Logo Zephyrnet

Đổi mới hình ảnh làm rõ nét hơn tầm nhìn cho các phòng khám xạ trị

Ngày:

Những tiến bộ nhanh chóng trong kỹ thuật hình ảnh dựa trên chụp cắt lớp vi tính (CT) đã tạo cơ sở cho một cuộc cách mạng trong điều trị bệnh nhân ung thư bằng phương pháp xạ trị. Quá trình quét tia X chỉ kéo dài vài giây sẽ mang lại hình ảnh 3D chính xác về giải phẫu bên trong của bệnh nhân và cung cấp thông tin quan trọng mà các nhà vật lý y tế cần để tính toán phân phối liều tối ưu để điều trị khối u. Những tiến bộ liên tục trong công nghệ CT đã cho phép các nhóm lâm sàng tiếp cận hình ảnh chất lượng cao hơn giúp xác định mục tiêu chính xác hơn của khối u trong khi giảm thiểu thiệt hại cho các cơ quan và mô khỏe mạnh.

Tuy nhiên, hình ảnh CT thông thường đôi khi có thể thiếu độ tương phản cần thiết để phân biệt rõ ràng giữa các loại mô mềm khác nhau. Điều đó khiến các bác sĩ ung thư bức xạ khó xác định chính xác kích thước và hình dạng của khối u cũng như đường viền của các cơ quan, mô và mạch máu lân cận cần được bảo vệ khỏi bức xạ ion hóa. Một hạn chế đáng chú ý khác của chụp CT tiêu chuẩn thường được sử dụng trong các khoa xạ trị là chúng chỉ cung cấp thông tin giải phẫu và do đó không thể tiết lộ các quy trình chức năng có thể cung cấp thêm một số thông tin chi tiết cho việc lập kế hoạch điều trị.

Đối với các trường hợp cần tăng cường độ tương phản mô mềm hoặc thông tin chức năng, CT thường được kết hợp với các phương thức hình ảnh khác như chụp cộng hưởng từ (MRI) hoặc chụp cắt lớp phát xạ positron (PET). Mặc dù Siemens Healthineers cung cấp các giải pháp MRI và PET đã được tối ưu hóa cho xạ trị và cho bệnh nhân hình ảnh ở vị trí điều trị dự kiến, trong một số trường hợp, các phương pháp hình ảnh bổ sung như vậy có thể không khả dụng. Để đưa ra các quyết định lâm sàng, đặc biệt khi các cơ quan quan trọng có nguy cơ - chẳng hạn như ở vùng đầu cổ, ngực hoặc bụng - độ tương phản mô mềm được cải thiện là rất quan trọng.

Tuy nhiên, hiện nay, một phương pháp mới có thể cải thiện chất lượng của hình ảnh CT đang bắt đầu tạo ra sự khác biệt trong các phòng khám xạ trị. Được gọi là CT năng lượng kép, hoặc DECT, kỹ thuật thu nhận hình ảnh CT từ hai phổ tia X khác nhau chứ không phải một. CT thông thường chụp ảnh bằng một chùm tia X đơn, có phổ năng lượng photon với trung bình khoảng 70 keV và năng lượng đỉnh điển hình là 120 keV. Độ tương phản hình ảnh của mỗi vật liệu phụ thuộc vào mức độ nó làm suy giảm tia X, do đó phụ thuộc vào năng lượng.

Jainil Shah, chuyên gia nghiên cứu và nhà khoa học cộng tác R&D tại Siemens Healthineers giải thích: “Ở năng lượng CT tiêu chuẩn, hầu hết các mô mềm mà chúng tôi đang cố gắng hình ảnh có hệ số suy giảm rất giống nhau. “Điều đó có nghĩa là hầu hết các cơ quan trông rất giống nhau khi chúng được hình dung trên hình ảnh CT.”

Lộ trình sử dụng CT năng lượng kép trong xạ trị 

DECT giảm thiểu vấn đề này bằng cách tạo ra hình ảnh từ việc quét tia X được thực hiện trên hai dải năng lượng khác nhau. Kể từ những thí nghiệm đầu tiên cho thấy tiềm năng của CT năng lượng kép vào những năm 1970, một số cách tiếp cận khác nhau đã xuất hiện để thu được ảnh DECT - và mỗi cách đều có những ưu điểm và nhược điểm của nó. Cách đơn giản nhất là quét bệnh nhân hai lần ở hai mức năng lượng khác nhau, một kỹ thuật được gọi là “Xoắn ốc kép” hoặc “Xoắn ốc đôi”. Việc quét liên tiếp như vậy có thể mang lại độ tương phản hình ảnh tuyệt vời, vì nó cho phép phân tách rộng giữa hai quang phổ. Bởi vì bất kỳ chuyển động nào của bệnh nhân giữa hai lần quét đều có thể gây ra lỗi, việc đăng ký hình ảnh không cứng nhắc giữa hai hình ảnh được thực hiện tự động trong quá trình xử lý hậu kỳ để giải quyết và bù đắp cho bất kỳ thay đổi nào về vị trí. “Điều đó làm cho Dual Spiral DECT phù hợp nhất cho các vùng không chuyển động như não và đầu và cổ,” Shah nhận xét.

Các kỹ thuật khác chụp đồng thời hai quang phổ, ghi lại tất cả thông tin trong một lần quét và hạn chế việc bệnh nhân tiếp xúc với bức xạ tia X. Một lựa chọn được Siemens Healthineers đưa ra là tách chùm tia X bằng cách sử dụng bộ lọc theo hướng quét, tạo ra hai chùm tia riêng biệt với năng lượng trung bình khác nhau. Công nghệ TwinBeam như vậy cung cấp trường nhìn rộng, nhưng việc sử dụng bộ lọc sẽ hạn chế sự phân tách quang phổ và do đó có thể đạt được độ tương phản hình ảnh.

Tùy chọn thứ ba có sẵn từ Siemens Healthineers là máy quét CT khai thác hai nguồn tia X hoạt động ở các năng lượng khác nhau, mỗi nguồn được kết hợp với máy dò riêng. Phương pháp tiếp cận Nguồn kép này cung cấp khả năng tách quang phổ tốt hơn so với công nghệ TwinBeam, và do đó hình ảnh sắc nét hơn để lập kế hoạch điều trị, cũng như công suất tia X nhiều hơn trong mỗi chùm tia riêng biệt. Trường nhìn nhỏ hơn một chút vì thiết bị cần phải chứa hai ống tia X riêng biệt, điều này cần được xem xét khi chụp các vùng lớn hơn của cơ thể.

Các hệ thống DECT này đã được sử dụng thường xuyên trong các phòng khám X quang để chẩn đoán hình ảnh, trong khi những cải tiến liên tục đối với máy quét và phần mềm đã giúp các trung tâm xạ trị tích hợp kỹ thuật vào quy trình làm việc lâm sàng của họ dễ dàng hơn nhiều. Shah giải thích: “Quá trình quét có thể được thực hiện bởi bất kỳ kỹ thuật viên nào trong phòng khám và tất cả thông tin cần thiết của bác sĩ ung thư bức xạ được tạo ra tự động,” Shah giải thích. “Quy trình công việc lâm sàng có thể được thiết lập trong phần mềm để tự động thực hiện thêm quá trình xử lý hậu kỳ và tái tạo hình ảnh từ một lần quét.”

Chụp quang phổ tia X với hai phân bố năng lượng khác nhau giúp bạn có thể tái tạo hình ảnh ở bất kỳ mức năng lượng đơn lẻ nào. Điều này tạo ra một loạt các hình ảnh đơn năng lượng ảo (VMI), còn được gọi là Monoenergetic Plus - ở mức năng lượng từ khoảng 40 keV đến 190 keV - có thể được sử dụng để tối ưu hóa độ tương phản của mô mềm. Shah giải thích: “Có thể dễ dàng thay đổi năng lượng bằng một thanh trượt trong phần mềm. "Bác sĩ ung thư bức xạ có thể quyết định năng lượng nào cung cấp độ tương phản tốt nhất cho các cơ quan đường viền."

Hình ảnh đơn năng ảo

Shah nói rằng CT năng lượng kép cũng có thể cung cấp một số thông tin chức năng về các quá trình năng động bên trong cơ thể, chẳng hạn như tưới máu trong phổi hoặc hấp thu iốt trong các cơ quan và mạch máu khác nhau. Ví dụ, chụp quang phổ tia X trên hai dải năng lượng khác nhau giúp xác định thành phần vật chất, vì sự suy giảm của tia X trong mỗi vật liệu phụ thuộc vào năng lượng.

Shah nói: “Điều đó có nghĩa là bạn có thể làm những việc như loại bỏ xương khỏi hình ảnh hoặc phân biệt giữa mô mỡ và mô gan. “Từ thành phần vật liệu, bạn có thể dự đoán mật độ điện tử của vật liệu (hình ảnh Rho), đây là thông tin quan trọng được sử dụng để tính toán liều lượng trong xạ trị.” Đối với liệu pháp proton, trong khi đó, Siemens Healthineers cung cấp một cấu trúc cụ thể được gọi là "DirectSPR" tính toán tỷ lệ công suất dừng từ CT năng lượng kép.

Vào phòng khám 

Những tiến bộ không ngừng trong công nghệ và phần mềm hiện đang cho phép các nhóm y tế tích hợp CT năng lượng kép vào thực hành lâm sàng của họ.

Beth Bradshaw Ghavidel, Đại học Emory, Hoa Kỳ - DECT cho bệnh nhân đầu và cổ 

Beth Bradshaw Ghavidel, một trong những nhà vật lý y tế hàng đầu tại Đại học Emory, nói rằng TwinBeam DECT chủ yếu được sử dụng cho bệnh nhân cổ và đầu, trong đó VMI ở năng lượng cao hơn có thể giúp loại bỏ các đồ tạo tác phát sinh từ các vật kim loại bên trong cơ thể, chẳng hạn như chất hàn răng (DECT tương thích với tái tạo đồ tạo tác kim loại lặp đi lặp lại, iMAR). Bradshaw Ghavidel cho biết: “Thật dễ dàng để thiết lập quy trình làm việc CT năng lượng kép mong muốn trên máy quét và cho phép xử lý hậu kỳ tự động. “Tùy thuộc vào những gì cần chụp CT, bác sĩ đo liều lượng có thể lựa chọn các nghiên cứu cụ thể để nhập khẩu. Tại thời điểm này, chúng tôi không cần phải thay đổi quy trình làm việc lâm sàng của mình cho các nghiên cứu hình ảnh bổ sung. ”

Lili Chen, Trung tâm Ung thư Fox Chase, Hoa Kỳ - DECT để xác định mục tiêu nội sọ và các khối u trực tràng 

Lili Chen tại Trung tâm Ung thư Fox Chase cũng đã khám phá tiềm năng của CT năng lượng kép để tăng chất lượng hình ảnh cho các vị trí bệnh khác nhau. Khi chụp ảnh đầu và cổ, cô ấy phát hiện ra - giống như Bradshaw Ghavidel - rằng VMI ở 190 keV cung cấp một cách hiệu quả để giảm thiểu các tác nhân gây ra bởi chất hàn răng và hấp thu i-ốt trong vòm miệng mềm. Chen cũng đã so sánh hình ảnh DECT của khối u não ở 34 bệnh nhân khác nhau với những hình ảnh được chụp bằng MRI. Khi sử dụng chất cản quang i-ốt, cô phát hiện ra rằng VMI ở 40 keV có thể tiết lộ các di căn trong não mà CT thông thường không phát hiện được hoặc bởi VMI ở năng lượng cao hơn. Hơn nữa, trong này nghiên cứu thể tích khối u não thu được từ hình ảnh DECT 40 keV có thể so sánh với thể tích thu được từ MRI.

So sánh hình ảnh não

Chen nhận xét: “Sự khác biệt có ý nghĩa về mặt lâm sàng đã được tìm thấy trên hình ảnh CT có độ tương phản, với hình ảnh 40 keV mô tả khối u rõ ràng hơn nhiều so với hình ảnh được chụp ở các năng lượng khác. “Kết quả của chúng tôi cho thấy rằng CT năng lượng kép với chất cản quang có thể được sử dụng để xác định mục tiêu nội sọ trong lập kế hoạch điều trị xạ trị.” Phân tích khối u trực tràng cũng cho thấy sự khác biệt rõ ràng giữa các hình ảnh được chụp ở các năng lượng khác nhau, với bức ảnh được chụp ở 40 keV cho thấy rõ vùng hoại tử của khối u và chỉ ra rằng các tế bào ung thư đã lan đến các mạch máu lân cận.

Xiaofeng Yang, Bệnh viện Đại học Emory - Độ tương phản hình ảnh DECT cho các trường hợp đầu và cổ tạo đường nét

Cũng tại Đại học Emory, Xiaofeng Yang đã làm việc với Bradshaw Ghavidel và các đồng nghiệp khác để điều tra xem liệu CT năng lượng kép có thể cải thiện độ chính xác của mô hình học sâu mà họ đã phát triển để phân đoạn nội tạng tự động hay không. Trong một gần đây nghiên cứu, họ đã thiết kế một mạng lưới thần kinh khai thác dữ liệu DECT để tự động phân đoạn 19 cơ quan có nguy cơ ở đầu và cổ, đồng thời đào tạo mô hình bằng cách sử dụng các đường viền thủ công được sản xuất cho 66 bệnh nhân ung thư biểu mô ở các vị trí bệnh khác nhau. Sau đó, các đường viền tự động được tạo bằng mô hình dựa trên DECT được so sánh với các đường viền thủ công do bác sĩ tạo ra, cũng như những đường nét thu được bằng cách sử dụng cùng một mô hình được phát triển tại Bệnh viện Đại học Emory với dữ liệu CT thông thường. Yang kết luận: “Việc phân đoạn các cơ quan có nguy cơ dựa trên DECT có khả năng tạo điều kiện thuận lợi cho quy trình xạ trị ung thư đầu và cổ hiện tại trong việc lập kế hoạch điều trị.

George Noid, Cao đẳng Y tế Wisconsin (MCW), Hoa Kỳ - DECT trong quy trình lâm sàng và theo dõi hiệu quả điều trị 

George Noid, một nhà vật lý y tế tại MCW, nói rằng CT năng lượng kép hiện đang được sử dụng lâm sàng thường xuyên cho hầu hết các bệnh nhân ung thư, đặc biệt là những người cần điều trị ở bụng hoặc ngực. Ông nói: “Chúng tôi sử dụng các cấu trúc lại VMI để nâng cao độ tương phản của hình ảnh. “Cũng như các bệnh nhân vùng bụng và lồng ngực, chúng tôi nhận thấy nó thực sự hữu ích đối với bệnh ung thư vú trước phẫu thuật và các vị trí bệnh hiếm gặp khác ở bụng, chẳng hạn như tuyến thượng thận.”

Một vấn đề đặc biệt quan trọng mà Noid hy vọng sẽ giải quyết trong tương lai là cải thiện hình ảnh được sử dụng để lập kế hoạch điều trị ung thư tuyến tụy. Ông giải thích: “Chúng tôi muốn cung cấp càng nhiều bức xạ càng tốt cho đầu tụy, nhưng yếu tố hạn chế chính là lượng bức xạ mà chúng tôi có thể phân phối đến tá tràng lân cận. “Điều đó làm cho điều quan trọng về mặt lâm sàng là xác định chính xác rìa giữa đầu tụy và tá tràng.” Trong một gần đây nghiên cứuNoid và các đồng nghiệp đã so sánh dữ liệu CT thông thường với chụp CT năng lượng kép của 10 bệnh nhân đang được điều trị ung thư tuyến tụy và trong mỗi trường hợp, độ tương phản của hình ảnh được tăng cường bằng cách tiêm chất cản quang dựa trên i-ốt vào bệnh nhân trước khi chụp. Họ nhận thấy rằng độ tương phản hình ảnh được tăng lên bởi hệ số 2.8 đối với VMI ở mức năng lượng thấp nhất có thể là 40 keV, trong khi một chỉ số quan trọng khác về chất lượng hình ảnh, tỷ lệ tương phản trên nhiễu, cũng được tối đa hóa ở mức năng lượng này. Hình ảnh từ các địa điểm điều trị khác, bao gồm gan, vú và tuyến ức, cũng cho thấy các khối u có thể nhìn thấy rõ ràng hơn ở 40 keV so với ở năng lượng cao hơn.

Noid cũng đang nghiên cứu xem liệu dữ liệu định lượng được trích xuất từ ​​hình ảnh CT năng lượng kép có thể được sử dụng như một chỉ báo về mức độ đáp ứng của bệnh nhân với điều trị hay không. Ông giải thích: “Người ta đã chỉ ra rằng mức độ trầm trọng của ung thư tuyến tụy tương quan với phần thể tích ngoại bào (ECV), có thể được tính toán từ quá trình quét DECT. Trong một gần đây nghiên cứu, người đã giành được giải thưởng Vật lý tốt nhất tại AAPM 2021, Noid và các đồng nghiệp đã sử dụng hình ảnh DECT thu được tại các buổi điều trị hàng tuần để tính toán phân số ECV. Đối với 12 bệnh nhân ung thư tuyến tụy, nghiên cứu cho thấy mối tương quan giữa phần ECV và nồng độ của kháng nguyên ung thư được tìm thấy trong máu, cho thấy có thể sử dụng phương pháp quét DECT thường xuyên để theo dõi hiệu quả điều trị. Noid giải thích: “Điều đó có khả năng phân tầng rủi ro cho bệnh nhân của bạn dựa trên các tính toán về phần ECV. “Thông tin đó có thể giúp đưa ra các quyết định lâm sàng của bạn, chẳng hạn như tiêm liều cao hơn cho một bệnh nhân mắc bệnh nặng hơn. Chúng tôi vẫn chưa sử dụng nó trong quy trình làm việc lâm sàng của mình, nhưng đó là ý tưởng. ”

Noid tự tin rằng DECT có tiềm năng cung cấp nhiều dữ liệu định lượng hơn mà trong tương lai có thể được sử dụng để phân tích các đặc tính của khối u. Ông nói: “Việc mở khóa thông tin đó sẽ rất hữu ích về mặt lâm sàng. “Chúng tôi bắt đầu thấy rằng DECT có khả năng truy cập thông tin chức năng đó và tôi nghĩ rằng chúng tôi có thể làm được nhiều hơn thế.”

Lưu ý rằng kết quả do khách hàng của Siemens Healthineers mô tả ở đây dựa trên kết quả đạt được trong môi trường độc đáo của khách hàng. Vì không có bệnh viện “điển hình” và tồn tại nhiều biến số (ví dụ: quy mô bệnh viện, hỗn hợp trường hợp, mức độ áp dụng CNTT) nên không thể đảm bảo rằng các khách hàng khác sẽ đạt được kết quả tương tự.

Các bài viết Đổi mới hình ảnh làm rõ nét hơn tầm nhìn cho các phòng khám xạ trị xuất hiện đầu tiên trên Thế giới vật lý.

tại chỗ_img

Tin tức mới nhất

tại chỗ_img