺旋CT差，存在偽影，尤其CBCT圖像上肝 臟腫瘤影像顯示不清晰，成為制約CBCT在肝臟腫瘤放療過程中應(yīng)用的瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)是克服了先有依靠膈肌、椎體、肝臟進(jìn)行二維配準(zhǔn)來間接反應(yīng)肝 臟腫瘤運(yùn)動的不足，提供一種依靠碘油影像進(jìn)行圖像引導(dǎo)放療聯(lián)合自主呼吸控制 在線校正技術(shù)。
本發(fā)明的技術(shù)是應(yīng)用碘油影像克服依靠膈肌、椎體、肝臟進(jìn)行二維配準(zhǔn)來間接 反應(yīng)肝臟腫瘤運(yùn)動的不足，因?yàn)榈庥陀跋裨贑BCT圖像上顯像清晰，能依靠碘油影
4像進(jìn)行計(jì)劃CT與CBCT之間的三維配準(zhǔn)來直接研究腫瘤運(yùn)動。另外重要的是研 究表明肝動脈栓塞化療(TACE)聯(lián)合放療的綜合治療對HCC患者具有較好的臨床療 效。
本發(fā)明的依靠碘油影像哮行圖像引導(dǎo)放療聯(lián)合自主呼吸控制在線校正技術(shù)， 是按以下方式實(shí)現(xiàn)的，校正步驟如下
1、依靠碘油影像進(jìn)行圖像引導(dǎo)放療聯(lián)合自主呼吸控制在線校正技術(shù)，其實(shí) 施步驟如下
1) 使用碘油栓塞劑和化療藥物對肝臟腫瘤病灶進(jìn)行l(wèi)-2周期的肝動脈栓塞化
療；
2) 對肝動脈栓塞化療后的肝臟腫瘤病灶給予CT評價選擇碘油影像為完全 型或缺損型患者；
3) 應(yīng)用自主呼吸控制方法對肝臟腫瘤患者給予定位；
4) 應(yīng)用計(jì)劃系統(tǒng)制定放療計(jì)劃，勾畫碘油影像；
5) 在自主呼吸控制技術(shù)(ABC)下應(yīng)用激光燈、皮膚擺位標(biāo)記對患者進(jìn)行擺
位；
6) 在ABC技術(shù)下對肝臟腫瘤病灶進(jìn)行錐形束CT (CBCT)掃描，采集CBCT圖 像，CBCT掃描步驟如下
完成360度CBCT掃描時間約1分鐘，患者換氣l-2次，掃描間隔8-12秒， 當(dāng)電腦顯示屏幕上呼吸波形平穩(wěn)后即出現(xiàn)3個連續(xù)相同的呼吸波形后，CBCT機(jī)架 返回旋轉(zhuǎn)9-11度，然后再繼續(xù)進(jìn)行CBCT掃描和采集CBCT圖像；
7) 在線校正配準(zhǔn)
CBCT圖像采集完成后，根據(jù)碘油影像進(jìn)行CBCT和計(jì)劃CT的3D-3D手動配準(zhǔn)， 即以驗(yàn)證的CBCT圖像作為模版，應(yīng)用鼠標(biāo)反復(fù)調(diào)整模板的位置和角度，觀察模板 上的碘油影像與定位CT影像上相應(yīng)的碘油影像是否獲得最佳重疊，配準(zhǔn)時兼顧水 平、冠狀、矢狀面；
8) 應(yīng)用圖像引導(dǎo)放療(IGRT)系統(tǒng)本身提供的圖像分析工具對圖像進(jìn)行檢查， 檢査內(nèi)容包括應(yīng)用運(yùn)動窗口、分畫面、混合偽彩等工具，檢査CBCT圖像上的碘油 影像是否被預(yù)先在計(jì)劃CT上勾畫的碘油彰傳曲線所包繞；
9) 、檢査內(nèi)容符合要求，應(yīng)用IGRT系統(tǒng)校正擺位誤差，對肝臟腫瘤病灶進(jìn)行 精確放射治療。
本發(fā)明的有益效果是:、能夠克服現(xiàn)有影像引導(dǎo)放療技術(shù)存在的不足，提高放療 精度，減小對正常組織的損傷，提髙治療效果。使用本發(fā)明的技術(shù)，對18例肝臟 腫瘤患者，以碘油影像為配準(zhǔn)參考，對肝臟腫瘤進(jìn)行精確放療，結(jié)果表明碘油影 像在CBCT圖像上顯示清晰，完全可以給予精確配準(zhǔn)，說明本發(fā)明的方法可行有效。


圖1是TACE中的碘油的聚集形態(tài)在CT圖像上的類型示意圖；其中(I)完全 型、(II)缺損型、(III)散發(fā)型、(IV)點(diǎn)型或無聚集型；
圖2某患者應(yīng)用該發(fā)明技術(shù)進(jìn)行放射治療，ABC顯示屏幕上看到患者的呼吸曲
線紅線為呼吸波形，藍(lán)色水平線提示患者正處于ABC呼吸控制狀態(tài)；
圖3是某患者應(yīng)用該發(fā)明技術(shù)在線配準(zhǔn)后的屏顯截圖，粉色線為制定計(jì)劃時 勾畫的碘油影像，紅線為肉眼腫瘤區(qū)；碘油影像在冠狀、矢狀、水平面上與計(jì)劃 的碘油影像粉線重合良好，表明配準(zhǔn)精確。
圖4:是腫瘤在放療前后CT上碘油影像的變化屏顯截圖缺損型碘油影像在
-3-
冠狀、矢狀、水平上未發(fā)生明顯的形態(tài)改變，表明碘油影像為可依靠的配準(zhǔn)參考； 圖5是在線配準(zhǔn)屏顯截圖粉線環(huán)繞為碘油影像，紅線環(huán)繞為大體腫瘤區(qū) (GTV)，該碘油影像為缺損型。
具體實(shí)施例方式
參照附圖對本發(fā)明的方法作以下詳細(xì)的說明；
本發(fā)明的依靠碘油影像進(jìn)行圖像引導(dǎo)放療聯(lián)合自主呼吸控制在線校正技術(shù)， 校正步驟如下
1) 使用碘油栓塞劑和化療藥物對肝臟腫瘤病灶進(jìn)行l(wèi)-2周期的肝動脈栓塞化
療；
2) 對肝動脈栓塞化療后的肝臟腫瘤病灶給予CT評價選擇碘油影像為完全 型或缺損型患者；
3) 應(yīng)用自主呼吸控制方法對肝臟腫瘤患者給予定位；
4) 應(yīng)用計(jì)劃系統(tǒng)制定放療計(jì)劃，勾畫碘油影像；
5) 在自主呼吸控制技術(shù)(ABC)下應(yīng)用激光燈、皮膚擺位標(biāo)記對患者進(jìn)行擺
位；
6) 在ABC技術(shù)下對肝臟腫瘤病灶進(jìn)行錐形束CT (CBCT)掃描，采集CBCT圖 像，CBCT掃描步驟如下
完成360度CBCT掃描時間約1分鐘，患者換氣1-2次，掃描間隔8-12秒， 當(dāng)電腦顯示屏幕上呼吸波形平穩(wěn)后即出現(xiàn)3個連續(xù)相同的呼吸波形后，CBCT機(jī)架 返回旋轉(zhuǎn)9-11度，然后再繼續(xù)進(jìn)行CBCT掃描和采集CBCT圖像；
7) 在線校正配準(zhǔn)
CBCT圖像采集完成后，根據(jù)碘油影像進(jìn)行CBCT和計(jì)劃CT的3D-3D手動配準(zhǔn)， 即以驗(yàn)證的CBCT圖像作為模版，應(yīng)用鼠標(biāo)反復(fù)調(diào)整模板的位置和角度,觀察模板 上的碘油影像與定位CT影像上相應(yīng)的碘油影像是否獲得最佳重疊，配準(zhǔn)時兼顧水平、冠狀、矢狀面；
8) 應(yīng)用圖像引導(dǎo)放療(IGRT)系統(tǒng)本身提供的圖像分析工具對圖像進(jìn)行檢査， 檢查內(nèi)容包括應(yīng)用運(yùn)動窗口、分畫面、混合偽彩等工具，檢査CBCT圖像上的碘油 影像是否被預(yù)先在計(jì)劃CT上勾畫的碘油影像曲線所包繞；
9) 檢查內(nèi)容符合要求，應(yīng)用IGRT系統(tǒng)校正擺位誤差，對肝臟腫瘤病灶進(jìn)行 精確放射治療。
實(shí)施例
從圖3中看出，右上為計(jì)劃CT圖像，余下三個分別為水平、冠狀、矢狀面的 CBCT圖像；盡管CBCT圖像不清晰，有偽影，但CBCT圖像上碘油影像顯示清晰。 碘油影像作為配準(zhǔn)參考的可行性
(1) 碘油存留時間
碘油因?yàn)楦闻K腫瘤組織缺乏淋巴系統(tǒng)，廓清功能差，不能被清除，文獻(xiàn)研究 表明，碘油選擇性聚集并持續(xù)存留的部位是腫瘤栓后壞死區(qū)， 一般存留2-6月甚
至更長；碘油雖能選擇性聚集但逐漸消失的部位是腫瘤栓后存活區(qū)， 一般再1-2 月消失，少量碘油在非癌肝實(shí)質(zhì)一般2周消失。
本發(fā)明技術(shù)研究組前期回顧性分析29例TACE聯(lián)合3DCRT患者，分析放療前 后診斷CT上碘油影像變化，其中28例放療前后CT上碘油影像形態(tài)和體積在冠狀、 矢狀、水平面上未發(fā)生明顯變化，見圖4，另外1例可能因?yàn)榛颊呶磻?yīng)用ABC技術(shù)， 掃描時碘油影像肝臟隨呼吸而運(yùn)動，出現(xiàn)碘油形態(tài)的改變，但碘油影像的體積未 發(fā)生變化。
圖4:某患者放療前后(58Gy/29次/6周)診斷CT上碘油影像形態(tài)在冠狀、 矢狀、水平面的變化(為清晰對比，在計(jì)劃系統(tǒng)上給予圖像放大處理)。
(2) 碘油存留形態(tài)
TACE后的碘袖聚集形態(tài)在CT圖像上可分為完全型、缺損型、散發(fā)型、點(diǎn)型或 無聚集，見圖l。本發(fā)明技術(shù)研究組前期通過18例肝臟腫瘤患者，以CBCT和計(jì)劃 CT上的碘油影像為配準(zhǔn)參考，給予IGRT聯(lián)合ABC在線校正方法，研究表明CBCT
上完全型、缺損型的碘油影像可以給予精確配準(zhǔn)，見圖l。
圖l: TACE中的碘油的聚集形態(tài)在CT圖像上分為完全型(I)、缺損型(II)、 散發(fā)型(III)、點(diǎn)型或無聚集型(IV) ， I和II型可給予精確配準(zhǔn)。
圖4:在線配準(zhǔn)圖像粉線環(huán)繞為碘油影像，紅線環(huán)繞為大體腫瘤區(qū)(GTV)， 該碘油影像為缺損型。
權(quán)利要求
1、依靠碘油影像進(jìn)行圖像引導(dǎo)放療聯(lián)合自主呼吸控制在線校正技術(shù)，其實(shí)施步驟如下1)使用碘油栓塞劑和化療藥物對肝臟腫瘤病灶進(jìn)行1-2周期的肝動脈栓塞化療；2)對肝動脈栓塞化療后的肝臟腫瘤病灶給予CT評價選擇碘油影像為完全型或缺損型患者；3)應(yīng)用自主呼吸控制方法對肝臟腫瘤患者給予定位；4)應(yīng)用計(jì)劃系統(tǒng)制定放療計(jì)劃，勾畫碘油影像；5)在自主呼吸控制技術(shù)ABC下應(yīng)用激光燈、皮膚擺位標(biāo)記對患者進(jìn)行擺位；6)在ABC技術(shù)下對肝臟腫瘤病灶進(jìn)行CBCT掃描，采集CBCT圖像，CBCT掃描步驟如下完成360度CBCT掃描時間約1分鐘，患者換氣1-2次，掃描間隔8-12秒，當(dāng)電腦顯示屏幕上呼吸波形平穩(wěn)后即出現(xiàn)3個連續(xù)相同的呼吸波形后，CBCT機(jī)架返回旋轉(zhuǎn)9-11度，然后再繼續(xù)進(jìn)行CBCT掃描和采集CBCT圖像；7)在線校正配準(zhǔn)CBCT圖像采集完成后，根據(jù)碘油影像進(jìn)行CBCT和計(jì)劃CT的3D-3D手動配準(zhǔn)，即以驗(yàn)證的CBCT圖像作為模版，應(yīng)用鼠標(biāo)反復(fù)調(diào)整模板的位置和角度，觀察模板上的碘油影像與定位CT影像上相應(yīng)的碘油影像是否獲得最佳重疊，配準(zhǔn)時兼顧水平、冠狀、矢狀面；8)應(yīng)用圖像引導(dǎo)放療(IGRT)系統(tǒng)本身提供的圖像分析工具對圖像進(jìn)行檢查，檢查內(nèi)容包括應(yīng)用運(yùn)動窗口、分畫面、混合偽彩等工具，檢查CBCT圖像上的碘油影像是否被預(yù)先在計(jì)劃CT上勾畫的碘油影像曲線所包繞；9)檢查內(nèi)容符合要求，應(yīng)用IGRT系統(tǒng)校正擺位誤差，對肝臟腫瘤病灶進(jìn)行精確放射治療。
2、根瑪權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)'TACE后的CBCT圖像上碘 油的聚集形態(tài)進(jìn)行CBCT和計(jì)劃CT的3D-3D手動配準(zhǔn)，TACE后的碘油的聚集形態(tài) 類型包括完全型(I)、缺損型(II)、散發(fā)型(III)、點(diǎn)型或無聚集型(IV)，其中完全型(i)和缺損型(n)能給予精確配準(zhǔn)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種依靠碘油影像進(jìn)行圖像引導(dǎo)放療聯(lián)合自主呼吸控制在線校正技術(shù)，是利用自主呼吸控制技術(shù)(ABC)控制肝臟在放療過程中隨呼吸而運(yùn)動，同時利用依靠碘油影像進(jìn)行計(jì)劃CT與錐形束CT(CBCT)之間三維配準(zhǔn)的圖像引導(dǎo)在線校正擺位誤差，結(jié)合兩者優(yōu)勢最大程度提高肝癌放療過程中的精確性，克服了依靠膈肌、椎體、肝臟進(jìn)行二維配準(zhǔn)來間接反應(yīng)肝臟腫瘤運(yùn)動的不足。將為不可手術(shù)的肝癌患者，提供一種能提高肝臟腫瘤放療劑量，同時能減輕正常肝臟組織放療損傷的新型、高精確性的放療技術(shù)。
文檔編號A61N5/00GK101559256SQ20091002032
公開日2009年10月21日 申請日期2009年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月13日
發(fā)明者于金明, 余寧莎, 劉同海, 潔 盧, 孫新東, 勇 尹, 岳金波, 健 朱, 亮 齊 申請人:于金明