肿瘤放射治疗呼吸相位探测系统的人体验证

发布时间：2020-08-24 12:04

【摘要】：随着现代医学技术的发展,临床上出现多种精确放射治疗技术,使接受放疗患者的生存率和生活质量得到显著提高。临床上有许多的不确定因素严重制约着精确放疗的实施,其中影响最为显著的是患者半自主的呼吸运动。患者的胸腹部靶区随着呼吸起伏发生较大的位移,如不能将其有效滤除,将会影响放疗医师对肿瘤的位置和大小的判断,结果导致肿瘤的靶区在勾勒时结果难以精确,放线时漏掉部分感兴趣区域。可见整个治疗过程受人体呼吸运动影响很大,甚至导致治疗失败。而呼吸门控技术是临床上处理此类情况的一个行之有效的途径。瓦里安公司的患者实时体位监测(RPM)系统是临床上有着成熟应用的方法之一。RPM系统在临床应用中存在一些不足之处,如医师对荧光模块的重复摆位不一致会对结果产生误差、胸腹部放置物会增加患者紧张程度影响呼吸的稳定性、附加的设备也会提升治疗成本等。本研究以心冲击原理为基础,设计了一套新型呼吸相位探测系统。该套设备使用聚偏氟乙烯(PVDF)材质,加工而成的背部压力式感应带采集体动信号,经电子学系统处理获得患者呼吸信号,作为门控引导患者的放射治疗。电子学系统具有信号放大、降噪、滤波等功能,主要包括电荷灵敏放大模块、高低通滤波模块、50Hz陷波模块、ADC驱动模块和MCU集成芯片等。该呼吸相位探测系统与瓦里安RPM系统同步采集CT的扫描数据,通过实际测试与相关临床试验,证明能够有效采集到呼吸信号。对获取的呼吸信号采用定性对比方法,结果表明本设备采集的呼吸曲线明显优于RPM信号。定量对比分析选用广义互相关时延估算技术,结论是两种数据采集设备结果可信。对4D-CT影像评估,两套系统都会在不同程度上产生伪影,自研设备的成像结果更为准确。本研究验证了自研系统的可靠性和呼吸门控技术对控制呼吸运动的可行性,相比较RPM系统,本系统的成本更低、患者更为易受,临床适用性佳。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R730.55;TP274
【图文】：

肿瘤,呼吸运动,中间位置,示意图

随呼吸运动示意图（a）为肿瘤在呼吸运动的中间位置，b、c 分别吸运动的上端和下端）肿瘤的实际运动区域，虚线部分为外扩 PTV。采用特定设备及操作方法，尽量地形成个体化的 CTV，瘤的治疗及保障术后患者生存质量尤为重要。中呼吸运动的处理方法小由于人体的呼吸运动给放疗带来的影响，确保三精准则手段应用在临床上：（1）屏气技术，人为的控制被检查者度；（2）腹部压缩技术，强制性地减小肿瘤运动获取更精确术，即在传统技术之上对影像获取、放疗计划制定和计划器官的运动随时间的变化这一因素考虑进去；（4）实时跟或体表植入标记物实时指导照射位置和照射时长；（5）呼吸

系统操作,页面,摄像机

图 2.2 RPM 系统操作页面RPM 系统主要由以下几个部分组成：1）红外跟踪摄像机，是一种电荷耦合器件（Charge-coupled Device, CCD），由能感知探测光的硅片组成，其材质特性可以灵敏捕获红外线。在镜头外有一个可以自发红光的闪光环，发出红外线经反射标记块上的标记点反射后可被摄像机捕捉，并实时存储下标记块的位置坐标，上载到主控台计算机进行处理后给出被检查者的呼吸运动曲线。摄像机的镜头有 25mm 和 50mm 两种制式，视不同的使用环境区别布置。2）在红外跟踪摄像机正下方布置有室内取景器，作用是实时显示摄像机采集到的图像。3）计算机工作台运行 RPM 系统自带的计划系统（The Eclipse treatmentplanning system），能给出跟踪摄像机获得的即时数据和被检查者波形等信息。4）门控开关盒（Gating Switchbox）用多功能数据线和加速器实现与主控计算机的关联，由手动开关安排该被检查者是否使用呼吸门控。值得一提的是，这

图像序列,分组过程,图像,组织结构

学硕士研究生学位论文肿瘤放射治疗呼吸相位探测系统后实施进床动作，重复上述操作直到扫描覆盖所要求范围。值选定的呼吸周期，需要被 4D-CT 获取的组织结构都要被存储致后期数据处理时部分组织结构的一段时相（振幅）的数据丢习惯将4D-CT扫描的被检查者从呼气到吸气的全过程拆分为、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%。扫描后建图像序列。如图 2.5 所示。

【相似文献】