专利名称：依靠碘油影像进行图像引导放疗联合自主呼吸控制在线校正技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用碘油影像对肝脏肿瘤进行图像引导放疗精确治疗技术， 具体地说是一种依靠碘油影像进行图像引导放疗联合自主呼吸控制在线校正技 术。
背景技术：
肝细胞癌(HCC)为我国的常见肿瘤，确诊为HCC患者，只有20% 30%能在早期 得到手术切除或肝移植等根治性治疗。近几年，放疗尤其是三维适形放疗(3DCRT) 在不可手术切除的HCC患者治疗中占有日趋重要的地位。由于肝脏肿瘤的放疗剂 量是影响患者生存期的关键因素，如何提高肝脏肿瘤的放疗剂量同时减少正常肝 脏组织放疗损伤，成为迫切需要解决的问题。
一、 影响肝脏肿瘤放疗过程中的不确定性因素
3DCRT过程中的不确定因素影响了肝脏肿瘤放疗剂量的提高，如呼吸运动可以使肝 脏肿瘤在头尾方向上运动达0.8 2.5cm，其他不确定性因素如摆位误差、体重丢 失、肿瘤的生长或縮小等。如何减少3DCRT过程中肝脏的运动和其他不确定性因 素，从而提高放疗的精确性成为提高肝脏肿瘤放疗剂量的关键。
二、 自主呼吸控制技术(ABC)的优点与不足-
肝脏为上腹部器官，其随呼吸运动位移较大，靶区运动会导致靶区剂量不足或 漏耙。应用呼吸控制技术能够减少放疗靶区外放范围，减少对正常肝脏组织的照 射，提高肿瘤放疗剂量。当前呼吸控制技术的方法得到了快速发展，主要的方法有 ABC技术、呼吸门控系统、实时肿瘤跟踪系统。其中ABC技术应用较为成熟，其利 用呼吸控制装置，在呼吸达到既定阈值时，使肝脏处于相对静止状态，减小了靶 区外放，提高了肝脏肿瘤放疗剂量。Dawson等在肝脏肿瘤定位和治疗中均使用ABC 方法，发现当应用ABC方法控制呼吸时，荧光透视没观察到膈肌和肝血管内植入小 环的运动，表明呼吸控制中器官运动可以忽略不计。利用ABC呼吸控制可以使肝 脏肿瘤在头尾方向上误差縮小2. 5mm (1. 8 3. 7咖)，表明利用ABC方法进行肝脏 肿瘤放疗是可行的，放疗内过程具有很好的重复性。
但应用ABC技术过程中，仍然存在放疗分次间重复性较差的问题，通常由腹 压增加、胃充盈、慢性阻塞性肺疾病、吸气或呼气用力的程度导致，因此应用ABC 技术需要每天在线校正和修正误差。Eccles C等通过透视或二维平片模式，以膈 肌和肝脏内微线圈相对于椎体位置，测量ABC技术下肝脏肿瘤放疗分次内和分次
3间的重复性，表明肝脏肿癉5文疗分次内重复性较好，而放疗分次间的重复性较差， f要图像引导放疗给予在线校正。
三、图像引导放疗(IGRT):
肿瘤放射治疗已经进入精确放疗时代，IGRT的发展为克服上述应用ABC技术 过程中的不确定性因素、提高放疗过程中的精确性提供了契机，其利用在分次治 疗摆位时和(或)治疗中采集二维或三维图像引导此次和(或)后续分次治疗，提 高照射的精确性。引导的方式可以是校正患者摆位误差或调整治疗计划或者引导 射线束照射。
IGRT技术已经在肝脏肿瘤放疗中得以研究与应用，Baiter JM等通过治疗室内 2DKV平片图f華引导肝脏肿瘤治疗前在线校正，较自由呼吸下的肝脏肿瘤放疗，可 以潜在的缩小临床靶区(CTV)-计划靶区(PTV)外放，同时平均提高了 5Gy的肿 瘤放疗剂量。Dawson LA等通过20例患者每日的二维兆伏(MV)图像引导肝脏肿 瘤的大分割放疗(6Gy/次)，以膈肌和椎体作为配准参考，给予在线校正，表明 应用ABC技术联合二维MV图像引导肝脏肿瘤的大分割放疗是可行的，明显提高了 放疗的精确性。
目前文献报道的图像引导肝脏肿瘤放疗均利用椎体、膈肌或内置金属软体间接 作为肝脏肿瘤验证的参考，而未以肝脏肿瘤作为直接配准参考。但是肝脏随呼吸 而运动，非固定于骨性结构，同时肝脏具有一定的弹性，在正常呼吸过程中其具 有潜在的压縮，因此会改变膈肌或内置金属软体与肝脏肿瘤之间的关系，导致错 误估计呼吸过程中的肿瘤运动，尤其对于肿瘤远离膈肌或内置金属。另外肝脏内 置金属软体也为治疗中额外的创伤性过程。如何直接应用肝脏肿瘤影像给予精确 配准是提高肝脏肿瘤放疗精度的关键。
IGRT技术中最重要的发展是千伏锥形束CT (KV-CBCT)的出现，通过X射线球 管的X射线曝光和探测器同步测量，机架旋转一周就能获取和重建一个体积范围 内的锥形束CT (CBCT)图像，(锥形束CT扫描，以下简称CBCT)可以提供靶区 的治疗前三维影像。锥形束CT扫描以下简称CBCT， KV-CBCT本身成像原理和无 法克服的散射，导致KV-CBCT成像较螺旋CT差，存在伪影，尤其CBCT图像上肝 脏肿瘤影像显示不清晰，成为制约CBCT在肝脏肿瘤放疗过程中应用的瓶颈。
发明内容
本发明的技术是克服了先有依靠膈肌、椎体、肝脏进行二维配准来间接反应肝 脏肿瘤运动的不足，提供一种依靠碘油影像进行图像引导放疗联合自主呼吸控制 在线校正技术。
本发明的技术是应用碘油影像克服依靠膈肌、椎体、肝脏进行二维配准来间接 反应肝脏肿瘤运动的不足，因为碘油影像在CBCT图像上显像清晰，能依靠碘油影
4像进行计划CT与CBCT之间的三维配准来直接研究肿瘤运动。另外重要的是研 究表明肝动脉栓塞化疗(TACE)联合放疗的综合治疗对HCC患者具有较好的临床疗 效。
本发明的依靠碘油影像哮行图像引导放疗联合自主呼吸控制在线校正技术， 是按以下方式实现的，校正步骤如下
1、依靠碘油影像进行图像引导放疗联合自主呼吸控制在线校正技术，其实 施步骤如下
1) 使用碘油栓塞剂和化疗药物对肝脏肿瘤病灶进行l-2周期的肝动脉栓塞化
疗；
2) 对肝动脉栓塞化疗后的肝脏肿瘤病灶给予CT评价选择碘油影像为完全 型或缺损型患者；
3) 应用自主呼吸控制方法对肝脏肿瘤患者给予定位；
4) 应用计划系统制定放疗计划，勾画碘油影像；
5) 在自主呼吸控制技术(ABC)下应用激光灯、皮肤摆位标记对患者进行摆
位；
6) 在ABC技术下对肝脏肿瘤病灶进行锥形束CT (CBCT)扫描，采集CBCT图 像，CBCT扫描步骤如下
完成360度CBCT扫描时间约1分钟，患者换气l-2次，扫描间隔8-12秒， 当电脑显示屏幕上呼吸波形平稳后即出现3个连续相同的呼吸波形后，CBCT机架 返回旋转9-11度，然后再继续进行CBCT扫描和采集CBCT图像；
7) 在线校正配准
CBCT图像采集完成后，根据碘油影像进行CBCT和计划CT的3D-3D手动配准， 即以验证的CBCT图像作为模版，应用鼠标反复调整模板的位置和角度，观察模板 上的碘油影像与定位CT影像上相应的碘油影像是否获得最佳重叠，配准时兼顾水 平、冠状、矢状面；
8) 应用图像引导放疗(IGRT)系统本身提供的图像分析工具对图像进行检查， 检査内容包括应用运动窗口、分画面、混合伪彩等工具，检査CBCT图像上的碘油 影像是否被预先在计划CT上勾画的碘油彰傳曲线所包绕；
9) 、检査内容符合要求，应用IGRT系统校正摆位误差，对肝脏肿瘤病灶进行 精确放射治疗。
本发明的有益效果是:、能够克服现有影像引导放疗技术存在的不足，提高放疗 精度，减小对正常组织的损伤，提髙治疗效果。使用本发明的技术，对18例肝脏 肿瘤患者，以碘油影像为配准参考，对肝脏肿瘤进行精确放疗，结果表明碘油影 像在CBCT图像上显示清晰，完全可以给予精确配准，说明本发明的方法可行有效。
图1是TACE中的碘油的聚集形态在CT图像上的类型示意图；其中(I)完全 型、(II)缺损型、(III)散发型、(IV)点型或无聚集型；
图2某患者应用该发明技术进行放射治疗，ABC显示屏幕上看到患者的呼吸曲
线红线为呼吸波形，蓝色水平线提示患者正处于ABC呼吸控制状态；
图3是某患者应用该发明技术在线配准后的屏显截图，粉色线为制定计划时 勾画的碘油影像，红线为肉眼肿瘤区；碘油影像在冠状、矢状、水平面上与计划 的碘油影像粉线重合良好，表明配准精确。
图4:是肿瘤在放疗前后CT上碘油影像的变化屏显截图缺损型碘油影像在
-3-
冠状、矢状、水平上未发生明显的形态改变，表明碘油影像为可依靠的配准参考； 图5是在线配准屏显截图粉线环绕为碘油影像，红线环绕为大体肿瘤区 (GTV)，该碘油影像为缺损型。
具体实施例方式
参照附图对本发明的方法作以下详细的说明；
本发明的依靠碘油影像进行图像引导放疗联合自主呼吸控制在线校正技术， 校正步骤如下
1) 使用碘油栓塞剂和化疗药物对肝脏肿瘤病灶进行l-2周期的肝动脉栓塞化
疗；
2) 对肝动脉栓塞化疗后的肝脏肿瘤病灶给予CT评价选择碘油影像为完全 型或缺损型患者；
3) 应用自主呼吸控制方法对肝脏肿瘤患者给予定位；
4) 应用计划系统制定放疗计划，勾画碘油影像；
5) 在自主呼吸控制技术(ABC)下应用激光灯、皮肤摆位标记对患者进行摆
位；
6) 在ABC技术下对肝脏肿瘤病灶进行锥形束CT (CBCT)扫描，采集CBCT图 像，CBCT扫描步骤如下
完成360度CBCT扫描时间约1分钟，患者换气1-2次，扫描间隔8-12秒， 当电脑显示屏幕上呼吸波形平稳后即出现3个连续相同的呼吸波形后，CBCT机架 返回旋转9-11度，然后再继续进行CBCT扫描和采集CBCT图像；
7) 在线校正配准
CBCT图像采集完成后，根据碘油影像进行CBCT和计划CT的3D-3D手动配准， 即以验证的CBCT图像作为模版，应用鼠标反复调整模板的位置和角度,观察模板 上的碘油影像与定位CT影像上相应的碘油影像是否获得最佳重叠，配准时兼顾水平、冠状、矢状面；
8) 应用图像引导放疗(IGRT)系统本身提供的图像分析工具对图像进行检査， 检查内容包括应用运动窗口、分画面、混合伪彩等工具，检査CBCT图像上的碘油 影像是否被预先在计划CT上勾画的碘油影像曲线所包绕；
9) 检查内容符合要求，应用IGRT系统校正摆位误差，对肝脏肿瘤病灶进行 精确放射治疗。
实施例
从图3中看出，右上为计划CT图像，余下三个分别为水平、冠状、矢状面的 CBCT图像；尽管CBCT图像不清晰，有伪影，但CBCT图像上碘油影像显示清晰。 碘油影像作为配准参考的可行性
(1) 碘油存留时间
碘油因为肝脏肿瘤组织缺乏淋巴系统，廓清功能差，不能被清除，文献研究 表明，碘油选择性聚集并持续存留的部位是肿瘤栓后坏死区， 一般存留2-6月甚
至更长；碘油虽能选择性聚集但逐渐消失的部位是肿瘤栓后存活区， 一般再1-2 月消失，少量碘油在非癌肝实质一般2周消失。
本发明技术研究组前期回顾性分析29例TACE联合3DCRT患者，分析放疗前 后诊断CT上碘油影像变化，其中28例放疗前后CT上碘油影像形态和体积在冠状、 矢状、水平面上未发生明显变化，见图4，另外1例可能因为患者未应用ABC技术， 扫描时碘油影像肝脏随呼吸而运动，出现碘油形态的改变，但碘油影像的体积未 发生变化。
图4:某患者放疗前后(58Gy/29次/6周)诊断CT上碘油影像形态在冠状、 矢状、水平面的变化(为清晰对比，在计划系统上给予图像放大处理)。
(2) 碘油存留形态
TACE后的碘袖聚集形态在CT图像上可分为完全型、缺损型、散发型、点型或 无聚集，见图l。本发明技术研究组前期通过18例肝脏肿瘤患者，以CBCT和计划 CT上的碘油影像为配准参考，给予IGRT联合ABC在线校正方法，研究表明CBCT
上完全型、缺损型的碘油影像可以给予精确配准，见图l。
图l: TACE中的碘油的聚集形态在CT图像上分为完全型(I)、缺损型(II)、 散发型(III)、点型或无聚集型(IV) ， I和II型可给予精确配准。
图4:在线配准图像粉线环绕为碘油影像，红线环绕为大体肿瘤区(GTV)， 该碘油影像为缺损型。
权利要求
1、依靠碘油影像进行图像引导放疗联合自主呼吸控制在线校正技术，其实施步骤如下1)使用碘油栓塞剂和化疗药物对肝脏肿瘤病灶进行1-2周期的肝动脉栓塞化疗；2)对肝动脉栓塞化疗后的肝脏肿瘤病灶给予CT评价选择碘油影像为完全型或缺损型患者；3)应用自主呼吸控制方法对肝脏肿瘤患者给予定位；4)应用计划系统制定放疗计划，勾画碘油影像；5)在自主呼吸控制技术ABC下应用激光灯、皮肤摆位标记对患者进行摆位；6)在ABC技术下对肝脏肿瘤病灶进行CBCT扫描，采集CBCT图像，CBCT扫描步骤如下完成360度CBCT扫描时间约1分钟，患者换气1-2次，扫描间隔8-12秒，当电脑显示屏幕上呼吸波形平稳后即出现3个连续相同的呼吸波形后，CBCT机架返回旋转9-11度，然后再继续进行CBCT扫描和采集CBCT图像；7)在线校正配准CBCT图像采集完成后，根据碘油影像进行CBCT和计划CT的3D-3D手动配准，即以验证的CBCT图像作为模版，应用鼠标反复调整模板的位置和角度，观察模板上的碘油影像与定位CT影像上相应的碘油影像是否获得最佳重叠，配准时兼顾水平、冠状、矢状面；8)应用图像引导放疗(IGRT)系统本身提供的图像分析工具对图像进行检查，检查内容包括应用运动窗口、分画面、混合伪彩等工具，检查CBCT图像上的碘油影像是否被预先在计划CT上勾画的碘油影像曲线所包绕；9)检查内容符合要求，应用IGRT系统校正摆位误差，对肝脏肿瘤病灶进行精确放射治疗。
2、根瑪权利要求1所述的方法，其特征在于，根据'TACE后的CBCT图像上碘 油的聚集形态进行CBCT和计划CT的3D-3D手动配准，TACE后的碘油的聚集形态 类型包括完全型(I)、缺损型(II)、散发型(III)、点型或无聚集型(IV)，其中完全型(i)和缺损型(n)能给予精确配准。
全文摘要
本发明提供一种依靠碘油影像进行图像引导放疗联合自主呼吸控制在线校正技术，是利用自主呼吸控制技术(ABC)控制肝脏在放疗过程中随呼吸而运动，同时利用依靠碘油影像进行计划CT与锥形束CT(CBCT)之间三维配准的图像引导在线校正摆位误差，结合两者优势最大程度提高肝癌放疗过程中的精确性，克服了依靠膈肌、椎体、肝脏进行二维配准来间接反应肝脏肿瘤运动的不足。将为不可手术的肝癌患者，提供一种能提高肝脏肿瘤放疗剂量，同时能减轻正常肝脏组织放疗损伤的新型、高精确性的放疗技术。
文档编号A61N5/00GK101559256SQ20091002032
公开日2009年10月21日 申请日期2009年4月13日 优先权日2009年4月13日
发明者于金明, 余宁莎, 刘同海, 洁 卢, 孙新东, 勇 尹, 岳金波, 健 朱, 亮 齐 申请人:于金明