4 курс / Лучевая диагностика / ПРИМЕНЕНИЕ_КИЛОВОЛЬТНОГО_РЕНТГЕНОВСКОГО_ИЗЛУЧЕНИЯ_ДЛЯ_ПЛАНИРОВАНИЯ

Квантовый шум

На качество изображения влияет «шум», зависящий от множества факторов. Однако в предельном случае и при идеальных условиях качество изображения ограничивается квантовым шумом, который является результатом статистической природы взаимодействия рентгеновского излучения с приемником изображения. В очень чувствительном (с высоким коэффициентом усиления) приемнике изображения (таком, как УРИ) требуется немного квантов для формирования измеряемого сигнала. При оценке шума в системе необходимо учитывать все источники шума, принимая во внимание различную эффективность преобразования. Как правило, окончательно отношение сигнал/шум устанавливается на стадии «квантовой ямы», в которой число переносчиков информации наименьшее [4]. Увеличение экспозиции пленки может уменьшить шум.

Экспозиция при рентгенографии

В идеальном случае необходимо применить низкое напряжение для того, чтобы максимизировать контраст; мы должны работать вблизи линейной области характеристической кривой пленки, выбирать минимальное время экспозиции, чтобы минимизировать любые эффекты от движения, и использовать лучшую комбинацию пленка–экран, чтобы минимизировать дозу на пациента.

Экспозиция на поверхности тела пациента определяется как:

где d – это расстояние, кВ – максимальное напряжение на трубке, мА – ток в трубке, и с – время экспозиции в секундах. Для определенного напряжения общая экспозиция пропорциональна как току рентгеновской трубки, так и времени экспозиции. Реакция пленки будет одинаковой для любой комбинации, которая дает одно и то же произведение, и это произведение обычно указывается в мАс. Это свойство нарушается только при очень долгой или короткой экспозиции, хотя современное оборудование в этих случаях считает величину мАс автоматически. Обычно эти значения находятся в диапазоне от 1 до 650 мАс.

41

Составляющие экспозиции часто заблаговременно заносятся в пульт управления рентгеновской части симулятора (анатомическое программирование). Применение этих заранее введенных данных основывается на экспериментальном и практическом клиническом опыте. Как только значение мАс установлено для данного аппарата или процедуры, дальнейшие различия от пациента к пациенту можно отрегулировать вручную небольшим изменением напряжения. В целом, экспозиции при симуляции не играют столь значительной роли, как при диагностических процедурах, поскольку в дальнейшем пациенты облучаются гораздо большей дозой. Например, стандартная доза при дистанционной лучевой терапии составляет 60 Гр. Рассеянная доза на расстоянии >20 см от края облучаемого объема может быть мала, около 0,1%, т.е. 0,06 Гр или 6 сГр, хотя в действительности эти значения будут в целом выше, особенно на близких расстояниях от края поля. Обычные экспозиции диагностического излучения в области таза дают дозу 0,2 сГр. Добавьте к этому приблизительно 0,5 сГр от флюороскопии, затем суммарную экспозицию для обычного процесса симуляции – и это будет меньше, чем 1 сГр, что мало по сравнению с рассеянной дозой от мегавольтного пучка на большом расстоянии. На близких расстояниях или в поле облучения относительная экспозиция диагностического излучения пренебрежимо мала по сравнению с терапевтическим облучением. Ясно, что для выполнения главного принципа «насколько можно меньше и разумно для достижения данной цели (ALARA)», ограничения получаемых пациентом доз при симуляции могут быть несколько снижены по сравнению с обычными экспозициями при диагностике, которые выполняются для пациентов, не получающих лучевой терапии.

Усилитель рентгеновского изображения

Усилитель рентгеновского изображения (УРИ) обеспечивает возможность просмотра рентгеновского изображения пациента в реальном времени, когда пучок включен. Использование УРИ дает оператору возможность менять различные параметры, такие как размер поля, угол поворота гантри, положение стола и поворот коллиматора, во время просмотра изображения из пультовой. В то же время, оператор может следить за движениями пациента и за его дыханием во время рентгеноскопии. Таким образом,

42

рентгеноскопия в реальном времени позволяет формировать оптимизацию, которая невозможна при быстрой экспозиции, используемой при рентгенографии.

Рис. 2.8. Конструкция усилителя рентгеновского изображения

Усилитель изображения представляет собой вакуумную трубку (рис. 2.8) с флюоресцирующим экраном на одном конце. Входной флюоресцирующий экран обычно изготовлен из слоя кристаллов, например, йодида цезия (CsI), который поглощает часть рентгеновских фотонов и превращает их в световое излучение малой интенсивности. За входным экраном помещают фотокатод, который имеет светочувствительную поверхность и испускает низкоэнергетические фотоэлектроны при облучении оптическими фотонами, вышедшими из экрана. Таким образом, рентгеновское изображение с различной плотностью потока превращается в электронное изображение с соответствующими различиями по интенсивности электронов. Электроны испускаются по всем направлениям, затем они фокусируются и ускоряются высоким напряжением (порядка 25 кВ) между двумя концами трубки, формируя яркое световое изображение на выходном люминофоре, который намного меньше, чем входной. Это изображение намного

43

ярче на выходном экране по двум причинам: во-первых, высокое напряжение ускоряет электроны, таким образом увеличивает их энергию, что приводит к увеличению яркости на 1-2 порядка, вовторых, более маленькое изображение увеличивает яркость в соответствии с отношением площадей входного и выходного люминофоров. Это уменьшенное изображение передается через зеркало, встроенное в телевизионную камеру, и передается на монитор. Зеркало, установленное под углом 45° уменьшает длину УРИ. Длина УРИ – это очень важный параметр, поскольку нам необходимо получить наибольшее поле обозрения и в то же время, по возможности, самый короткий прибор, который ограничивает пространство, необходимое для проведения процедуры симуляции.

Второе ограничение УРИ – это поле обозрения, которое ограничено диаметром от 23 до 40 см (наиболее распространено 30 см). Поэтому УРИ устанавливают на нижнюю часть гантри, что позволяет перемещать его вдоль и поперек осей поля симулятора, чтобы увеличить площадь поверхности пациента, которую можно визуализировать. Кроме того, изображения, созданные УРИ, испытывают геометрические искажения, вызванные электронной оптикой или оптическим искажением линзы. Одним из самых главных факторов, влияющих на качество изображения, является вуаль (veiling glare). Вуаль образуется благодаря рассеянию света и рентгеновских лучей непосредственно в пределах УРИ и создает однородный сигнал по всей области изображения. Вуаль создает проблемы, когда одновременно рассматриваются сильно и минимально ослабленные области рентгеновского пучка. Вуаль может быть намного больше, чем основной сигнал, созданный в сильно ослабляющей области. Эти мешающие сигналы, созданные вуалью, уменьшают контраст и отношение сигнал–шум на результирующих изображениях. Более того, в таком случае часто получаются насыщенные изображения из-за ограничения динамического диапазона большинства телевизионных камер. Такая ситуация встречается весьма часто при симуляции облучения области таза с боковых направлений при лечении прямой кишки, предстательной железы, или при гинекологических заболеваниях, головы и/или шеи с боковых полей, облучения легкого с наклонных полей и тангенциального облучения молочной железы. С точки зрения диагностической радиологии, общее решение – это уменьшение размера поля так, чтобы были видны только

44

однородные области пациента. Благодаря появлению возможности получения несимметричной формы поля на симуляторах, сходный метод используется и в лучевой терапии. Однако часто уменьшить размеры поля невозможно. В связи с этим для увеличения однородности основного рентгеновского пучка, достигающего УРИ, применяют алюминиевые клиновидные фильтры или однородные медные (толщиной 1 мм) фильтры. Важно понимать, что, даже на хорошо сконструированной и функционирующей рентгеновской системе, можно получить плохие изображения при необычных условиях получения снимка, которые требуются для симуляции плана лучевой терапии.

Существуют разработки, которые увеличивают эффективность применения УРИ, в частности, использование сохранения последнего изображения (last image hold). Это видео-цифровой преобразователь, который предназначен для просмотра и хранения последнего видеокадра, полученного до окончания исследования. Часто медицинскому персоналу нужно время для того, чтобы оценить укладку до продолжения процедуры симуляции. Последнее изображение позволяет наблюдать анатомию пациента без его облучения, преобразовывать изображение (уменьшать шум, повышать пространственное разрешение, выравнивать интенсивность), чтобы улучшить его качество, уменьшает облучение пациента, т.к. отсутствует излучение во время оценки изображения, уменьшает тепловую нагрузку в рентгеновской трубке. Снижение дозы на пациента может быть значительным (до десятка раз), что минимизирует общее облучение. Обычно, даже с использованием сохранения изображения средняя доза при рентгеноскопии в 2-3 раза больше, чем при рентгенографии.

Другое усовершенствование – это подключение аппарата к онкологической информационной сети. Получение и хранение изображения на УРИ и в архиве изображений одинаково, т.е. видео сигналы преобразуются и хранятся в цифровой форме, при этом значительно увеличиваются возможности и преимущества метода для клинического процесса. Обычно процесс получения изображения корректирует геометрические искажения, вносимые УРИ, и совмещает 4-5 изображений, полученных от УРИ с 4 мест, расположенных по углам от продольного и поперечного направлений. Такой метод создает изображения с намного большим полем обозрения по сравнению с диаметром поля 30 (23-

45

36) см от УРИ. Поскольку эти рентгеноскопические изображения геометрически точные, имеют большое поле обозрения и получаются усреднением большого числа видеокадров, что улучшает качество изображения, то их можно использовать вместо снимков для планирования облучения. Программное обеспечение позволяет совершенствовать цифровую рентгенографию. Цифровые изображения можно передавать по сети в линейные ускорители, где они используются в качестве «предписанных» изображений для облучения. Ясно, что новые методы позволяют автоматизировать ряд задач проведения лучевой терапии. В то же время, эти усовершенствования требуют лучшей гарантии качества симулятора для обеспечения точности, и чтобы информация передавалась в устройство для облучения как можно точнее.

В настоящее время созданы плоские приемники изображений, использующие в качестве датчика аморфный кремний, которые работают при режимах рентгеноскопии и рентгенографии. Эти детекторы создают гораздо лучшее «предписанное» изображение. Они геометрически точны (нет геометрических искажений и нет необходимости в ГК для обеспечения геометрической точности изображений), они не портятся от яркого света и имеют очень большой динамический диапазон, т.е. обеспечивают намного лучшее решение задачи создания «предписанного» изображения, чем текущий просмотр с УРИ. Создание приборов с большим полем видимости (до 50×50 см2) отменит необходимость применения УРИ, при этом добавится больше возможностей в симуляции вариантов лучевой терапии.

Процесс усиления изображений с помощью УРИ включает несколько этапов. Это преобразование рентгеновских фотонов в оптические на входном экране из иодида цезия, оптических фотонов в электроны на фотокатоде, фотоэлектронов в свет на выходном экране, зеркальное отражение и превращение света в электроны внутри телевизионной камеры, и электронов в свет на видео экране монитора. Поскольку на каждом этапе возможна потеря пространственного разрешения или дополнение в шум, то качество изображения часто ограничивается телевизионной камерой. Поскольку телевизионные камеры улучшаются, то должно совершенствоваться и получение изображений.

46

Цифровые изображения можно передавать в систему планирования облучения как вспомогательное средство для определения формы и положения защитных блоков, формы поля, определения положения лепестков многолепесткового коллиматора. Их также можно передавать в аппарат для облучения для прямого сравнения с цифровыми портальными изображениями. Эти сравнения можно осуществлять при помощи программного обеспечения и автоматической регистрации на оборудовании, которое определяет величину и направление изменений, которые необходимо внести в укладку пациента в соответствии с первоначально запланированным положением на симуляторе.

2.4. Конструкция стола

Для идентичности положения пациентов, как на симуляторе, так и на облучающем аппарате, конструкция стола симулятора должна идеально совпадать со столами на всех терапевтических аппаратах, что иногда трудно сделать, если клиника имеет аппараты от разных производителей. Стол симулятора должен быть прозрачен для рентгеновского излучения в области, используемой для получения изображения.

Столы на терапевтических аппаратах часто имеют вставки в виде «теннисной ракетки», т.е. зона отверстия заделана переплетением тонкой прочной лески, или в отверстие вставлены тонкие окна из майларовой пленки, что должно сохранить зону электронного неравновесия при облучении пучком, направленным из-под стола. Некоторые производители делают столы с твердой основой из углеродсодержащего материала, чтобы имитировать столы терапевтических аппаратов. Иногда столы делают с бортиком для обеспечения достаточной прочности и поддержки пациента. Однако эти бортики создают неудобства при получении рентгеновского изображения, даже если они находятся вдали от тела пациента. Современные столы делают без бортиков с твердой плоской столешницей. Однако сплошная твердая столешница не обеспечивает такой же прогиб, как у терапевтического стола с тонким окном. Эти различия могут стать причиной несоответствия объемов мишени или нормальной ткани между укладкой на РС и на терапевтическом аппарате на 0,5-1 см. Для уменьшения погрешностей укладки больного некоторые производители РС

47

также применяют «теннисные ракетки» или майларовые окна, чтобы создавать одинаковый прогиб. Некоторые столы содержат также легко устанавливаемые метки как вспомогательное средство для крепления фиксирующих устройств. Более того, продольный прогиб стола из-за веса пациента должен быть идентичен прогибу терапевтического стола, чтобы обеспечить одинаковые укладки пациента и уменьшить вероятность столкновения радиационной головки и стола.

При комплексной закупке оборудования для лучевой терапии лучше всего получить симулятор и ускоритель электронов от одного производителя. Тогда столы будут совершенно идентичными.

Ограничение движения разных частей симулятора

Хотя геометрия симулятора должна полностью совпадать с геометрией терапевтического аппарата, на практике существуют ситуации, при которых невозможна их полная идентичность из-за различий в конструкции. Одно из таких ограничений – это совместный поворот гантри и стола для создания наклона пучка относительно продольной оси пациента (рис. 2.9). Такие движения нельзя выполнить из-за большого размера УРИ. Заметим, что это не является проблемой при использовании КТ и виртуальной симуляции.

Симуляторы часто имеют меньшее расстояние от пола до изоцентра (обычно 115 или 125 см) по сравнению с терапевтическими аппаратами (120-130 см) из-за наличия дополнительной защиты и системы магнита в радиационной головке ЛУЭ. Хотя меньшая высота изоцентра более удобна для работы медицинского персонала, иногда бывают случаи, приводящие к большему числу ограничений при укладке на симуляторе, чем на облучателе. Применение клиновидной подложки или поднимающей подставки (рис. 2.10), чтобы сделать горизонтальным контур передней поверхности груди пациента, заставляет опустить стол так, чтобы поместить изоцентр на уровне планируемого объема мишени, который расположен выше. На некоторых симуляторах с небольшой высотой между полом и изоцентром это сделать невозможно.

48

решетки обычно вставляют в головку аппарата ниже коллиматора. Для каждого РИО требуется применять отдельную решетку. Преимущество таких решеток заключается в том, что с их помощью можно легко определить размеры поля и оценить расстояния, не применяя расчетов коэффициентов увеличения. Таким образом, врач может легко определить, насколько необходимо изменить размер поля для достижения равномерного покрытия мишени, или отодвинуть край поля от критического органа.

Рис. 2.10. Фиксирующее устройство с подставкой, поднимающей торс больного при облучении опухолей легкого или молочной железы

В случае, если надо имитировать поля электронов, в качестве дополнительной опции покупают достаточно неудобные электронные аппликаторы. Не всегда ясно, какое значение имеет для электронного облучения полученное рентгеновское изображение, поскольку глубина проникновения электронов мала. Однако преимуществом таких аппликаторов является то, что они позволяют отработать укладку пациента и проверить форму фигурного поля по световому полю на коже больного в геометрии облучения. В настоящее время разработчики РС создают технику, позволяющую определять форму фигурного поля с использованием светового поля симулятора с учетом расходимости пучка. Часто

50