放射治疗图像引导系统

图像获取：

治疗前：在治疗前，患者会进行CT或MRI扫描，生成详细的解剖图像，这些图像被输入到治疗计划系统（TPS）中，用于制定放疗计划。

治疗中：在每次治疗前和治疗过程中，使用各种成像设备（如电子射野影像系统EPID、KV级锥形束CT CBCT等）获取患者的实时图像。

图像比对：

实时比对：将实时获取的图像与预处理的图像进行比对，确定患者的位置和姿态是否符合治疗计划。如果发现偏差，系统会自动计算出需要调整的参数。

位置调整：

自动校正：根据比对结果，系统会自动调整治疗床的位置和角度，确保放射束精确照射到靶区。

手动调整：在某些情况下，技术人员也可以根据图像比对结果手动调整治疗床的位置。

治疗实施：

精确照射：在确认患者位置和姿态符合治疗计划后，放射治疗仪开始照射，确保放射剂量准确地照射到肿瘤部位，同时尽量减少对周围健康组织的损伤。

治疗后监测：

治疗后评估：治疗结束后，再次进行影像扫描，评估治疗效果，确保肿瘤部位接受了足够的放射剂量。

1.高精度定位

实时成像：IGRT系统在治疗前、治疗中和治疗后多个阶段对患者进行影像扫描，获取患者的三维解剖结构图像，确保放射束精确照射到靶区。

自动校正：系统能够自动比对实时图像与预处理图像，计算出需要调整的参数，并自动调整治疗床的位置和角度，确保治疗的高精度。

2.多种成像技术

电子射野影像系统（EPID）：体积小、分辨率高、灵敏度高、能响范围宽，操作简单，成本低。

KV级锥形束CT（CBCT）：图像质量空间分辨率高，操作简单快捷，可以快速完成在线校正治疗位置。

In-Room CT+直加组合系统：影像的空间分辨率和成像质量高，精准定位效果好。

超声成像：无创、成本低，适用于乳腺癌、前列腺癌、妇科肿瘤和膀胱癌等。

核磁图像引导放疗：软组织分辨能力高，图像对比度好，无电离辐射，避免了造影剂过敏反应。

3.减少辐射剂量

优化成像技术：通过减少成像频率和优化成像技术，降低患者的辐射剂量。

部分区域照射：用部分区域照射代替大野照射，减少照射范围，从而降低患者的受照剂量。

4.实时监控与调整

治疗前：在每次治疗前，进行影像扫描，确保患者的位置和姿态符合治疗计划。

治疗中：在治疗过程中，实时监测肿瘤和正常器官的位置变化，及时调整治疗方案。

治疗后：治疗结束后，再次进行影像扫描，评估治疗效果，确保肿瘤部位接受了足够的放射剂量。

5.提高治疗效果

精准放疗：通过高精度定位和实时监控，确保放射剂量准确照射到肿瘤部位，提高治疗效果。

减少副作用：减少对周围健康组织的损伤，降低治疗副作用，提高患者的生活质量。

6.质量保证

机械和电气安全系统：定期检查互锁、警告标志和灯以及患者通信系统，确保设备的安全运行。

成像质量：定期进行成像质量监测，确保图像清晰，提供准确的定位信息。

几何精度：确认成像系统与直线加速器的机械、光学和辐射等中心的正确对准，确保治疗的准确性。

IGRT软件：确保图像被正确登记到治疗系统机器坐标系，提供准确的治疗导航。

7.适用范围广

多种癌症：适用于多种癌症的放射治疗，包括肺癌、乳腺癌、前列腺癌、妇科肿瘤、膀胱癌等。

复杂病例：特别适用于肿瘤位置不固定、肿瘤周围有重要器官的复杂病例，确保治疗的安全性和有效性。

1.提高放疗精度

实时成像：IGRT系统在治疗前、治疗中和治疗后多个阶段对患者进行影像扫描，获取患者的三维解剖结构图像，确保放射束精确照射到靶区。

自动校正：系统能够自动比对实时图像与预处理图像，计算出需要调整的参数，并自动调整治疗床的位置和角度，确保治疗的高精度。

2.多种成像技术

电子射野影像系统（EPID）：体积小、分辨率高、灵敏度高、能响范围宽，操作简单，成本低。

KV级锥形束CT（CBCT）：图像质量空间分辨率高，操作简单快捷，可以快速完成在线校正治疗位置。

In-Room CT+直加组合系统：影像的空间分辨率和成像质量高，精准定位效果好。

超声成像：无创、成本低，适用于乳腺癌、前列腺癌、妇科肿瘤和膀胱癌等。

核磁图像引导放疗：软组织分辨能力高，图像对比度好，无电离辐射，避免了造影剂过敏反应。

3.减少辐射剂量

优化成像技术：通过减少成像频率和优化成像技术，降低患者的辐射剂量。

部分区域照射：用部分区域照射代替大野照射，减少照射范围，从而降低患者的受照剂量。

4.实时监控与调整

治疗前：在每次治疗前，进行影像扫描，确保患者的位置和姿态符合治疗计划。

治疗中：在治疗过程中，实时监测肿瘤和正常器官的位置变化，及时调整治疗方案。

治疗后：治疗结束后，再次进行影像扫描，评估治疗效果，确保肿瘤部位接受了足够的放射剂量。

5.提高治疗效果

精准放疗：通过高精度定位和实时监控，确保放射剂量准确照射到肿瘤部位，提高治疗效果。

减少副作用：减少对周围健康组织的损伤，降低治疗副作用，提高患者的生活质量。

6.质量保证

机械和电气安全系统：定期检查互锁、警告标志和灯以及患者通信系统，确保设备的安全运行。

成像质量：定期进行成像质量监测，确保图像清晰，提供准确的定位信息。

几何精度：确认成像系统与直线加速器的机械、光学和辐射等中心的正确对准，确保治疗的准确性。

IGRT软件：确保图像被正确登记到治疗系统机器坐标系，提供准确的治疗导航。

7.适用范围广

多种癌症：适用于多种癌症的放射治疗，包括肺癌、乳腺癌、前列腺癌、妇科肿瘤、膀胱癌等。

复杂病例：特别适用于肿瘤位置不固定、肿瘤周围有重要器官的复杂病例，确保治疗的安全性和有效性。

1.成像技术

电子射野影像系统（EPID）：

优点：体积小、分辨率高、灵敏度高、能响范围宽，操作简单，成本低。

缺点：骨和空气对比度较低，软组织显像不清晰，依赖操作人员的主观判断。

KV级锥形束CT（CBCT）：

优点：图像质量空间分辨率高，操作简单快捷，可以快速完成在线校正治疗位置。

缺点：密度分辨率较低，尤其是低对比度密度分辨率与先进的临床诊断CT相比有差距。

In-Room CT+直加组合系统：

优点：影像的空间分辨率和成像质量高，精准定位效果好。

缺点：系统复杂，设备成本高。

超声成像：

优点：无创、成本低，适用于乳腺癌、前列腺癌、妇科肿瘤和膀胱癌等。

缺点：成像质量受操作者技术和患者体型影响较大。

核磁图像引导放疗：

优点：软组织分辨能力高，图像对比度好，无电离辐射，避免了造影剂过敏反应。

缺点：设备成本高，操作复杂。

2.设备校准与维护

定期校准：

KV级系统与MV级系统中心的重合性：确保KV级系统中心和MV级系统中心的位置差异在X、Y、Z方向上小于0.5mm。

六自由度治疗床系统的校准：确保六自由度治疗床相对于等中心的偏差在0.2mm、0.2°以内。

成像质量检测：

低对比度分辨力：能分辨的图像低密度差异值小于2%。

空间分辨率：空间分辨率不小于71p/cm。

密度均匀性：表征图像密度均一性的像素值差异小于2%。

几何失真度：几何精度在X、Y、Z方向均小于1.04mm。

3.质量保证和质量控制

机械和电气安全系统：定期检查互锁、警告标志和灯以及患者通信系统，确保设备的安全运行。

成像质量监测：定期进行成像质量监测，确保图像清晰，提供准确的定位信息。

几何精度确认：确认成像系统与直线加速器的机械、光学和辐射等中心的正确对准，确保治疗的准确性。

IGRT软件校准：确保图像被正确登记到治疗系统机器坐标系，提供准确的治疗导航。

4.成像剂量管理

减少3D成像设备的使用频率：2D-kV级正交束剂量较低，为了减少成像剂量，需要减少3D成像设备的使用频率。

部分区域照射：用部分区域照射代替大野照射，减少照射范围，从而降低患者的受照剂量。

剂量最佳化设计：通过剂量最佳化设计，可以大幅降低成像剂量。

与体表红外线监测结合：减少CT成像频率，减少累积剂量。

5.操作人员技能

操作人员培训：操作人员需要经过专业培训，熟悉设备的操作规程，确保成像质量。

主观判断：EPID等成像技术依赖操作人员的主观判断，操作人员的经验和技能水平会影响成像质量。

1.遵循行业标准

标准编号及名称：YY 1650-2019《X射线图像引导放射治疗设备性能和试验方法》于2019年5月31日发布，2020年12月1日实施。该标准由全国医用电器标准化技术委员会放射治疗、核医学和放射剂量学设备分技术委员会（SAC/TC10/SC3）归口。

适用范围：该标准适用于以X射线图像引导为目的的，用于电子加速器、轻离子束治疗设备和放射性核素束治疗设备的X-IGRT设备。包括千伏X-IGRT设备、兆伏X-IGRT设备，以及平面成像、锥形束CT（CBCT）成像和扇形束CT成像X-IGRT设备等。

2.定期质量保证和质量控制

图像质量检测：

低对比度分辨力：确保图像的低对比度分辨力低于2%。

空间分辨率：确保空间分辨率不小于71p/cm。

密度均匀性：确保图像密度均一性的像素值差异小于2%。

几何失真度：确保图像几何失真度的几何精度在X、Y、Z方向均小于1.04mm。

系统校准：

KV级系统与MV级系统中心的重合性：确保KV级系统中心和MV级系统中心的位置差异在X、Y、Z方向上小于0.5mm。

六自由度治疗床系统的校准：确保六自由度治疗床相对于等中心的偏差在0.2mm、0.2°以内。

3.具体检测方法

模体检测：

SingleBall-bearing模体：将SingleBall-bearing模体固定于床面，用激光灯对准和调整模体上金属球的几何中心，利用EPID分别在0°、90°、-90°、180°各拍摄两张平片，共八张曝光图片，然后传输至XVI软件进行分析，得出模体金属球的几何中心与MV级系统中心是否重合的误差参数。若误差超出标准值0.1mm，则进行调整，直至两中心重合误差小于0.1mm。

Calibrationtool模体：使用Calibrationtool模体，借助激光灯把模体对好等中心的位置，进行CBCT扫描，采用灰度值自动配准。若x、y、z方向的线性误差大于0.2mm，u、v、w方向的旋转误差大于0.2°，则通过六自由度床自动调整相应误差，进行第二次扫描，直至误差在标准值内。

参考原点注册：

Referenceframe：对带有红外反射球的C型定位体架（Referenceframe）的参考原点进行登记注册，将等中心位置登记注册为定位体架的参考原点，以便六自由度治疗床系统根据误差值调整床的位置。

4.定期维护和校准

定期检查：定期检查互锁、警告标志和灯以及患者通信系统，确保设备的安全运行。

成像质量监测：定期进行成像质量监测，确保图像清晰，提供准确的定位信息。

几何精度确认：确认成像系统与直线加速器的机械、光学和辐射等中心的正确对准，确保治疗的准确性。

IGRT软件校准：确保图像被正确登记到治疗系统机器坐标系，提供准确的治疗导航。

1.先进的成像技术

kV级锥形束CT（CBCT）：

高空间分辨率：CBCT成像技术使用大面积非晶硅数字化X射线探测板，机架旋转一周就能获取和重建一定体积范围内的CT图像。CBCT的图像质量空间分辨率高，操作简单快捷，可以快速完成在线校正治疗位置。

实时监控：CBCT不仅可以在治疗前进行定位，还可以在治疗过程中进行实时监控，确保照射野紧紧“追随”靶区。

MV级CBCT：

同源性优势：MV级CBCT与治疗束同源，减少了非等中心旋转误差，提高了定位校准的准确性。随着探测器材料的改进，MV级CBCT的图像质量不断得到提升。

In-Room CT+直加组合系统：

高成像质量：这种成像技术大幅提高了影像的空间分辨率和成像质量，精准定位效果好。虽然系统复杂且成本高，但在重粒子治疗等高精度要求的场景中应用广泛。

超声成像：

无创且成本低：超声成像技术无创、成本低，适用于乳腺癌、前列腺癌、妇科肿瘤和膀胱癌等。通过采集靶区三维超声图像，辅助靶区的定位并减小分次治疗的摆位误差。

核磁图像引导放疗：

高软组织分辨能力：核磁图像引导放疗技术（如Elekta的核磁加速器和ViewRay的核磁伽马刀）具有高于CT数倍的软组织分辨能力，图像中对于软组织的对比度可以提高1-3个等级度。成像不会产生CT检测中的骨性伪影，避免了造影剂可能引起的过敏反应。

2.自适应放疗（ART）

实时调整：自适应放疗（ART）是IGRT提高和发展后的一种形式，其目的是不扩大放射野大小，提高放疗实施的准确性和精确性，并为特定患者实施特定放疗的临床行为。ART通过实时调整治疗计划，补偿解剖结构的移动和变形，提高治疗的精准性。

功能影像技术：利用PET、SPECT和MRS等功能影像技术，进一步深化对靶区的认识，通过计划的个体优化设计，对靶区中功能和代谢程度不同的肿瘤区域实施个体化剂量强度分布的生物引导放射治疗（B邵RT）。

3.多模态成像

多模态结合：结合多种成像技术（如CT、MRI、PET/CT）可以提供更全面的解剖和功能信息，提高靶区勾画的准确性和治疗计划的优化。多模态成像技术的发展，使得放疗医师能够更精准地勾画靶区及正常组织，这是现代放疗技术发展的重要进步。

4D CT技术：4D CT技术的临床应用可以使临床医生查看容积CT图像随时间的变化，探查分次内肿瘤运动，更好地评估肺功能和预测治疗反应。

4.实时影像引导技术

Synchrony™ 四维IGRT系统：西门子的Synchrony™ 四维IGRT系统采用了先进的实时影像引导技术，其系统误差在0.5毫米以内，显著提高了治疗效果。

动态跟踪治疗系统：在图像设备的实时引导下，通过治疗床的运动或照射野的运动，使照射野与运动的肿瘤靶区保持相对位置固定，达到动态适形。这种治疗模式对受呼吸、心跳等影响较大的胸腹部肿瘤的放疗具有重要意义。

5.人工智能与机器学习

自动化勾画：半自动和自动勾画的临床逐步应用，减少了人工勾画，增加了靶区勾画的一致性。利用机器学习基于之前的治疗计划进行建模，可进行计划质量的评估。

自动计划优化：自动计划（如基于先验知识计划设计、多目标优化等）可以改善计划质量一致性、提高计划品质和工作流程，比如自动学习的束流角度优化和基于个体患者特定解剖结构的束流强度自动优化。