随着精准放射治疗技术的不断发展,多模态图像融合(CT、MRI、PET等)勾画靶区显得越发重要。但是,由于各种影像的采集时间及患者体位不同,导致了不同模态影像在融合过程中出现位置不一致,形变较大,不易匹配等问题。尤其是广东地区常见的鼻咽癌患者,由于颈部的生理曲度极易随体位和定位装置的改变而改变,极难匹配好。为了克服这些问题,广州中医药大学金沙洲医院放疗中心采用国内首例PET-MR定位技术。在PET-MR室安装核磁专用的定位激光灯,采集PET-MR影像时,使用CT定位时相同的定位装置,使得CT影像,PET-MR影像体位完全一致,从而有效减少影像融合时的形变误差,增加靶区勾画的精准度。

PET-MR引导下的精准靶区勾画

图1,西门子PET-MR影像设备

 

PET-MR是正电子发射计算机断层显像(PET)与核磁共振成像技术(MR)结合于一体的大型功能代谢与分子影像诊断设备,同时具有PET和MR的检查功能,达到最大意义上的优势互补。对于微小及早期肿瘤的诊断,肿瘤边界的确定都有巨大优势。【1】PET-MR组合能够同时提供空间和时间上共同配准的解剖和功能图像数据,是个体化放射治疗中靶区勾画的关键技术。【5】

 

PET-MR引导下的精准靶区勾画

图2,PET-MR扫描后同时得到的三组影像数据

 

患者治疗过程:

制作模具:

     该患者为头颈部定位,使用的模具为头颈肩膜及发泡胶,两者相结合的方式与传统单层头颈肩膜固定相比具有更大的优势,传统的头颈肩膜单层固定只能保证患者上方位置的固定,但肩膀及背部依旧有活动空间,可能在治疗时发生耸肩或扭转现象增加治疗时的摆位难度。

 

      我院使用的头颈肩膜加发泡胶组合定位的模式,能在保证患者呼吸顺畅及舒适性的同时将患者移动度降至最低,从而提高治疗过程中摆位的一致性。利用发泡胶固定患者颈椎弯曲程度及肩膀位置,在发泡胶上方固定头颈肩膜。在整个制作模具过程,会嘱咐患者活动后重新躺回模具,可以有效防止患者由于初次制作模具时的紧张感导致的身体僵硬,从而增加定位及治疗时复位的准确性和一致性。

 

PET-MR引导下的精准靶区勾画

图3,在西门子大孔径定位CT进行模具制作

CT定位扫描:

      模具制作完成后,取下模具让患者起身活动后重新固定体位,再进行CT扫描,可以有效防止患者由于初次制作模具时的紧张感导致的身体僵硬,从而增加定位及治疗时复位的准确性和一致性。

      CT定位扫描在西门子Confidence大孔径定位CT上进行。并在模具上做好标记用于后续的PET-MR扫描,及放疗复位。CT影像将用于多模态靶区勾画及放疗计划设计。

 

 

PET-MR引导下的精准靶区勾画

图4,扫描患者定位图像

PET-MR定位扫描:

为了保证患者PET-MR定位与CT定位的一致性,需要在PET-MR机房添加相应设备

PET-MR引导下的精准靶区勾画

 图5,核磁扫描专用的龙门架激光灯

 

PET-MR引导下的精准靶区勾画

图6,科莱瑞迪公司定制的PET-MR专用平板床、定位体板、线圈支架及适配条

 

科莱瑞迪公司定制的PET-MR专用平板床、定位体板、线圈支架及适配条。采用MRI兼容复合材料,成像质量高。定制线圈支架可以调节核磁线圈距离人体位置,尽量靠近人体又不对患者的身体产生压力,保证PET-MR与CT扫描的同等体位,便于之后更加精准的进行图像融合。

 

PET-MR定位过程:

      先安装好定制的凯夫拉材质PET-MR平板床和定位体板。然后将制作好的定位膜具装到定位体板上,利用定位激光灯让患者完全重复CT定位扫描时的位置。固定好核磁线圈进行PET-MR扫描。PET-MR定位扫描与CT扫描在同天完成,可以防止患者由于身体状态不同导致的定位误差。

 

PET-MR引导下的精准靶区勾画

图7,在进行扫描之前,对患者进行注意事项讲解

 

图像融合:

      将PET-MR图像与CT图像融合,由于定位扫描时的患者体位,固定装置完全相同,所以PET-MR影像和CT影像很容易就匹配上了,且融合过程中基本无形变。

 

PET-MR引导下的精准靶区勾画

图8, CT与MR进行融合

 

靶区勾画:

放疗医生使用融合好的图像进行靶区及危及器官勾画,CT融合PET-MR勾画,可以充分利用不同影像学的优点,提高靶区勾画的精准度。由于PET-MR的图像与CT图像几乎无体位误差,所以勾画靶区时不需要考虑靶区位置形变误差,勾画的靶区比使用传统图像融合更为精准。

PET-MR引导下的精准靶区勾画

图9,CT与PET进行图像融合

 

放射治疗计划设计:

      物理师需要根据医生给出的处方剂量,勾画的靶区及危及器官进行放疗计划设计。

      物理师在设计治疗计划之前要先确认靶区的处方剂量及危及器官限量,确认危及器官及身体外结构勾画的完整性,以及主要危及器官与靶区之间的位置关系。在勾画界面建立靶区辅助结构。PET-MR定位带来的靶区精准勾画,让物理师做计划也更加有信心。

PET-MR引导下的精准靶区勾画

图10,医学放射物理师制作放疗计划并且进行优化

       物理师根据肿瘤的位置、处方剂量选择合适的照射方式和照射角度。并通过治疗计划系统优化计算出一个最优的计划方案,让靶区得到足够的照射剂量,且避开重要的危及器官,保护正常组织。

 

PET-MR引导下的精准靶区勾画

图11,放疗计划的优化界面展示

 

剂量验证:

在治疗前物理师会对每个患者的治疗计划进行剂量验证,在剂量验证通过之后才会安排首次治疗。

PET-MR引导下的精准靶区勾画

图12,放疗计划在直线加速器上剂量验证的结果

 

放射治疗:

      在患者的整个治疗过程中至少有两名放疗技师进行全程治疗,首次治疗时需要相关放疗医生和物理师到场指导治疗。

      该患者使用瓦里安公司的Halcyon智慧直线加速器进行放射治疗,该直线  加速器系统是全球首个实现百分之百图像引导的放疗设备,具有治疗速度快,精准度高,舒适度好的优点。

PET-MR引导下的精准靶区勾画

图13,患者在Halcyon上进行首次治疗复位

 

     技师先将患者接入治疗间门口,确认患者姓名及治疗次数,向患者说明治疗须知。技师将根据定位时的摆位照片,使用专用膜具将患者固定在治疗床上,并根据定位时的标记点进行摆位。初次治疗时,相关医生及物理师需全程参与。

PET-MR引导下的精准靶区勾画

14,放疗物理师和放疗技师共同评估图像引导放疗(IGRT)的结果

 

摆位完成之后先进行治疗前的CBCT成像,将CBCT图像与定位时的CT图像进行匹配,确保患者治疗时的靶区形态位置与定位时候一致。

 

PET-MR引导下的精准靶区勾画

图15,图像引导放疗(IGRT)影像数据

 

      整个疗程中所有的CBCT匹配影像结果都储存在离线回顾系统中,以方便医生定时回看,在回看的过程中可随时了解患者病情状况,必要时修改放疗计划。

 

      使用与CT定位扫描同样的固定方式,进行PET-MR扫描,极大提高了影像融合的精度。PET-MR定位让靶区勾画变得更加容易和精准,更多的患者将从我们的新技术中收益。

 

【1】https://wenku.baidu.com/view/abdb15d3a7c30c22590102020740be1e640eccca.html?   fixfr=3bhCV0FRWT0y%252FKTfiT5o7w%253D%253D&fr=income2-wk_go_search-search

【2】http://www.360doc.com/content/16/0725/19/32535604_578330660.shtml

【3】https://wenku.baidu.com/view/ef3e84abf605cc1755270722192e453611665b12.html

 

【4】https://baike.baidu.com/item/MRI/130141?fr=aladdin

【5】Assessment of image quality of a radiotherapy-specific hardware solution for PET/MRI in head and neck cancer patients. 

 

编辑:董彦鑫

摄影:李观泽

审核:魏夏平

 

 

 

PET-MR引导下的精准靶区勾画