Make & Enjoy
一帮工程师的兴趣小站

放疗图像引导(四):核磁引导成像技术介绍

GRT磁共振影像引导放疗(MRIgRT)是将 MRI 设备与放射治疗设备组合在一起的一种新型 IGRT 放疗设备,临床对MRIgRT寄予了厚望。

1、MR图像优势

MRI的软组织对比分辨率最高,成像不受骨像干扰,它可以清楚地分辨肌肉、肌腱、筋膜、脂肪等软组织。

640正是MRI 图像对软组织的对比度非常清晰,分次治疗过程中,核磁图像引导可以清晰地显示软组织,实时引导肿瘤治疗。由于肿瘤目标清晰确定,正常组织将受到更少的剂量损害,加上没有无辐射,放疗副反应大大降低。临床价值不仅仅是病人生存率提高,同时病人生活质量也将得到有效提升。

640 (1)640 (2)

2、MRIgRT系统模型

2.1 Utrecht(Elekta)模型

640 (3)上图是University Medical Centre 从2000年开始研究MRIgRT系统后,给出的原型结构图:中间灰色部分为MRI扫描部分,外围蓝色部分为Linac旋转机架,红色方块表示Linac辐射头。

下图是医科达官方微信提供的照片,已经经过改进和完善,:

640 (4)

2.2 ViewRay的模型

640 (5)

ViewRay是采用Co-60结合永磁铁磁场,使用三个Co-60源作为治疗头。

3、MRLinac的主要挑战:MRI 的高场强磁场不能对Linac产生磁耦合作用

Atlantic项目的MRLinac是基于Philips Achieva 1.5T 全身磁共振系统结合Elekta Compact 6MV加速器进行原理设计、论证和原型机系统的构建。而传统加速器安装时候往往需要远离磁共振机房。那么问题来了,当加速器遇到MR的高场强磁场时,该如何屏蔽MR的磁场呢?

为使Linac处于B=0的磁场工作环境,研究团队给出的解决方案是在MRI磁线圈外层增加两个逆向补偿线圈,使磁场互相抵消。

640 (6)

研发团队经过测量,增加两个逆向补偿线圈后,可以发现加速器的枪所在位置磁场强度<1mT,达到了加速器的磁屏蔽要求。

640 (7)

4、MRLinac的剂量学特点

光子线束进入人体后主要发生康普顿效应为主,由于MR磁场的存在,因康普顿效应产生次级电子在洛伦兹力的作用下发生偏转。AJ Raaijmakers于2005在《Physics in Medicine & Biology》发表的文章可以知道,在射线束进入和离开模体的时候,能量沉淀与没有磁场情况下的剂量分布完全不一样,我们可以从PDD和Profile两方面看到这种区别。

下图是测试光子束在磁场中能量沉淀的一种方法:

640 (8)

4.1 磁场对PDD曲线和Profile曲线的影响

640 (9)640 (10)

从上述左边的PDD曲线和右边的Profile曲线图可以得到6MeV 光子线在1.5T 磁场强度下:
(1)建成深度减小了4-5mm;
(2)射野有侧移;
(3)射野宽度未受影响。

4.2 磁场对次级电子的影响

640 (11)(1)入射方向,在磁场作用下,结合2.1里面PDD曲线,可以清楚的看到建成区更靠近体表;

(2)出射方向,次生电子在洛伦兹力的作用下发生偏转,在体模-空气边界处回转再射入体模,导致在体模—空气边界处的剂量增高显著(电子返回效应,Electron Return Effect)。

4.3电子返回效应的临床问题和解决办法

由于电子返回效应的存在,组织—空气边界的局部剂量将会增高,这将是MRIgRT中一个非常重要的问题:

(1)射线在皮肤出口处的剂量会增高;

(2)体内空气腔(例如口鼻腔、气管、肺、直肠等)部位的剂量会增高。

研究者研究发现,对于电子返回效应,可以增加一个对侧野或者旋转照射来补偿电子返回引起的局部剂量增高的问题。

640 (12)可以预见的是,MRLinac将要开展的不是普通放疗,一般会是IMRT,甚至VMAT,所以电子返回效应应该可以被很好的补偿。

5、已有MRIgRT设备介绍

目前主要有美国ViewRay公司的MRIdian和医科达公司的Atlantic项目推出的MRLinac。

5.1  医科达公司的Atlantic项目的MRLinac

按医科达官方消息,2015年伊始,美国第一台高端核磁共振引导的直线加速器在休斯顿德克萨斯州立大学的MD Anderson癌症中心开始安装。在去年的10月份时候,MD Anderson癌症中心项目已经通过全部的测试,邻近尾声。

640 (13)

5.2  ViewRay公司的MRIdian

ViewRay公司的MRIdian在2012年取得FDA认证,在2014年取得CE认证。该公司在2014年02月宣布在美国发布于圣露易斯市华盛顿大学医学院Siteman癌中心完成首次病人治疗。

640 (14)谢谢大家关注分享!

注:本文转载已经得到作者授权,未经该作者授权,请勿将此文用于商业、广宣、营销。

赞(2)
如需转载请通知我们射频工程师 » 放疗图像引导(四):核磁引导成像技术介绍
分享到: 更多 (0)

做最好的产品,在于理想,无关金钱

关于我们联系我们