放疗KV CBCT成像技术介绍与应用

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放疗KV CBCT成像技术介绍与应用

作者：自言自语  转自放疗ABC微信公众号

    在放疗领域使用的KV CBCT的工作流程，一般情况治疗前采集CT影像数据，然后与定位CT进行在线配准，如果得到的比对结果如果在容许误差范围内，则治疗可以进行，比对结果如果超出误差容许范围，系统会自动形成新的摆位参数，直接修正患者治疗的位置参数，实现病人定位与治疗时摆位的精确重复，最终达到控制肿瘤和保护周围重要器官的最佳治疗效益。

    1、KV CBCT的一般成像原理
    CBCT获取数据的投照原理和传统扇形扫描CT是不同的，X线球管以较低的射线量围绕患者做环形DR（数字式投照），获得的图像数据在计算机中重建后进而获得三维图像。从成像结构看，CBCT用三维锥形束X线扫描代替常规诊断CT的二维扇形束扫描；与此相对应，CBCT采用一种二维面状探测器来代替常规诊断CT的线状探测器。

    由上图可知，因为数据获取的方式不一样，常规诊断CT的投影数据是一维的，重建后的图像数据是二维的，后处理工作站上的三维图像是连续多个二维切片堆积而成的；CBCT的投影数据是二维的，重建后直接得到三维图像。
    显然，CBCT采用锥形束X线扫描可以显著提高X线的利用率，只需旋转360度即可获取重建所需的全部原始数据，而且用面状探测器采集投影数据可以加速数据的采集速度。

    见上图，需要特别指出，诊断级别的CBCT所具有的两个优势即很低的成像剂量和很高的各向同性空间分辨力，在放疗中使用的CBCT正好相反，即成像软组织分辨率和空间分辨率均比较差，而且成像剂量要比常规诊断CT高一个数量级别。
    2、放射治疗用KV CBCT的研发历程
    1992年，Dr.John Wong 在William Beaumont Hospital开始研究在加速器平台上进行 kV 验证的可行性。

    1995年，研究团队决定重点研究加速器平台上的 kV CBCT的应用，两年后首次获得了 kV CBCT 图像。
    接下来的一年，研究团队将CCD 图像检测器换成新的 aSi 非晶硅平板检测器，完成第三代实验装置的修改。
    时间到了1999年，第一台 X 线平板容积扫描成像装置 (XVI) 终于在 SL20 加速器平台上运转成功。
    对于这台第三代的原型机的成功，使得医科达开始关注KV CBCT。次年研究团队完成了第四代实验装置原型机：使用 41cm X 41cm的平板检测器。

    2000年秋，医科达宣布正式委托并赞助 XVI 项目，并在当年的 ASTRO 会议上展出了 Synergy XVI 样机。至此，Synergy XVI 的基本结构定型。
    经过不断完善，医科达的图像引导系统在2003年10月23日率先获得了美国 FDA 签发的 510k 的上市许可，批文编号 K032996。
    与医科达的拿来主义模式不同，瓦里安则依靠自己能力研发了OBI系统，大约一年后，瓦里安的OBI通过FDA批准。
    3、正在应用的主要产品介绍
    目前市面上主要是医科达的XVI和瓦里安的OBI两个产品。
    医科达的XVI，在CFDA注册时中文名叫容积影像系统：

    瓦里安的OBI，在CFDA注册时中文名叫机载影像系统：

    它们均提供三种不同的kV影像采集模式：
    影像模式：采集一张静态 2D 平面影像；

    透视模式：可获得治疗靶区的动态影像

    锥形束CT 模式：
    加速器机架旋转过程中采集影像，系统保存每张 2D 投影影像及采集影像时的机架角度，并使用此数据重建解剖结构容积 3D 影像，用于对比导入CT参考影像进行配准。