Bilgisayarlı tomografiye (BT) dayalı görüntüleme tekniklerindeki hızlı gelişmeler, radyoterapi kullanan kanser hastalarının tedavisinde bir devrimi desteklemiştir. Sadece birkaç saniye süren bir X-ışını taraması, hastanın iç anatomisinin doğru bir 3D görselleştirmesini sağlar ve medikal fizikçilerin tümörü tedavi etmek için optimal doz dağılımını hesaplamak için ihtiyaç duyduğu kritik bilgileri sağlar. BT teknolojilerinde devam eden gelişmeler, klinik ekiplerin sağlıklı organ ve dokulara verilen zararı en aza indirirken tümörün daha hassas bir şekilde hedeflenmesini sağlayan daha yüksek kaliteli görüntülere erişmesini sağlamıştır.
Bununla birlikte, geleneksel BT görüntüleri bazen farklı yumuşak doku türlerini net bir şekilde ayırt etmek için gereken kontrasttan yoksun olabilir. Bu, radyasyon onkologlarının tümörün boyutunu ve şeklini kesin olarak tanımlamasını ve iyonlaştırıcı radyasyondan korunması gereken yakındaki organları, dokuları ve kan damarlarını şekillendirmesini zorlaştırır. Radyoterapi departmanlarında geleneksel olarak kullanılan standart BT taramalarının bir diğer dikkate değer sınırlaması, yalnızca anatomik bilgi sağlamaları ve bu nedenle tedavi planlaması için bazı ek bilgiler sağlayabilecek fonksiyonel süreçleri ortaya çıkaramamasıdır.
Gelişmiş yumuşak doku kontrastı veya işlevsel bilgi gerektiren durumlarda, BT genellikle manyetik rezonans görüntüleme (MRI) veya pozitron emisyon tomografisi (PET) gibi diğer görüntüleme yöntemleriyle birleştirilir. Siemens Healthineers, radyoterapi ve hastaların amaçlanan tedavi pozisyonunda görüntülenmesi için optimize edilmiş MRI ve PET çözümleri sunarken, bazı durumlarda bu tür tamamlayıcı görüntüleme yöntemleri mevcut olmayabilir. Klinik kararlar vermek için, özellikle kritik organlar risk altındayken – örneğin baş-boyun bölgesi, göğüs veya karın bölgesi – gelişmiş yumuşak doku kontrastı çok önemlidir.
Ancak şimdi, BT görüntülerinin kalitesini artırabilecek yeni bir yöntem, radyoterapi kliniklerinde fark yaratmaya başlıyor. Çift enerjili CT veya DECT olarak adlandırılan teknik, bir yerine iki farklı X-ışını spektrumundan CT görüntüleri alır. Geleneksel BT, ortalama 70 keV ve tipik tepe enerjisi 120 keV olan bir foton enerjisi spektrumuna sahip tek bir X-ışını ışını kullanarak görüntüleri yakalar. Her malzemenin görüntü kontrastı, X-ışınlarını ne kadar azalttığına bağlıdır ve bu da enerjiye bağlıdır.
Siemens Healthineers'da araştırma uzmanı ve Ar-Ge işbirliği bilimcisi Jainil Shah, "Standart CT enerjilerinde, görüntülemeye çalıştığımız yumuşak dokunun çoğu çok benzer zayıflama katsayılarına sahip" diye açıklıyor. "Bu, organların çoğunun bir CT görüntüsünde görselleştirildiklerinde çok benzer göründüğü anlamına geliyor."
Radyoterapide çift enerjili BT'ye giden yollar
DECT, iki farklı enerji aralığında alınan X-ray taramalarından görüntüler üreterek bu sorunu azaltır. 1970'lerde çift enerjili BT'nin potansiyelini gösteren ilk deneylerden bu yana, DECT görüntülerini elde etmek için birkaç farklı yaklaşım ortaya çıkmıştır ve her birinin avantajları ve dezavantajları vardır. En basit yol, “Çift Spiral” veya “İkiz Spiral” olarak bilinen bir teknik olan hastayı iki farklı enerjide iki kez taramaktır. Bu tür ardışık tarama, iki spektrum arasında geniş bir ayrım yapılmasına izin verdiği için mükemmel görüntü kontrastı sağlayabilir. Hastanın iki tarama arasındaki herhangi bir hareketi hatalara neden olabileceğinden, pozisyondaki değişiklikleri hesaba katmak ve telafi etmek için post-processing sırasında iki görüntü arasında rijit olmayan bir görüntü kaydı otomatik olarak gerçekleştirilir. Shah, “Bu, Dual Spiral DECT'yi beyin ve baş ve boyun gibi hareket etmeyen bölgeler için en uygun hale getiriyor” diyor.
Diğer teknikler, iki spektrumu aynı anda yakalar, tüm bilgileri tek bir taramada kaydeder ve hastanın X-ışını radyasyonuna maruz kalmasını sınırlar. Siemens Healthineers tarafından sunulan seçeneklerden biri, farklı ortalama enerjilere sahip iki ayrı ışın oluşturarak, tarama yönünde bir filtre kullanarak X-ışını ışınını bölmektir. Bu tür TwinBeam teknolojisi geniş bir görüş alanı sunar, ancak bir filtrenin kullanılması spektral ayrımı ve dolayısıyla elde edilebilecek görüntü kontrastını sınırlar.
Siemens Healthineers'ın sunduğu üçüncü seçenek, her biri kendi dedektörüne bağlı, farklı enerjilerde çalışan iki X-ışını kaynağından yararlanan bir CT tarayıcıdır. Bu İkili Kaynak yaklaşımı, TwinBeam teknolojisinden daha iyi spektral ayırma ve dolayısıyla tedavi planlaması için daha keskin görüntüler ve ayrı ışınların her birinde daha fazla X-ışını gücü sunar. Görüş alanı biraz daha küçüktür, çünkü ekipmanın vücudun daha büyük bölgelerini görüntülerken dikkate alınması gereken iki ayrı X-ışını tüpünü barındırması gerekir.
Bu DECT sistemleri radyoloji kliniklerinde tanısal görüntüleme için halihazırda rutin olarak kullanılmaktadır ve tarayıcılarda ve yazılımda devam eden iyileştirmeler, radyoterapi merkezlerinin bu tekniği klinik iş akışlarına entegre etmelerini çok daha kolay hale getirmiştir. Shah, “Tarama, klinikteki herhangi bir teknisyen tarafından alınabilir ve radyasyon onkoloğunun ihtiyaç duyduğu tüm bilgiler otomatik olarak oluşturulur” diye açıklıyor. "Tek bir taramadan otomatik olarak ek post-processing ve görüntü rekonstrüksiyonu gerçekleştirmek için yazılımda klinik iş akışları kurulabilir."
X-ışını spektrumlarını iki farklı enerji dağılımıyla yakalamak, herhangi bir tek enerjide bir görüntüyü yeniden oluşturmayı mümkün kılar. Bu, yumuşak doku kontrastını optimize etmek için kullanılabilen, yaklaşık 40 keV ile 190 keV arasında değişen enerjilerde, Monoenergetic Plus olarak da adlandırılan bir dizi sanal monoenerjetik görüntü (VMI) verir. Shah, “Yazılımdaki bir kaydırma çubuğu ile enerji kolayca değiştirilebilir” diye açıklıyor. "Radyasyon onkoloğu, organları şekillendirmek için hangi enerjinin en iyi kontrastı sağladığına karar verebilir."
Shah, çift enerjili BT'nin, akciğerlerdeki perfüzyon veya farklı organlarda ve kan damarlarında iyot alımı gibi vücuttaki dinamik süreçler hakkında bazı işlevsel bilgiler sağlayabildiğini söylüyor. Örnek olarak, iki farklı enerji aralığında X-ışını spektrumlarının yakalanması, her bir malzemedeki X-ışınlarının zayıflaması enerjiye bağlı olduğundan, malzeme bileşimini belirlemeyi mümkün kılar.
Shah, "Bu, görüntüden kemiği çıkarmak veya yağ ve karaciğer dokusunu ayırt etmek gibi şeyler yapabileceğiniz anlamına geliyor" diyor. "Materyal bileşiminden, radyasyon tedavisinde doz hesaplamaları için kullanılan temel bilgi olan malzemenin elektron yoğunluğunu (Rho görüntüsü) tahmin edebilirsiniz." Bu arada, proton tedavisi için Siemens Healthineers, “DirectSPR” adı verilen özel bir yeniden yapılandırma sunuyor. çift enerjili CT'den durdurma gücü oranını hesaplar.
kliniğe
Teknoloji ve yazılımdaki devam eden gelişmeler, artık tıbbi ekiplerin çift enerjili BT'yi klinik uygulamalarına entegre etmelerini sağlıyor.
Beth Bradshaw Ghavidel, Emory Üniversitesi, ABD – Baş-boyun hastaları için DECT
Emory Üniversitesi'nin önde gelen tıbbi fizikçilerinden biri olan Beth Bradshaw Ghavidel, TwinBeam DECT'nin öncelikle baş-boyun hastaları için kullanıldığını ve daha yüksek enerjilerdeki VMI'ların vücuttaki metal nesnelerden kaynaklanan artefaktların giderilmesine yardımcı olabileceğini söylüyor. diş dolguları gibi (DECT, yinelemeli metal artefakt rekonstrüksiyonu, iMAR ile uyumludur). Bradshaw Ghavidel, "Tarayıcıda istenen çift enerjili CT iş akışlarını kurmak ve otomatik sonradan işlemeye izin vermek çok kolay" diyor. "Hangi CT taramalarının gerekli olduğuna bağlı olarak, dozimetrist içe aktarma için belirli çalışmaları seçebilir. Şu anda, ek görüntüleme çalışmaları için klinik iş akışımızı değiştirmemize gerek yoktu.”
Lili Chen, Fox Chase Kanser Merkezi, ABD – kafa içi hedef belirleme ve rektal tümörler için DECT
Fox Chase Kanser Merkezi'ndeki Lili Chen, farklı hastalık bölgeleri için görüntü kalitesini artırmak için çift enerjili BT'nin potansiyelini de araştırıyor. Baş ve boynu görüntülerken, Bradshaw Ghavidel gibi, 190 keV'lik bir VMI'nin, yumuşak damakta diş dolguları ve iyot alımının neden olduğu artefaktları azaltmak için etkili bir yol sunduğunu buldu. Chen ayrıca 34 farklı hastada beyin tümörlerinin DECT görüntülerini MRI ile alınanlarla karşılaştırdı. Bir iyot kontrast maddesi kullanıldığında, 40 keV'de bir VMI'nin beyinde geleneksel BT ile veya daha yüksek enerjilerde VMI'ler tarafından tespit edilmeyen metastazları ortaya çıkarabildiğini buldu. Dahası, bunda Araştırma çalışması 40 keV DECT görüntüsünden elde edilen beyin tümörü hacmi, MRG'den elde edilen ile karşılaştırılabilirdi.
Chen, “Kontrastlı BT görüntülerinde anlamlı klinik farklılıklar bulundu, 40 keV görüntü tümörü diğer enerjilerde çekilen görüntülerden çok daha net bir şekilde tanımlıyor” dedi. "Sonuçlarımız, kontrastlı çift enerjili BT'nin radyoterapi tedavisi planlamasında kafa içi hedef belirleme için kullanılabileceğini gösteriyor." Bir rektal tümörün analizi aynı zamanda farklı enerjilerde alınan görüntüler arasında bariz farklılıklar ortaya çıkardı; 40 keV'de alınan görüntü tümörün nekrotik alanını açıkça gösteriyor ve kanserli hücrelerin bitişik seminal damarlara yayıldığını gösteriyor.
Xiaofeng Yang, Emory Üniversite Hastanesi – Baş-boyun vakalarını şekillendirmek için DECT görüntü kontrastı
Ayrıca Emory Üniversitesi'nde Xiaofeng Yang, çift enerjili CT'nin otomatik organ segmentasyonu için geliştirdikleri derin öğrenme modelinin hassasiyetini geliştirip geliştiremeyeceğini araştırmak için Bradshaw Ghavidel ve diğer meslektaşlarıyla birlikte çalışıyor. yakın zamanda Araştırma çalışması, baş ve boyundaki 19 risk altındaki organı otomatik olarak segmentlere ayırmak için DECT verilerinden yararlanan bir sinir ağı tasarladılar ve farklı hastalık bölgelerinde karsinomlu 66 hasta için üretilen manuel konturları kullanarak modeli eğittiler. DECT tabanlı modelle oluşturulan otomatik konturlar daha sonra bir doktor tarafından üretilen manuel konturlarla ve ayrıca geleneksel BT verileriyle Emory Üniversite Hastanesinde geliştirilen aynı model kullanılarak elde edilenlerle karşılaştırıldı. Yang, “Risk altındaki organların DECT tabanlı segmentasyonu, tedavi planlamasında mevcut baş-boyun kanseri radyasyon tedavisi iş akışını kolaylaştırma potansiyeline sahiptir” diyerek sözlerini sonlandırıyor.
George Noid, Medical College Wisconsin (MCW), ABD – Klinik rutinde ve tedavinin etkisini izlemek için DECT
MCW'de tıbbi fizikçi olan George Noid, çift enerjili BT'nin şu anda neredeyse tüm kanser hastaları, özellikle de karın veya göğüste tedaviye ihtiyaç duyanlar için rutin klinik kullanımda olduğunu söylüyor. “Görüntü kontrastını geliştirmek için VMI rekonstrüksiyonlarını kullanıyoruz” diyor. "Karın ve göğüs hastalarının yanı sıra, ameliyat öncesi meme kanseri ve karındaki adrenal bezler gibi diğer nadir hastalık bölgeleri için gerçekten yararlı bulduk."
Noid'in gelecekte ele almayı umduğu özellikle bunaltıcı bir sorun, pankreas kanseri tedavisini planlamak için kullanılan görüntüleri iyileştirmektir. "Pankreas kafasına mümkün olduğunca fazla radyasyon vermek istiyoruz, ancak en büyük sınırlayıcı faktör, bitişik duodenuma iletebileceğimiz radyasyon miktarıdır" diye açıklıyor. "Bu, pankreas başı ile oniki parmak bağırsağı arasındaki kenarı doğru bir şekilde tanımlamayı klinik olarak önemli kılıyor." yakın zamanda Araştırma çalışması, Noid ve meslektaşları, pankreas kanseri tedavisi gören 10 hastanın çift enerjili BT taramaları ile geleneksel BT verilerini karşılaştırdılar ve her durumda, taramadan önce hastaya iyot bazlı kontrast madde enjekte edilerek görüntü kontrastı artırıldı. VMI için mümkün olan en düşük 2.8 keV enerjide görüntü kontrastının 40 faktörü ile artırıldığını, görüntü kalitesinin bir diğer önemli göstergesi olan kontrast-gürültü oranının da bu enerjide maksimuma çıktığını buldular. Karaciğer, meme ve timus dahil olmak üzere diğer tedavi bölgelerinden alınan görüntüler de tümörlerin 40 keV'de daha yüksek enerjilere göre daha net görülebildiğini gösterdi.
Noid ayrıca çift enerjili BT görüntülerinden elde edilen nicel verilerin bir hastanın tedaviye ne kadar iyi yanıt verdiğinin bir göstergesi olarak kullanılıp kullanılamayacağını araştırıyor. "Pankreas kanserinin saldırganlığının, bir DECT taramasından hesaplanabilen hücre dışı hacim (ECV) fraksiyonu ile ilişkili olduğu gösterilmiştir" diye açıklıyor. yakın zamanda Araştırma çalışmasıAAPM 2021'de En İyi Fizik ödülünü kazanan Noid ve meslektaşları, ECV fraksiyonunu hesaplamak için haftalık tedavi seanslarında elde edilen DECT görüntülerini kullandı. 12 pankreas kanseri hastası için, çalışma, ECV fraksiyonu ile kanda bulunan bir kanser antijeninin konsantrasyonu arasında bir korelasyon olduğunu ortaya koydu ve tedavinin etkisini izlemek için düzenli DECT taramasının kullanılabileceğini düşündürdü. Noid, "Bu, ECV fraksiyonu hesaplamalarına dayalı olarak hastanızın risklerini sınıflandırma potansiyeli sunuyor" diye açıklıyor. "Bu bilgi, daha agresif bir hastalığı olan bir hastaya daha yüksek doz vermek gibi klinik kararlarınızı yönlendirmenize yardımcı olabilir. Bunu henüz klinik iş akışımızda kullanmıyoruz, ancak fikir bu.”
Noid, DECT'nin gelecekte tümörün özelliklerini analiz etmek için kullanılabilecek daha nicel veriler sağlama potansiyeline sahip olduğundan emin. “Bu bilginin kilidini açmak klinik olarak çok faydalı olacaktır” diyor. "DECT'nin bu işlevsel bilgilere erişme gücüne sahip olduğunu görmeye başlıyoruz ve bence yapabileceğimiz daha çok şey var."
- Çift enerjili CT hakkında daha fazla bilgi şurada mevcuttur: Dual Energy CT Yemek Kitabı Siemens Healthineers'tan
Siemens Healthineers müşterilerinin burada açıklanan sonuçlarının, müşterilerin benzersiz ortamında elde edilen sonuçlara dayandığını unutmayın. “Tipik” bir hastane olmadığı ve birçok değişken bulunduğu için (örn. hastane büyüklüğü, vaka karışımı, BT'nin benimsenme düzeyi), diğer müşterilerin de aynı sonuçlara ulaşacağının garantisi olamaz.
Sonrası Görüntüleme yeniliği, radyoterapi klinikleri için görüşü keskinleştirir İlk çıktı Fizik dünyası.
