Основы программного совмещения
Процесс программного совмещения (registration) снимков играет ключевую роль в современной онкологии. Для наложения одного изображения на другое используются автоматизированные алгоритмы, однако в некоторых клинических ситуациях специалисту приходится выполнять ручную коррекцию.
Идеальному наложению структур часто препятствуют объективные факторы. К основным причинам неточностей относятся:
- Движения пациента или смещение его внутренних органов между разными этапами сканирования.
- Разница в разрешающей способности аппаратов КТ и МРТ.
- Наличие пространственных искажений.
- Использование томографических срезов неодинаковой толщины.
Чтобы нивелировать эти погрешности, активно внедряются программы деформируемого совмещения (deformable registration). Суть этой технологии заключается в целенаправленном искажении одного из изображений для достижения его максимально точного совпадения с анатомическими структурами на другом снимке.
Лучевая терапия под визуальным контролем (IGRT)
Методики лучевой терапии под визуальным контролем направлены на точное подведение дозы к опухоли и защиту здоровых структур. Они классифицируются по размерности получаемых данных:
Планарная (2D) визуализация Основана на получении двух статических рентгеновских снимков, как правило, под углом 90 градусов друг к другу (в переднезадней и боковой проекциях). Метод помогает оценивать положение костных структур или видимой опухоли с помощью обычного рентгеновского излучения. Главная проблема метода заключается в том, что использование терапевтических энергий линейного ускорителя (6–18 МэВ) дает крайне низкий контраст между воздухом, костями и мягкими тканями по сравнению с низкоэнергетической киловольтной (кВ) визуализацией.
Объемная (3D) визуализация Позволяет идентифицировать орган-мишень и окружающие здоровые ткани в лечебном положении непосредственно на линейном ускорителе (до или во время терапии). Полученные данные накладываются на дозиметрическую карту планирующей КТ.
Для получения объемного изображения на ускорителе применяются четыре основных метода:
- Конусно-лучевая КТ (CBCT): Использует кВ-трубку, установленную на гентри под углом 90 градусов к лечебной головке, которая вращается вокруг пациента.
- Мегавольтная КТ: Применяет веерный пучок мегавольтной энергии для создания верификационного объемного изображения (спиральная визуализация).
- КТ на рельсах: Томограф располагается в одном помещении с ускорителем, а стол с пациентом разворачивается на 180 градусов для перемещения в сканер.
- Ультразвук: Применяется для 3D-контроля положения мишени у пациентов с раком предстательной железы или мочевого пузыря.
От статики к 4D-визуализации
Четырехмерная визуализация учитывает движения опухоли и смежных органов во времени.
В рамках классического подхода макроскопический объем опухоли расширяли до клинического объема мишени для покрытия зон микроскопического распространения болезни. Затем к нему добавляли дополнительный отступ, компенсирующий погрешности укладки пациента и любые анатомические смещения, формируя итоговый планируемый объем мишени.
Современный подход (с 4D) использует киловольтную рентгеноскопию или КЛКТ для точного количественного измерения подвижности опухоли:
- Макроскопический объем определяют в средней точке и в крайних позициях амплитуды движения.
- На их основе создаются расширенные клинические объемы.
- Объединение этих объемов формирует единый внутренний объем мишени.
- К нему добавляется лишь небольшой отступ на возможные геометрические погрешности укладки.
Альтернативный вариант — трекинг опухоли непосредственно во время сеанса облучения с использованием 4D кВ или МВ визуализации. Для лучшей видимости мишени при ее нечетких контурах в ткани внедряются имплантированные реперные маркеры (fiducial markers). Примером сложного трекинга является аппарат CyberKnife, сочетающий рентгеновский контроль с оптическим отслеживанием движений.
Практическое применение контроля положения
На практике перед началом облучения используется бортовое устройство визуализации линейного ускорителя.
При двумерном контроле создаются цифровые реконструированные рентгенограммы на основе планирующей КТ, на которых контурируются костные ориентиры. Эти контуры накладываются на актуальные киловольтные снимки пациента, лежащего на терапевтическом столе. Если обнаруживается расхождение (например, на переднезаднем снимке видно, что нижняя челюсть и остистые отростки оказались выше запланированного уровня на 3–4 мм), необходима переукладка пациента или коррекция полей. Такие смещения часто встречаются при опухолях головы и шеи из-за потери веса пациентом — иммобилизирующая термопластическая маска начинает прилегать неплотно, допуская подвижность головы.
Более совершенный контроль обеспечивает конусно-лучевая КТ. Например, при опухоли гортани стадии T4 аппарат выполняет сканирование прямо на лечебном столе перед фракцией. Изображение реконструируется в сагиттальной, корональной и поперечной плоскостях, после чего совмещается с планирующей КТ. Зона совмещения лучше всего видна на корональных и сагиттальных срезах, так как КЛКТ захватывает меньшую длину в краниокаудальном направлении. В отличие от 2D-снимков, КЛКТ отлично визуализирует мягкие ткани, позволяя скорректировать положение в трех измерениях. Это гарантирует адекватное покрытие опухоли дозой и защиту нормальных тканей.
Вопросы с занятий и экзамена
Почему при программном совмещении КТ и МРТ возникают неточности?
Неточности возникают из-за движений пациента или его внутренних органов между сканированиями, разницы в разрешении аппаратов, пространственных искажений и использования разной толщины срезов.
В чем главный недостаток планарной 2D-визуализации на терапевтических энергиях?
Изображения, полученные на терапевтических энергиях (6–18 МэВ), имеют очень плохой контраст между костной тканью, мягкими тканями и воздухом по сравнению с киловольтными снимками.
Как решается проблема смещения пациента перед сеансом лучевой терапии?
Фактические снимки сравнивают с референсными цифровыми реконструированными рентгенограммами. При выявлении расхождений требуется переукладка пациента или коррекция полей облучения.
Зачем нужна четырехмерная (4D) визуализация?
Она позволяет количественно оценить подвижность опухоли во времени. Это необходимо для точного формирования внутреннего объема мишени и минимизации отступов на погрешности.
Что ещё разобрать по теме
- Алгоритмы деформируемого совмещения (deformable registration)
- Формирование объемов GTV, CTV и PTV в классическом и 4D планировании
- Применение конусно-лучевой КТ (CBCT) на линейных ускорителях
- Использование реперных маркеров и трекинг опухоли
- Ошибки позиционирования пациентов при лучевой терапии головы и шеи
Разберите тему целиком в курсе «Лучевая диагностика»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Слияние изображений КТ и МРТ» и ещё 2 199 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 10 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Лучевая диагностика в онкологии»
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.