模拟定位机

用于放射治疗之前的需放射部位的定位

模拟定位机是在肿瘤放射治疗中制定放疗计划的关键设备之一。常用作放射治疗之前的需放射部位的定位。

概念

肿瘤放射治疗中制定放疗计划的关键设备之一。

常规模拟机

定义

模拟定位机是模拟放射治疗机(如医用加速器、钴一60治疗机)治疗的几何条件而定出照射部位的放射治疗辅助设备，实际上是一台特殊的X线机。

当病人被诊断患有肿瘤并决定施行放射治疗时，在放射治疗前要制定周密的放疗计划，然后在定位机上定出要照射的部位，并做好标记后才能到医用加速器或钴一60治疗机上去执行放疗。模拟定位机的作用正在于此。

作用

模拟机的机架旋转、机头转动、限束器开闭、距离指示、照射野指示、治疗床各部分运动，都与医用加速器、钴机一样，因此它能准确地模拟加速器、钴机的一切机械运动。并通过模拟定位机的X线影像系统准确定出肿瘤的照射位置、照射面积、肿瘤深度、等中心位置等几何参数，以及机架旋转、机头旋转角度、源瘤距、源皮距、限束器开度、升床高度等机械参数，为治疗摆位提供了有力的依据，确保放射治疗的正确实施。这就是模拟定位机的作用。因为加速器的X线、电子线和钴一60治疗机的X线能量很高，对组织密度和人体组织原子序数的分辨率很低，因此不能对人体骨、肺、肌肉等不同解剖部位起到透视作用．普通X线机又不具备加速器的机械功能和几何参数，所以加速器和普通X线机都不能代替模拟定位机。

模拟定位机在整个放射治疗计划设计过程中有着重要作用：

1）靶区及重要器官的定位

2）确定靶区（或危及器官）的运动范围

3）治疗方案的确认

4）勾画射野和定位、摆位参考标记

5）拍射野定位片和证实片

6）检查射野挡块的形状及位置

组成

主机、支臂、机柜、诊断床、操作台、X射线高频高压发生装置、X射线球管影像增强系统、专用图像处理系统、多功能数字化工作站

参数

基本参数

治疗床等中心旋转范围：±105°

界定器旋转范围：±105°

辐射野尺寸：在SAD=1000mm时，20mm×20mm~400mm×400mm

非对称野：在SAD=1000mm时，单边-100mm~+200mm

检查参数

X射线检查参数

50KW的高频高压发生器具有正、侧位选择多项摄像条件，IBS控制、mA优先、KV控制、自动亮度调节、故障自动诊断

透视管电压：40kV~125kV

管电流：25mA~630mA

摄像曝光时间：0.0035s~6s

X-TV系统

500mA进口X射线球管

双焦点：0.3mm~1.0mm

X射线摄像增强系统

高清晰度CCD TV系统

图像分辨率：≥1.4LP/mm

CT模拟定位机

概况

随着计算机技术和医学影像技术的发展，肿瘤的放射治疗进入了“精确定位、精确计划、精确治疗”的“三精”时代；三维适形放疗（3DIntensityConformal Radiation Therapy，3DCRT）技术的兴起和发展，特别是三维适形调强放疗（Intensity-modulated radiation therapy，IMRT）渐渐成为放射治疗技术的主流，大大地改善和提高放射治疗质量。但是在三维适形调强放疗中，要求高剂量区分布的形状在三维方向上与肿瘤靶区的形状高度一致，这需要有复杂而精确的放疗计划，而精确的放疗计划必须要求精确的三维图像进行空间定位，而常规的X线常规模拟机只能提供两维的信息，因此集放射诊断、放疗计划、模拟定位和模拟治疗于一体的CT模拟定位系统（CT-Simulation Localization System）在放射治疗中的作用与地位也就越来越重要，近年来国内外在这一领域也做了大量的研究工作，取得了重大进展，不少国外大公司(如Varian、Siemens、GE、Philips等)先后将其商品化。

回顾CT模拟的发展历程，CT进入放疗科大致经历了以下三个阶段：第一阶段，就是放疗科的工作人员带上病人、平床以及固定装置到放射科的诊断CT上作定位扫描（治疗体位下的CT扫描），这显然有诸多的不便。第二阶段，放疗科发展到独立购买一台诊断型CT（通常70厘米孔径）进行定位和扫描。放疗医生拥有了CT完全的使用和管理权，大大方便了定位工作。但常规CT的70厘米孔径和以诊断为设计目的的诸多功能，制约了放疗的定位扫描的适应症类型。这就使CT在放疗科的应用进入了第三个阶段：即放疗科在购买CT时开始选择专为放疗设计的大孔径 CT模拟机。

在中国，由于地区经济差异以及医院的发展阶段的制约，各个医院有着不同的情况，使得以上三种CT模拟设备的形态在中国都同时存在。但从总的发展趋势上讲，放疗科最终运用CT的形式大致都会走向采用大孔径CT模拟机的方式，因为其为放疗服务的特点和设计适应了放疗科发展的需要。

组成

CT模拟就是以CT为基础的模拟定位系统，CT 模拟定位系统由一台CT 扫描机、一套虚拟定位及计划系统和一套三维（或四维）移动激光射野模拟系统三部分组成。三大部分通过数据传输系统在线连接。其中，CT扫描机又分为两种，即专用型和普通型。

1）、放疗专用定位CT即CT模拟机

定位CT基本同于诊断用CT。不同之处：

① 扫描床为平面型。

② 大孔径（≥80cm）

l 机架孔径：飞利浦85cm；西门子82cm；GE公司80cm

l 扫描FOV：西门子65cm；飞利浦60cm；GE公司50cm

③ 扫描层厚3-5mm。

临床上大孔径也可以更好地覆盖体部肿瘤病人及定位装置。

2）、普通CT定位机

① 普通螺旋CT孔径70cm左右（如沈阳东软）

② 需要在CT床面上加装碳纤维平面床板

③ 基本能够满足亚洲人的定位要求，某些特殊体位如蹬位、乳腺、肥胖病人、全身淋巴瘤等不能进行定位计划。

同样，CT作为模拟设备，与作为诊断设备，两者在QA要求上是不一样的，见下表：

优势说明

CT模拟是将患者在治疗体位下进行CT扫描，并将CT图像传入图像工作站，通过三维数字重建感兴趣的图像显示方式，在工作站中进行虚拟透视(Virtual Perspective)和虚拟模拟(Virtual Simulation)的过程，提供了准确的病变靶的形状、大小、方位等信息。

CT模拟具有传统X线模拟无法比拟的优点：

1） CT模拟过程中无需患者在整个模拟过程中保持治疗体位，患者在CT床上保持治疗体位5-10分钟，完成CT扫描和体表中心标记后即可离开。

2）CT模拟过程中图像质量、大小、观察角度都可以按照需要进行调整，部分DCR(Partial Digitally Constructed Radio-graphs)、部分DRR(Partial Digitally Reconstructed Radio-graphs)肿瘤靶区器官和组织的三维结构是在治疗计划系统中通过简单的坐标叠加和勾画形成（三维轮廓的精确性随CT扫描层厚和间距的加大而变化），因而可清晰显示计划者感兴趣的结构。

3）在工作站上进行的虚拟模拟具有传统X线模拟机所有的功能（机架角度、光阑角度、床角度、射野大小及形状、组织补偿器的设置等）；

4）在以DRR为背景的BEV的窗口设计照射野与传统的模拟机很相似，而靶区和危险器官的可视性是传统模拟机无法比拟的；

5）CT模拟使得常规模拟难以实现的复杂的射野设计（如多野非共面照射）变得轻而易举；

6）CT模拟输出的DRR射野验证片可使得照射野参数和修饰是否正确在治疗前就能得到验证；

7）采用CT模拟修改射野时无需患者在场。

传统X光模拟与CT模拟的主要区别

功能说明

CT模拟简单的说有三大功能，即

1）重构治疗部位的3D图像（3D假体）

2）在3D图像上实现类似常规模拟机的肿瘤定位（投射与照相）

3）在3D图像上实现类似常规模拟机的肿瘤定位（治疗模拟）

具体主要包括以下几点:

1）数据转储：用于获得病人的CT 数据并在系统数据库中做登记。数据来源有两种形式—DICOM 网络和磁盘介质。

2）病人管理：作为用户浏览、增加、编辑、删除影像数据和计划数据的窗口，同时也是DICOM 协议的解析模块。

3）权限管理。

4）图像配准。与定位设备接口，坐标转换等。

5）勾画和定位。包括自动和手工对器官边缘的提取；对点、距离、面积、体积以及CT 值的测算等。

6）图像处理和重建。包括二维的缩放、移动、窗宽/窗位处理；边缘提取，曲线填充等图形处理；三维的以MPR、体绘制、面绘制和数字放射影像(DRR) 为主的重建、布野等等。

7）计划输出。

应用流程

事实上，可以认为CT 模拟和三维计划是被人为分离的整个三维计划过程的两个基本步骤。当三维计划单独出现的时候，常常包括CT 模拟在内的完整放疗计划过程。鉴于CT 模拟定位和剂量处方的计算是在不同的工作站进行的，且CT 模拟过程是需要放疗医生进行设计，而计量处方计算不需要放疗医生的参与，所以将模拟定位和设计功能独立出来其实也是可行的，事实上也是科学的。如《CT模拟应用流程说明图》所示。

CT模拟的全过程包括体位确定、固定，建立原始坐标系，图像采集、传输、重建，靶区勾画和确定，射野选择和布置，射野等中心确定和并将原始坐标系原点移至等中心等一系列步骤，其基本要求与二维的X光模拟一样，但是过程较为复杂，能够完成二维X线模拟机不能完成的非共面放射治疗等高技术强度放疗方案设计等。其计划过程如下：

1) 激光灯校准：校准激光灯，并移动激光灯，使得左右上三个激光灯的所发射的激光线交于一点，并将激光灯该位置设置为坐标0点。

2) CT扫描摆位：在平面CT床上，将患者按放射治疗时要求的体位进行摆位和体位固定。有经验的医生在摆位会尽量将靶区位置摆在接近等中心处。

3) 画体位标记线：体位固定后，通过CT两侧墙的激光十字线和顶墙的激光十字线在皮肤上放置CT易于识别的参考固定mark点。

4) CT扫描：按治疗计划的要求对相应部位进行增强扫描，扫描范围比常规CT检查范围要大。一般扫描层次要求40层左右，肿瘤区域层厚最好为1～3 mm。为了获得较大的扫描范围又不使层次太多而影响增强效果，可采用病灶区层厚1～5 mm, 以外区域逐步过渡为5～10 mm的混合扫描技术。扫描结束后，通过网络信息系统直接传送所有CT图像到治疗模拟计划工作站。

5) 勾画内外轮廓和靶区轮廓：利用所有CT层面自动勾画体表轮廓，然后逐层勾画靶区周围重要器官的轮廓和靶区轮廓，靶区包括肉眼肿瘤和亚临床病灶；同时系统提供手动勾画修正功能以便对靶区进行修饰。

6) 利用sim软件计算照射等中心点和三个mark相交点之间的Δ值

7) 将患者按原体位回到CT床上，按照该Δ值的参数要求移动激光灯，然后再标记这3条体位标记线（体位标记线是提高放射治疗摆位精度的重要标记。因此，在用头部面罩或体部固定网进行体位固定时，需将激光定位十字线处开窗暴露皮肤，把激光定位线画在皮肤上，切不可画在体位固定器表面，如果激光灯不是可移动性质的，可以在加速器上进行类似标记），以便放射治疗的执行。

8) 设计和验证照射野：放射治疗医生和物理师根据肿瘤和周围重要脏器之间在三维空间的相互关系设计合理的照射野。照射野大小由靶区大小、脏器移动度和综合误差（定位、摆位和机器等误差）来决定。在射线束轴视角方向窗口调整照射野大小。在设计多野计划时，尽量采用非共面多野照射技术。照射野设计原则是使靶区内剂量最大而均匀，同时使靶区外正常组织的受量尽量减少。在数字化影像重建窗口打印每个照射野的数字化影像重建图像，通过与X射线模拟定位验证片以及照射野影像监测片进行对比，全面了解照射野的合理性和准确性。

9) 将定位、勾画和布野的结果发送剂量计划系统进行剂量计算。剂量处方的原则是将靶中心剂量归一为100%和90%的剂量线包括整个靶区。最后通过剂量容积直方图了解靶区和周围重要脏器的剂量容积比，对靶区出现剂量不均或周围脏器出现受量过高时，进行相应的调整。

10) 验证照射野等中心精度：为了验证患者皮肤表面照射野等中心参考点标记与实际靶区中心和计划靶区中心的重复精度，在其左、右、前皮肤表面照射野等中心参考点标记处放置CT可成像标识物，对此进行1 mm的薄层扫描。在CT图像上测量3个mark参考相交点与实际靶区中心和计划靶区中心的重复精度，该误差一般<1mm。

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