Способ верификации укладки пациента при дистанционной лучевой терапии и схема устройства двухэнергетического детектора Российский патент 2019 года по МПК A61B6/03 G21K1/00 G01T1/161 

Изобретение относится к радиационным методам контроля, а именно к рентгенографическому способу, и может быть использовано при верификации положения пациента относительно изоцентра аппарата для дистанционной лучевой терапии.

Известен способ верификации с использованием спирального компьютерного томографа, расположенного в одной комнате с аппаратом лучевой терапии, при этом стол обеспечивает позиционирование пациента в терапевтическом и в диагностическом аппарате за счет получения 3-мерной томограммы [1].

Также известен способ контроля укладки пациента с использованием магнитно-резонансного томографа, который может располагаться как в отдельной комнате, так и в совмещении с аппаратом лучевой терапии [2], [3].

Известны способы и методы верификации укладки пациента и использования мегавольтных (MB) систем получения изображения, основанных на получении теневых проекций исследуемой области пациента терапевтическим пучком и регистрации этого пучка плоскопанельным детектором, расположенным после пациента, как с введенными в пациента маркерами, так и без них. При этом совмещение исходных данных из системы планирования происходит как по планарным данным, так и по томографическим [4], [5].

Наиболее близким по технологии и конструктивному исполнению является способ верификации укладки пациента при дистанционной лучевой терапии, реализующий получение кВ -изображений с использованием рентгеновской трубки с рабочими напряжениями в диапазоне 80 - 140 кВ и регистрации прошедшего через тело пациента излучения плоскопанельным детектором. При этом верификация может проводиться как с использованием рентгеноконтрастных маркеров, введенных в околоопухолевое пространство, так и по совмещению костных структур или мягких тканей тела пациента [6], [7].

Недостатком перечисленных методов верификации является низкая точность позиционирования, обусловленная малой контрастностью изображения, что в свою очередь является следствием ограниченного динамического диапазона применяемых систем визуализации.

Техническим результатом настоящего изобретения является улучшение качества получаемых 2D изображений, в том числе, в случаях, когда исследуемая область пациента находится в процессе движения, связанного с дыханием или иными физиологическими процессами организма. Улучшение качества изображений заключается в более четком определении границ мишени для дальнейшего совмещения с данными из системы планирования. Это обеспечивает более корректную верификацию укладки пациента при дистанционной лучевой терапии.

Указанный технический результат достигается за счет разделения низкоэнергетической и высокоэнергетической составляющих рентгеновского спектра, поглощенного в детекторе, за счет того, что профиль системы фильтрации прошедшего излучения создает такой поток излучения, что часть пикселей детектора регистрирует излучение, не взаимодействовавшее с фильтром, а другая половина пикселей регистрирует излучение, прошедшее через фильтр. При этом должно обеспечиваться условие, что комбинация четырех рядом стоящих пикселей состоит из двух пикселей, регистрирующих излучение, не взаимодействовавшее с фильтром, и двух пикселей, регистрирующих излучение, прошедшее через фильтр.

Для реализации способа представлена схема устройства (фиг. 1 и 2), содержащего: рентгеновский аппарат 1, создающий направленный поток рентгеновского излучения 2 изучаемой области тела пациента 3, через которое проходит направленный поток рентгеновского излучения, плоскопанельный детектор рентгеновского излучения 5 с закрепленным на его торце фильтром 4, расположенным на минимально возможном расстоянии до сцинтиллятора и перекрывающим половину пикселей детектора в шахматном порядке (фиг. 2а) или в виде параллельных ламелей (фиг. 2b).

Устройство работает следующим образом: устройство устанавливается в помещение с аппаратом для дистанционной лучевой терапии и помещается непосредственно на аппарат лучевой терапии или рядом с ним. При этом необходимо знать информацию о взаимном расположении центров аппарата и устройства. Контролируемый участок тела пациента 3 располагается в исходном положении, после чего рентгеновский аппарат 1 создает поток рентгеновского излучения, направленный на контролируемый участок тела пациента. Прошедшее сквозь пациента излучение попадает на фильтр рентгеновского излучения 4. Часть излучения, а именно, низкоэнергетическая составляющая спектра, поглощается в фильтре. В дальнейшем детектор рентгеновского излучения осуществляет детектирование всего поля рентгеновского излучения, как прошедшего, так и не прошедшего через фильтр 5.

После завершения экспонирования происходит обработка данных с детектора. Суть обработки данных заключается в следующем: берутся данные с четырех близлежащих пикселей, два из которых регистрируют излучение, не взаимодействовавшее с фильтром, т.е. полный спектр излучения (группа 1), а два других пикселя регистрируют излучение после взаимодействия с фильтром, т.е. высокоэнергетическую часть спектра излучения (группа 2). Далее происходит сложение сигналов в каждой из групп пикселей и вычитание сигнала второй группы пикселей из первой, что дает информацию о низкоэнергетической составляющей спектра. Информация о низкоэнергетической составляющей спектра, полученной в группе из четырех пикселей, приписывается к средней координате этих пикселей.

Литература

[1] Chrysi Papalazarou, Gijsbert J. Klop, Maaike T. W. Milder, Johannes P.A. Marijnissen, Vikas Gupta, Ben J. M. Heijmen, Joost J.M.E. Nuyttens, Mischa S. Hoogeman "CyberKnife with integrated CT-on-rails: system description and first clinical application for pancreas SBRT". Med Phys. 2017 Sep;44(9):4816-4827. DOI: 10.1002/mp. 12432. Epub 2017 Aug 2.

[2] Robba Rai, MHlthSc, Shivani Kumar, MPH, Vikneswary Batumalai, PhD, Doaa Elwadia, BAppSc, Lucy Ohanessian, BAppSc, Ewa Juresic, MMagResonTech, Lynette Cassapi, BSc, Shalini K. Vinod, MD, Lois Holloway, PhD, Paul J. Keall, PhD, & Gary P. Liney, PhD "The integration of MRI in radiation therapy: collaboration of radiographers and radiation therapists". Collaboration of radiographers and radiation therapists. Journal of Medical Radiation Sciences, February 2017, 64 61-68. DOI: 10.1002/jmrs.225

[3] Benjamin W. Fischer-Valuck MD, Lauren Henke MD, "Two-and-a-half-year clinical experience with the world's first magnetic resonance image guided radiation therapy system". Adv Radiat Oncol. 2017 Jun l;2(3):485-493. DOI: 10.1016/j.adro.2017.05.006. eCollection 2017 Jul-Sep.

[4] Nithya Kanakavelua, E. James Jebaseelan Samueld "Assessment and evaluation of MV image guidance system performance in radiotherapy". Rep Pract Oncol Radiother. 2015 May-Jun;20(3): 188-97. doi: 10.1016/j.rpor.2015.01.002. Epub 2015 Feb 7.

[5] Olivier Morin B.S.E., Amy Gillis M.D., Josephine Chen Ph.D, Michele Aubin M.S.E.E., M. Kara Bucci M.D., Mack Roach III M.D., Jean Pouliot Ph.D. "Megavoltage cone-beam CT: System description and clinical applications". Med Dosim. 2006 Spring;31(1):51-61. DOI: 10.1016/j.meddos. 2005.12.009.

[6] Peter H. Goff MD, PhD, Louis B. Harrison MD, FASTRO, Eli Furhang PhD, Evan Ng MBBS, FRANZCR, Stephen Bhatia RTT, Frieda Trichter DSc, Ronald D. Ennis MD "2D kV orthogonal imaging with fiducial markers is more precise for daily image guided alignments than soft-tissue cone beam computed tomography for prostate radiation therapy". Adv Radiat Oncol. 2017 May 4;2(3):420-428. DOI: 10.1016/j.adro. 2017.05.001. eCollection 2017 Jul-Sep.

[7] , Stine Korreman, Peter Meidahl Petersen "Comparison of the accuracy and precision of prostate localization with 2D-2D and 3D images". Radiother Oncol. 2011 Feb;98(2).175-80. doi: 10.1016/j.radonc.2010.11.012. Epub 2010 Dec 21.

Группа изобретений относится к радиационным методам контроля, а именно к рентгенографическому способу, и может быть использовано при верификации положения пациента относительно изоцентра аппарата для дистанционной лучевой терапии. Способ верификации укладки пациента при дистанционной лучевой терапии заключается в укладке пациента таким образом, чтобы контролируемый участок тела пациента располагался в исходном положении относительно потока рентгеновского излучения аппарата для дистанционной лучевой терапии, разделении прошедшего сквозь участок тела пациента излучения на низкоэнергетическую и высокоэнергетическую составляющие рентгеновского спектра посредством фильтра, регистрации прошедшего излучения на плоскопанельном детекторе рентгеновского излучения и обработке данных с детектора после завершения экспонирования, при этом фильтр закреплен на торце плоскопанельного детектора рентгеновского излучения, поглощает низкоэнергетическую составляющую рентгеновского спектра и перекрывает половину пикселей детектора в шахматном порядке или посредством параллельных ламелей, половина пикселей детектора регистрирует излучение, не взаимодействовавшее с фильтром, и образует первую группу пикселей, а другая половина пикселей детектора регистрирует излучение, прошедшее через фильтр, и образует вторую группу пикселей, при этом обеспечивается условие регистрации излучения, когда комбинация четырех рядом стоящих пикселей состоит из двух пикселей первой группы, регистрирующих излучение, не взаимодействующее с фильтром и представляющее полный спектр рентгеновского излучения, и двух пикселей второй группы, регистрирующих излучение, прошедшее через фильтр и представляющее высокоэнергетическую составляющую спектра рентгеновского излучения, при обработке данных в каждой из групп пикселей проводят сложение сигналов, вычитают сигнал второй группы пикселей из первой и получают информацию о низкоэнергетической составляющей спектра рентгеновского излучения, полученной для четырех пикселей первой и второй групп, которую относят к средней координате пикселей, после чего определяют границы контролируемого участка тела пациента и совмещают их с данными из системы планирования дистанционной лучевой терапии. Устройство для осуществления способа содержит аппарат для дистанционной лучевой терапии, фильтр, выполненный с возможностью разделения прошедшего сквозь область тела пациента излучения на низкоэнергетическую и высокоэнергетическую составляющие рентгеновского спектра, и плоскопанельный детектор рентгеновского излучения. Использование группы изобретений позволяет улучшить качество получаемых 2D изображений, в том числе в случаях, когда исследуемая область пациента находится в процессе движения, связанного с дыханием или иными физиологическими процессами организма. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ верификации укладки пациента при дистанционной лучевой терапии, заключающийся в укладке пациента таким образом, чтобы контролируемый участок тела пациента располагался в исходном положении относительно потока рентгеновского излучения аппарата для дистанционной лучевой терапии, разделении прошедшего сквозь участок тела пациента излучения на низкоэнергетическую и высокоэнергетическую составляющие рентгеновского спектра посредством фильтра, регистрации прошедшего излучения на плоскопанельном детекторе рентгеновского излучения и обработке данных с детектора после завершения экспонирования, отличающийся тем, что фильтр закреплен на торце плоскопанельного детектора рентгеновского излучения, поглощает низкоэнергетическую составляющую рентгеновского спектра и перекрывает половину пикселей детектора в шахматном порядке или посредством параллельных ламелей, половина пикселей детектора регистрирует излучение, не взаимодействовавшее с фильтром, и образует первую группу пикселей, а другая половина пикселей детектора регистрирует излучение, прошедшее через фильтр, и образует вторую группу пикселей, при этом обеспечивается условие регистрации излучения, когда комбинация четырех рядом стоящих пикселей состоит из двух пикселей первой группы, регистрирующих излучение, не взаимодействующее с фильтром и представляющее полный спектр рентгеновского излучения, и двух пикселей второй группы, регистрирующих излучение, прошедшее через фильтр и представляющее высокоэнергетическую составляющую спектра рентгеновского излучения, при обработке данных в каждой из групп пикселей проводят сложение сигналов, вычитают сигнал второй группы пикселей из первой и получают информацию о низкоэнергетической составляющей спектра рентгеновского излучения, полученной для четырех пикселей первой и второй групп, которую относят к средней координате пикселей, после чего определяют границы контролируемого участка тела пациента и совмещают их с данными из системы планирования дистанционной лучевой терапии.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее аппарат для дистанционной лучевой терапии, фильтр, выполненный с возможностью разделения прошедшего сквозь область тела пациента излучения на низкоэнергетическую и высокоэнергетическую составляющие рентгеновского спектра, и плоскопанельный детектор рентгеновского излучения, отличающееся тем, что фильтр закреплен на торце плоскопанельного детектора рентгеновского излучения, выполнен с возможностью поглощения низкоэнергетической составляющей рентгеновского спектра и перекрытия половины пикселей детектора рентгеновского излучения в шахматном порядке или посредством параллельных ламелей, при этом детектор установлен таким образом, что половина его пикселей регистрирует излучение, не взаимодействовавшее с фильтром, и образует первую группу пикселей, а другая половина пикселей детектора регистрирует излучение, прошедшее через фильтр, и образует вторую группу пикселей, и выполнен таким образом, что обеспечивается условие регистрации излучения, когда комбинация четырех рядом стоящих пикселей состоит из двух пикселей первой группы, регистрирующих излучение, не взаимодействующее с фильтром и представляющее полный спектр рентгеновского излучения, и двух пикселей второй группы, регистрирующих излучение, прошедшее через фильтр и представляющее высокоэнергетическую составляющую спектра рентгеновского излучения.