放射物理与精准放疗工程 · 第 7 卷 / 共 11 卷
建立可重复的空间参考系
本卷导读
讲解模拟定位流程、体位固定装置、索引锁定、激光灯与坐标系统，以及 4D-CT 呼吸分相、MIP 重建、多模态配准与光学体表追踪。
知识结构
- 模拟定位的目标与流程
- 体位选择与固定装置
- 模拟定位设备
- 四维 CT 与呼吸运动管理
- 多模态配准与光学追踪
模拟定位的目标与流程
模拟定位建立治疗坐标系，采集解剖与电子密度信息，并用体表标记把计划空间映射到治疗床。
对于模拟定位，先从字面理解，模拟：模拟治疗时的情况，也就是患者治疗时是什么样的情况，在模拟定位时就会是什么样的情况。
定位：体位的确定，体位的固定以及靶区位置的确定。体位的确定：选择合适的体位，比如是俯卧位还是仰卧位（通俗些说，是躺着还是趴着），双手上举还是放于身体两侧。确定体位时，一个很重要的原则就是选择重复性好的体位。
体位的固定：体位选择好后，就要对体位进行固定，防止位置产生偏差，这时就会用到体位固定装置，比如常用的真空垫、发泡胶以及热塑膜、体架等。
位置的确定：体位摆好并固定好之后，会有一项很重要的内容：获取影像信息，也就是要进行扫描。通过常规模拟机、CT模拟定位机或者MR模拟定位机获取到的影像，可以确定靶区和危及器官的位置，为接下来的靶区勾画和计划设计做准备。
模拟定位环节还有两个重要的细节：标记摆位中心和参考中心。也就是在患者身上画的十字线以及在固定装置上标记的十字线和铅点。
摆位中心是用来辅助摆位的，保证位置的重复性；参考中心（铅点），也就是等中心，是跟出束有关的，也跟计划设计有关。
最后还是回到模拟二字：在模拟定位环节，患者是什么样的体位，双手怎么放置，用什么样的固定装置，治疗时也要采取相同的体位和固定装置。
模拟：模拟患者治疗时的情况，也就是说，患者在治疗时是什么状态，那他在模拟定位环节就是什么样的状态。更具体些说，患者在治疗时采用的体位以及固定装置，与模拟定位环节是一模一样的。
定位：又有三层意思：体位的确定、体位的固定以及位置的确定。
体位的确定：在模拟定位环节，要确定患者的体位，比如是仰卧位还是俯卧位（通俗些说，是仰着还是趴着），双手是上举还是放于身体两侧；确定体位时有个很重要的原则：尽可能选用重复性好、舒适且易于坚持的体位。
体位的固定：体位选择好之后，为了保持体位不变，防止位置发生移动，就要通过体位固定装置进行固定，常见的有：真空垫、发泡胶以及热塑膜等。体位固定装置是一个庞大的家族，不同部位的肿瘤会用到不同的固定装置。位置的确定：体位选择好并且固定好之后，还有一个很重要的内容，就是确定肿瘤和正常组织的位置，要想看到肿瘤和正常组织的位置，就需要影像，也就有了模拟定位机，比如常规模拟定位机、CT模拟定位机以及MR模拟定位机。
常规模拟定位机获得的是二维影像（平片），目前大多数已退役；CT模拟定位机获取的是CT影像，是定位界的扛把子（中流砥柱）；MR模拟定位机获取的是MR影像，软组织成像更好，因此在不断崛起。
患者来到定位室之后，治疗师根据患者的病变部位，选择合适的体位，比如是仰卧位还是俯卧位，双手上举还是置于身体两侧。比如直肠肿瘤的患者，为了保护小肠，定位时常采用俯卧位，患者趴在BellyBoard板上，双手前伸。
补充一下：在确定体位时，同时还要提前准备好相应的固定装置，比如如果用热塑体膜就要提前放到热水锅或者烤箱里，如果用真空垫或者发泡胶就做好相关准备工作。
给患者摆好体位之后，需要标记摆位中心，常见的是在患者体表（胸部或腹部）画的十字线。摆位中心是辅助摆位用的，每次治疗时将患者摆放到相同的位置。
标记好摆位中心之后，接下来就要制作固定装置，固定装置常用的有：热塑膜（头膜：俗称小面罩；头颈肩膜、体膜、直肠膜等）、真空垫、发泡胶、乳腺托架等，其中热塑膜要配合着固定架（比如胸腹平架）。
比如胸部肿瘤患者定位时，患者平躺在胸腹架上，用体膜将患者固定住，体膜卡在胸腹平架上。
热塑膜冷却成形之后，接下来标记参考中心，一般在热塑膜上贴三个胶布，胶布上画上十字，然后在十字上贴铅点（如果是MR定位需要标记鱼肝油做的标记点，因为铅点在MR影像上是低信号），这样CT影像（或者MR影像）上就可以看到参考中心在哪个位置。
进行CT扫描或者MR扫描，获取影像，如果增强的话，还需要打增强针，扫描结束后，将图像传输到医生工作站中。
复习一下：前两篇分别介绍了体位选择（摆位）和体位固定中的相关知识。
在给患者摆好体位之后、进行体位固定之前，治疗师会在患者的体表画标记线，直观的体现是：患者身体两侧各有一个十字线，身体正中还要画一条纵向的体中线，称作摆位中心。
摆位中心，是辅助摆位用的，因为患者治疗时需要重复相同的体位，从而保证每次治疗时，射线能够照射到相同的位置。
补充说明：并不是所有部位的肿瘤定位时都需要在身体两侧标记十字线，头颈部肿瘤一般只画体中线，胸腹部和盆腔肿瘤定位时，一般需要在两侧和体中标记摆位中心。
对于身体两侧的十字线，其中横线（水平线）的作用：防止身体发生旋转，如果两侧水平线对不上，需要旋转患者身体。竖线：保证前后的位置，也就是患者沿头脚方向躺的位置。体中线：保证身体躺正（常说的笔直）。
摆位中心标记好了，体位固定装置也做好了，接下来需要标记治疗中心（又需要画线了）。
对于刚接触放疗的初学者来说，摆位中心容易与治疗中心混淆：一会儿这条线，一会儿那条线，看得眼花缭乱。理解了各自的作用，思路会更加清晰起来。
治疗中心是为了治疗用的，本质上是等中心，因为要把这个治疗中心放到加速器的等中心上去。（补充：如果做计划时把这个中心当做了治疗中心，那就是同一个人了，如果不是，治疗前就需要进行复位。
治疗中心（参考中心）一般标记在体位固定装置上，比如热塑膜或者真空垫上，常用的方法是：贴胶布，然后在胶布上画上十字线，也有的直接标记在体表，比如乳腺癌的定位。
把参考中心标记好之后，为了能够在CT影像上看到标记的参考中心在哪个位置，就需要用到铅点，也就是常说的贴铅点；如果是MR定位（获取磁共振影像），铅点会被替换为鱼肝油做成的标记点，因为铅点在MR影像上信号很低，通俗些说就是看不到。
铅点就像是参考中心的代言人，有了铅点，物理师（剂量师）在计划设计时才可以看到参考中心在哪，也就是坐标系的原点。
把铅点标记准确很重要，如果没有贴在胶布的中心上，就会有偏差。
模拟定位室是精确放射治疗从临床决策走向物理执行的核心工程枢纽。其标准化临床操作规范包括五个连续阶段：（1）患者进室前评估与固定耗材准备：根据肿瘤解剖部位与治疗方案准备匹配的体架（如头颈肩一体架、胸腹平架、乳腺托架或俯卧板），将低温热塑网膜提前置于 65℃～70℃ 恒温水浴锅内软化至完全透明状态；（2）患者体位安置与对称性对齐：引导患者平稳躺卧在专用平床板上，治疗师托扶颈背部使患者身体中线严格与天花板纵向激光灯重合，消除脊柱生理扭曲；根据治疗需要上举双臂置于额头或专用臂托，双足自然置于脚托；（3）热塑膜扣紧塑形与冷却硬化：两名治疗师协调将软化热塑膜平稳覆盖在患者照射部位，均匀轻柔按压贴合体表解剖凹陷（如锁骨上窝、胸骨柄、髂前上棘），迅速锁紧两侧卡扣。等待 3～5 分钟直至网膜充分冷却硬化定型；（4）双中心标定与铅点放射显影标记：利用外置三维移动激光灯系统在体模表面标定摆位参考中心，粘贴十字标记胶布，并在正交十字交点牢固固定放疗专用高密度金属铅点（Lead Markers），保证其在 CT 断层影像上清晰显影；（5）大孔径 CT 定位容积扫描：按照预设薄层扫描协议（层厚通常为 2.5 mm 或 3.0 mm，SBRT 设为 1.0～1.5 mm）采集定位容积影像，扫描范围向靶区上下各外延 5～10 cm，并即时通过 DICOM RT 协议无损传输至治疗计划系统（TPS）。
体位选择与固定装置
仰卧、俯卧与特殊体位服务于靶区暴露和危及器官避让。热塑膜、真空垫、发泡胶与索引条共同保证分次重现。
在体位选择这一步，治疗师根据患者需要照射的部位（靶区的位置），选择合适的体位，通俗些说，是怎么躺：是仰卧，还是俯卧，或者是侧卧；双手上举还是放于身体两侧；头先进还是脚先进等等。
做任何事情都有其原则，也可以说是一个规则，体位选择也是如此。
体位选择的一个重要原则，是尽可能选择重复性好、患者舒适易于坚持的体位。因为患者的放疗一般会有很多次，每次都要重复相同的体位。
从舒适易坚持的角度来说，躺着更舒服，因此大多数的情况采用仰卧位，但对于直肠部位的肿瘤，为了保护小肠，减少小肠的受照剂量，一般会采取俯卧位（比如：患者趴在Belly Board板上，中间有个洞，小肠放在洞里，就像躲在战壕里，从而减少了照射范围）。
确定好了仰卧还是俯卧（或者是侧卧位），接下来确定双臂及双手的位置，常见的有置于身体两侧和双臂上举、双手抱肘置于额头两种方式。
从舒适的角度来说，双手置于身体两侧自然更好（因为双臂上举会更累），但对于胸部和腹部肿瘤，为了避免胳膊进入照射范围，阻挡射线，一般会采用双臂上举、双手交叉抱肘置于额头的体位。
确定好了双臂及双手的位置，接下来确定头先进还是脚先进，大多数情况都是头先进的方式，如果照射的位置特别靠下（靠近脚方向），比如大腿、小腿部位的肿瘤，这时就需要采取脚先进的方式。
体位固定装置是一个很庞大的家族，有很多的成员，为了便于理解，可以先划分为两大派系：热塑膜和真空垫（或者发泡胶）。
根据固定的部位来划分，热塑膜分为头膜（小面罩）、头颈肩膜、颈胸膜、胸腹膜以及直肠膜等等。
热塑膜是一种比较神奇的塑料（PVC材料），当把它放在60℃-70℃左右的热水中浸泡一段时间后，热塑膜会变软，呈现出粉皮一样的透明色，而当它冷却下来之后，又会变硬，概括一下：遇热则软，遇冷则硬。
热塑膜最先应用于骨科的部位固定，后来应用到了放疗的体位固定中。
热塑膜也有一个搭档，名叫固定架，因为热塑膜需要卡在固定架上（通过卡扣来卡住），这样才会起到固定的效果。
跟热塑膜相对应，固定架又分为头架（U形架，也称作小平架）、头颈肩架、胸腹平架、应用于直肠定位的BellyBoard，以及将各个部位定位集成在一起的一体架（一体板）等。
除了固定架，往往还会用到头枕，头枕有不同的型号：ABCDEF等（高低不同，下颌的倾斜度不同）；材质上也有区别：有透明枕，也有热塑枕。
为了防止摆位时固定架在治疗床上发生移动，因此一个叫做适配器的人物就投入临床运行。
适配器俗称卡条，他的作用就是将固定架固定到治疗床上，也像是治疗床和固定架之间的纽带。
真空垫的原理是这样的：患者躺在真空垫里，摆好体位后，将真空垫包裹住患者，然后用真空泵抽真空，真空垫里面的空气被抽走后，这时里面的大气压小于外界的大气压，这样在外界大气压的挤压下，真空垫里面的颗粒被挤到了一起，也就塑形了。
真空垫可以重复使用，患者躺在里面也比较舒服，但它有个很大的软肋，就是时间久了容易漏气（直观的感觉是摸上去会变软，这时又得真空泵工作了，不过小心上面标记的摆位中心不要发生移动）。
为了解决真空垫漏气的这个问题，发泡胶就投入临床运行，发泡胶外观看上去跟真空垫很像，最大的优势就是不会有漏气的问题，但他也有一个弱势：不能循环使用。
除了上面说的真空垫（发泡胶）、热塑体膜（固定架）之外，还有乳腺定位用的乳腺托架、立体定向放射治疗用的立体定向头架、以及腹压板（腹压带）等。
种类繁多的固定装置，有初学者调侃：定位前都得想一想，用哪一个……
体位固定装置，用于进行体位的固定，防止位置发生移动，最终保证照射位置的准确性。体位固定装置主要包括热塑膜和真空垫两大类，热塑膜工作时还需要一个搭档，称作体架（俗称体板）。
Qfix的作品，开放式面膜呼吸更顺畅一些，而且支持光学体表追踪。
适用于头颈部的体位固定，有开窗和不开窗两种，搭配头枕和头颈肩架。
主要是臂托和腕托固定住双臂的位置，托架的倾角、臂托、腕托的角度都可以调节。
患者躺在真空垫里更加舒适一些，可以重复使用，要注意真空垫的漏气现象。
CIVCO的作品，主要用于SBRT的定位和摆位，限制腹部和胸部的呼吸动度。
Klarity的作品，主要用于SBRT定位和治疗，双手抓杆，真空垫固定，有膝托和脚托，腹压板可以进行腹部加压。
患者躺在真空垫里，身体上面覆盖薄膜，抽真空之后薄膜将体位固定住。
主要用于开展SBRT，一般搭配着Elekta家的Infinity、Versa HD等机型。
也称作卡条，其实就是将固定装置固定到治疗床上。同一患者每次治疗时，卡条需要卡在相同位置，保证床值尽量一致。常说的压舌板，简易的做法是拿“雪糕棒”做一个，也可以含一个小瓶子，也有商业化的产品：
体位固定装置家族里，也有几大成员：CIVCO、Qfix、比利时的 Orfit Industries以及国内的广州Klarity（科莱瑞迪）、四川瑞迪、深圳滕飞宇等。
在现代精确肿瘤放射治疗体系中，治疗床索引锁定条（Indexing Adapter Bar，临床俗称卡条）是实现模拟定位、计划设计与加速器执行三者之间床面刚性绝对坐标重现的关键工程组件。标准碳纤维治疗床（如 Elekta iBeam evo、Varian Exact / TrueBeam 碳纤维平板）沿床身纵向精密开设有固定间距（通常为 14 cm 或 10 cm）的锁扣定位槽。体位固定板（如头颈肩一体架、胸腹板）底部配备与卡条匹配的凸起卡舌，通过卡条插入指定槽位并旋紧锁扣，将固定架牢固锁定在床面预设绝对位置上。物理师在模拟定位时需在定位记录单明确记录卡条槽位编号（如 H2、F1）；分次治疗摆位时治疗师严格卡入相同编号槽位，从而将治疗床纵向（Longitudinal）初始读数偏差严格控制在 1 mm 以内，大幅减少因体板微小滑动带来的坐标转换误差与碰撞隐患。
使用目的：固定治疗位置，减少精放误差。精确放疗是在常规放疗基础上通过精确的肿瘤定位，精确的计划设计、剂量计算及在治疗机上精确执行的一种全新的肿瘤放疗技术。在精确放疗的全过程中，每一步都应强调精确度，只有在保证精确度的前提下，才能真正的做到精确放疗。
精确放疗前，利用模具固定人体，确保患者的舒适度，使患者在治疗时保持同一个位置，可以保证患者在整个放疗过程中体位的重复性，减小或消除体位变化造成的误差，减少漏照和多照，是放疗临床效果的基础保障。
真空垫制作过程中要保证真空垫高度达到腋中线，并有一定厚度。紧贴患者的皮肤确保真空垫平整，敷贴，无过大皱褶。
要按照体模单标注的上下界，选择病变区域，同时在患者皮肤相对固定的部位以及相应的真空垫两侧用皮肤墨水和橡皮膏做标记。
体模制作过程中，应叮嘱患者记住采取的体位，所穿的衣物，保持每次必须一致，体表所画的标记线不可洗掉。
根据病变部位及患者颈部长短选择合适的固定头枕，以患者感觉舒适及易重复为准。
对于某些部位的治疗时，患者需要保持特殊的体位，鼻咽癌等患者治疗时要求患者的下颏抬高，并使下颏连线基本与治疗床面垂直。而在垂体瘤照射时，则要求下颏前收，听眦线垂直于床面。
在有些情况下热塑网会增加皮肤剂量，必要可采取开窗方法，即在照射野入射处用剪刀剪出开口。当患者有气管插管时气管插管处也应剪出开口。
在制作头颈肩热塑网时注意应在头颈肩枕下放置一个厚约2㎜的薄板，以防止热塑膜收缩后，患者再戴时过紧。
精确放疗，肿瘤患者的分次间及分次内体位一致性是保证治疗效果的重要因素，需要合适的方法以确保体位固定效果，特别是对没有条件实施每日影像验证或者不适合每日影像验证的情况。
肿瘤患者体位固定主要有体膜架与真空垫两种方法；真空垫有患者体感舒适度好、无胸部束缚感、不影响呼吸等优点，是躯干部肿瘤放疗理想的体位固定选择，多数国内外放疗机构胸、腹、盆部位肿瘤放疗选择真空垫固定。
与其它任何放疗技术一样，真空垫设计也需要正确的方法和流程以保证能达到行业固定要求及患者良好的舒适度。但在许多地方，由于各种原因导致没有合适的工具进行真空垫设计。
根据实际工作经验，以达到理想的固定效果为目的，本着简洁、快速实施、低成本的原则，设计一个真空垫定制方法，为放疗技术的规范应用贡献力量，现与各位分享。
☆ 单根木龙骨用于填塞真空垫外侧角部，根据病人体形胖廋填塞不同数量的木龙骨，以保证真空垫与患者有很好的敷贴度
☆ 档板上端两根尼龙粘带收紧后同样用于真空垫整体成型，且节省人力
- 成本非常低。
- 投入使用速度快，几乎不用经过任何写报告、申请经费、签字等环节。
- 可以达到真空垫固定所需要求，使真空垫两侧平整，方便贴画定位标记。
模拟定位设备
透视模拟机、大孔径 CT 与 MR 模拟机在几何精度、软组织对比和电子密度信息方面各有取舍。
为了获取影像，模拟定位机就被引入临床实践，成了模拟定位环节的一个重要人物。
模拟定位机像是一个庞大的家族，有三个主要成员：常规X线模拟定位机、CT模拟定位机和MR模拟定位机。
作为第一个扛大旗的人，常规模拟定位机在普放时代发挥了很大的作用。常规模拟定位机的本质是一台X光机，不过在影像科X光机的基础上进行了适当地整容，加上了相关的配置，从而长得跟加速器很像。
从颜值上来说，常规模拟定位机比CT模拟定位机和MR模拟定位机更像加速器。
原理：常规模拟定位机的球管发射KV级的X射线，球管对面的影像板接收穿过人体的X射线从而进行成像，可以拍摄正侧位平片，也可以进行透视，从而观察呼吸动度。
随着放疗技术的进步，常规模拟定位机基本上退休了，接替他的，是接下来上场的这两位模块。
在三维适形放疗（3DCRT）和调强放疗（IMRT）时代，为了获得三维的影像，CT和MR（磁共振）就来放疗科运行了。
CT模拟定位机，俗称大孔径CT，它本质上是一台CT机，同样的，是在影像科CT的基础上进行了适当整容：孔径更大，更大的孔径是为了视野越大，也就是能显示的结构越多（同时为了特殊体位和固定装置时能够进的去机架，正常完成扫描）；扫描床改为了平板床，同时搭配了外置的三维激光灯。
CT模拟定位机是定位机家族的主力，通过CT扫描，获得影像，为接下来的靶区勾画做准备，同时，根据CT值-电子密度的关系，为计划设计阶段的剂量计算提供了方法。
作为定位机家族的新秀，MR模拟定位机凭借着软组织成像方面的优势，越来越受到重视。
MR模拟定位机，俗称大孔径MR，跟常规的MR相比，典型的特征也是：孔径更大，扫描床是平板床，配置外置的三维激光灯系统。
随着MR影像引导放疗技术的崛起，MR模拟定位机也在不断崛起。
模拟定位机与加速器更像是一对搭档：模拟定位机负责发现敌人的位置，勘探地形，进行定位；而加速器则负责消灭敌人：发射出的射线像是导弹，摧毁目标。
本质上是一台X光机，不过在配置上进行了改进，能够模拟加速器治疗的情况。
荷兰的核通公司在后装治疗领域颇有建树，2011年，核通被elekta收购。在定位机的家族里，常规模拟定位机与加速器的外观是最像的，随着放疗技术进入三维适形放疗和调强放疗时代，常规模拟定位机就逐渐跟不上步伐了，重任也就交给了后来者：
获取的CT影像，用于确定肿瘤和周围正常组织的位置，为接下来的靶区勾画和计划设计提供影像信息。
大孔径CT方面，主要有四家：西门子、飞利浦、GE和新华。
SOMATOM Definition AS 20 Open
40排探测器，孔径为78cm。
2000年，飞利浦推出了世界上第一台肿瘤放疗专用的大孔径CT模拟机-AcQSim CT。2004 年，飞利浦将Brilliance CT Big Bore-16 层大孔径4D-CT 推入市场。
Brilliance Big Bore。该款CT模拟定位机市场占有率很高，很多单位都进行了配置，孔径为85cm。开展4D扫描往往要搭配varian的RPM装置，获取呼吸时相信息。
128排宽能谱CT，孔径为80cm。
国内首台大孔径CT，孔径为85 cm。
Aquilion Exceed LB™。孔径90cm，作为大孔径CT家族的新秀，90cm的孔径不得不说是一个值得秀的地方。
跟CT影像相比，在软组织成像方面具有更大的优势，成像质量更好，看得更清晰。
场强为3.0T，孔径为70cm。扫描床有轮子，因此需要固定住，防止纵向有偏差。
场强为3.0T，孔径为70cm。
在实施肿瘤患者的放射治疗前，我们必须要弄清楚照哪里？所以必须得有个影像设备进行模拟。它可能是X线模拟定位机（X-sim）、CT模拟定位机（CT-sim）、MR模拟定位机（MR-sim），甚至包括PET-CT/PET-MR模拟定位（PET-CT/MR-sim）。
不同于放射科的影像设备以观察解剖结构发现病变为主要目的，放疗科的这些影像设备还必须将病变的位置信息定量化和具象化。这不仅体现在频繁出现的精确刻度以及全方位的QA/QC测试上，而且还需要安装三维激光灯定位系统，并且在定位过程中需要在患者身体上画上标记线。
机头发射X射线，下面的影像板接收穿过人体的X射线进行处理并成像，它可以拍摄正侧位平片，也可以进行透视以便观察人体器官的呼吸活动度。
患者经过放疗确诊和模体设计后，CT定位是精确放疗流程中的第三个环节，基于定位CT图像，我们才可以靶区轮廓勾画、计划设计、病人剂量QA等，其重要性不言而喻。
设备生产者专门设计和生产了放疗专用的CT机，但是由于各种原因，多数放疗单位采用的是普通诊断CT机，通过增加放疗适配装置来进行放疗定位；今天由河南省肿瘤医院万金刚物理师和登封市人民医院物理师王豪鑫一起为大家视频展示两种设备的CT定位操作流程。
在临床放射治疗模拟定位实践中，使用通用诊断 CT 加装放疗平板床与配置专用大孔径 CT 模拟定位机存在显著的工程与剂量学差异：（1）机架有效物理孔径：常规诊断 CT 孔径多在 70 cm 左右，而放疗专用大孔径 CT（Big Bore CT）机架物理孔径通常达到 80 cm、85 cm 乃至 90 cm。由于放疗患者常需配备宽大的体位固定装置（如双臂外展上举的乳腺托架、躯干包覆的真空固定垫以及肥胖体型患者），小孔径极易发生固定架与机架内壁刮擦碰撞，严重限制扫描视野与摆位舒适度；（2）重建显示视野（DFOV）：诊断 CT 的最大重建成像视野通常受限于 50 cm，超出部分被直接截断或失真，导致体表轮廓信息丢失；专用大孔径 CT 具备 65～85 cm 的超大扩展显示视野（Extended FOV），能完整捕获患者侧胸壁、手臂及固定装置的真实几何边界，为 TPS 计算侧向入射射野的物理衰减提供精确轮廓；（3）床面刚度与下垂公差：通用诊断 CT 检查床面为弧形凹面床，即使加装活动亚克力平板，其承重变形与机械刚度仍难以匹配加速器碳纤维床；专用 CT 模拟定位机配备一体化高刚度平床板，在承重 135 kg 时全行程下垂变形量严格要求 ≤ 2 mm；（4）外置三维移动激光灯系统联动：专用 CT 模拟定位机通过专用控制台与机房高精度红外/红绿激光灯系统无缝联锁，扫描完成后可在控制台直接指定等中心坐标（Isocenter），激光灯自动移动至对应体表位置投射十字线，极大提升了参考铅点标记与分次复位的精度与效率。
简单讲就是，在常规照射技术的年代，如果采用钴60或直线加速器等高能射线照射患者体内的肿瘤，需将肿瘤的位置标记出来，具体做法是在患者体表用红色记号笔画个范围。是画在肚子上、背上，还是画在胸脯上；是画成方形、长方形，还是画成圆形、椭圆形；是画5cm大还是画10cm大？这样就需要有一个步骤，那就是将肿瘤定个位，给加速器指示照射位置和范围。
常规X射线模拟定位机就是这样一个设备，其实就是一台X线机，可以透视（看到肿瘤），可以拍片（做铅挡块）。为了和加速器联系到一起，以使射线能照射到人体内的肿瘤，这台X线机的机架、机头、治疗床等和加速器完全一致。这正是模拟定位机（Simulation）的工程定义：通过几何投影完全对齐治疗机的 X 射线透视摄影系统。常规照射技术为了尽可能的保护肿瘤周围的正常器官，需要做铅挡块。
模拟机的机头结构：准直器是定位机的关键组成部分，模拟加速器照射野的位置和大小，还有灯光射野指示系统，以及模拟加速器铅挡块的托架。
四维 CT 与呼吸运动管理
4D-CT 通过呼吸信号把扫描数据分为多个时相，用于构建 ITV、评估运动幅度和设计门控窗口。
为什么称为四维CT（4D-CT），我们得先讲讲常见的三维CT图像，三维即三个维度，或三个方向，即人站在地上，头脚方向、左右方向、腹背方向。
若想观察头脚方向的人体器官及其变化，就要一层一层连续看，这就又有了一个方向（头脚方向），形成了三个维度（三维），CT技术还可以将合起来（重建）的图像形成矢状面和冠状面，以更形象更直观地观察人体内器官的变化。
四维CT是增加了一个维度（因素或信息）；我们日常做CT扫描，基本原理是将人体用低剂量射线扫了扫，将扫描结果用电子探测器记录下来，记录的信息就是CT图像，但普通CT的扫描时记录下来的是扫描当时的静态信息，无器官变化，而人需要呼吸，有吸气、呼气变化，有深浅、快慢变化，随呼吸运动，心脏、肝等器官，特别是胸部腹部肿瘤也会变化。
头脚方向+腹背方向+左右方向+时间轴=四维。四维CT增加的一个维度就是时间信息，将胸腹部的器官运动变化用时间进行标注，既然标注了，我们就可以再现；四维CT也可以记录肠道、血管、气管等器官运动，但是在放射治疗的主要应用在记录随呼吸运动产生的影响。
以往在没有四维CT的年代，肺、肝、乳腺等肿瘤放疗，为了解决呼吸运动导致的靶区位移，放疗医生会外放一定尺度的范围，以保证不会发生射线漏照射肿瘤的现象，但是因为个体化差异，往往不能准确选择外放程度，可能外扩的范围大了，造成放疗副作用大，也可能放疗外扩范围小了，那就漏照射，肿瘤复发几率增大。
有了四维CT，我们还可以应用比较先进的呼吸门控技术。
目前 4D-CT 系统主要采用的有肺活量计测量呼吸量、或用红外线摄像装置测量体表随着呼吸起伏的高度差、或用压力感受器如腹带等测量由呼吸导致的压力差，然后将这些测量得到的信号转换成为呼吸周期信号。
CT 图像的采集方式大多使用电影模式(即 Cine 模式)：即在每个扫描床位处连续进行断层 Cine 模式扫描的方式来采集图像，图像采集的时间大约为一个呼吸周期加上一幅 CT 图像重建的时间（一般为 4～6 秒），在每个床位处的成像范围由螺旋 CT 探测器的排数和扫描层厚来决定（一般为 2～5 cm）。
在进行模拟定位扫描时，先在第一个床位处完成一次 Cine 模式扫描后，CT 检查床即自动进床至下一个扫描床位，然后再重复进行下一次 Cine 模式扫描；如此循环，直至完成对整个设定范围的扫描。然后计算机再根据呼吸信号将每个呼吸周期中的 CT 图像平均分为 10 个呼吸时相，最后分别重建出 0%～90%共 10 组 CT 图像。因此 4D-CT获得的图像数量是 3D-CT 图像的 10 倍。
与 3D-CT 相比，4D-CT 能较好的减少甚至消除呼吸运动引起的伪影，不仅能够更真实地再现肿瘤的位置、形态和大小，而且能够更准确地反映胸腹部肿瘤受呼吸等生理运动影响所发生的在三维空间内的位置变化情况。
四维CT(4D-CT)定位在三维CT(3D-CT)基础上将时间因素考虑在内，应用呼吸相位标注方法进行图像采集和重建技术，业界通常将呼吸循环划分成10个时段，即10个时相；靶区勾画如果在四维CT的全部10个时相分别勾画，再融合，是最准确的靶区定义方法，但也是一个沉重负担，因此行业内多采用最大密度投影（MIP）技术，在MIP图像上勾画肿瘤靶区，MIP图像为根据呼吸周期中所有时相最大像素值重建的一套CT图像；基于MIP图像省时省力，但可能会存在某种图像信息丢失现象，因此，在4DCT基础上融合3DCT是肿瘤勾画完整性的一种方法。
本视频即依据河南省肿瘤医院放疗科日常工作，基于Varian Eclipse计划系统进行的演示。
3DCT & 4DCT图像融合教程。在肺癌、食管癌等受呼吸运动影响显著的胸部肿瘤放疗中，3D-CT 与 4D-CT 呼吸时相图像融合以及最大密度投影（MIP）构建是明确内靶区（ITV）边界的核心步骤。标准操作流程包括：（1）4D-CT 呼吸时相数据分选：将患者呼吸门控记录系统采集的 Cine 扫描序列按呼吸周期均分为 10 个时相（0% 呼气末至 50% 吸气末再至 90%）；（2）MIP（Maximum Intensity Projection）图像生成：利用图像处理工作站提取 10 个呼吸时相中每个三维体素在时间轴上的最大 CT 值，合成单一三维 MIP 容积图像。由于实体肿瘤密度显著高于周围含气肺组织，MIP 能够立体追踪并包络肿瘤在完整呼吸周期内的运动轨迹包络；（3）平均密度图像（Avg-CT）重建：同步计算各时相平均 CT 值生成 Avg-CT，用于在 TPS 中代表时间加权的组织密度以进行物理剂量计算；（4）多模态配准校验：将自由呼吸 3D-CT 与 4D-CT 的 Avg-CT 及 MIP 进行刚性融合，以气管隆突和胸椎为解剖锚点进行对准，验证不同扫描次序间患者基础体位的稳定性；（5）内靶区（ITV）勾画：在 MIP 图像上直接勾画高密度运动包络生成 ITV_MIP，并在 0% 与 50% 两个极端呼吸时相上逐层校对是否存在由于近邻横膈运动伪影引起的过估计，确保 ITV 既完全包络各时相 GTV 又最大限度保护肺实质。
多模态配准与光学追踪
MRI、PET 与 CT 的融合提高靶区辨识，光学体表追踪提供无标记的实时位置反馈。
CT图像是放疗中的靶区和危机器官勾画的标准图像资源。然而，由于CT对具有相似电子密度的软组织结构区分能力很差，在对颅内肿瘤、宫颈癌与直肠癌侵犯范围、鼻咽癌、喉癌等，由于水肿区的存在以及与周围正常解剖结构的密度相似，在CT上很难对临床靶区和大体肿瘤靶区进行定界，容易造成靶区勾画的不确定性。
MRI成像取决于物质的质子密度，对软组织特别是对浸润性肿瘤比较敏感，图像边界清晰，较CT影像能够更精确地描述肿块大小，但不能直接用于放疗计划设计。
CT/MRI图像融合可以提高肿瘤靶区勾画的准确性，提高适形放疗的精度，有利于放疗计划制定，降低瘤周水肿对靶区勾画的影响。
原子核带有正电，许多元素的原子核，如1H、19FT和31P等进行自旋运动。
通常情况下，原子核自旋轴的排列是无规律的，但将其置于外加磁场中时，核自旋空间取向从无序向有序过渡。自旋系统的磁化矢量由零逐渐增长，当系统达到平衡时，磁化强度达到稳定值。
如果此时核自旋系统受到外界作用，如一定频率的射频激发原子核即可引起共振效应。这样，自旋核还要在射频方向上旋进，这种叠加的旋进状态叫做章动。
在射频脉冲停止后，自旋系统已激化的原子核，不能维持这种状态，将回复到磁场中原来的排列状态，同时释放出微弱的能量，成为射电信号，把这许多信号检出，并使之能进行空间分辨，就得到运动中原子核分布图像。
原子核从激化的状态回复到平衡排列状态的过程叫弛豫过程。它所需的时间叫弛豫时间。弛豫时间有两种即T1和T2，T1为自旋-点阵或纵向驰豫时间，T2为自旋-自旋或横向弛豫时间。
是用X线束对人体检查部位一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X线，转变为可见光后，由光电转换器转变为电信号，再经模拟/数字转换器（analog/digital converter）转为数字信号，输入计算机处理。
图像形成的处理有如将选定层面分成若干个体积相同的长方体，称之为体素（voxel）。扫描所得信息经计算而获得每个体素的X线衰减系数或吸收系数，再排列成矩阵，即数字矩阵（digital matrix）。
数字矩阵可存储于磁盘或光盘中。经数字/模拟转换器（digital/anolog converter）把数字矩阵中的每个数字转为由黑到白不等灰度的小方块，即像素（pixel），并按矩阵排列，即构成CT图像。
随着医学、计算机技术及生物医学工程技术的发展，医学影像为临床诊断及治疗提供了多种模态的医学图像如CT、MRI、SPETCT、PET、DSA、超声图像等，不同的图像提供了相关脏器的不同信息。
在实际临床应用中，通常需要将不同模态的图像融合在一起，得到更丰富的信息以便了解病变组织或器官的综合信息，从而做出准确的诊断或制定出合适的治疗方案。目前常用的图像融合有CT/MRI,CT/CT,CT/PET/CT,3DCT/4DCT等。
在放射治疗计划系统（如 Varian Eclipse、Elekta Monaco）中，CT 与 MRI 图像的多模态融合已成为头颈部肿瘤（鼻咽癌、脑胶质瘤）及盆腔肿瘤（前列腺癌、宫颈癌）靶区精确界定的标准流程。标准操作指南包括：（1）定位图像导入与检查：将患者同体位下采集的高分辨率薄层 CT（包含 HU 相对电子密度）与轴位 T1WI、T2WI、增强 T1WI 及 DWI 序列导入 TPS，检查图像空间坐标系方向、层厚与体素大小的一致性；（2）解剖感兴趣区（VOI）裁剪：在图像配准模块中定义包络靶区解剖关键区域的配准体积，剔除因患者肢体摆放差异引起的边缘非刚性畸变区域；（3）刚性配准（Rigid Registration）：优先以解剖结构稳定的刚性骨性结构为基准（如颅底骨质、蝶鞍、枕骨大孔或骨盆髂棘、耻骨联合），执行包含三维平移（Δx, Δy, Δz）与三维旋转（Roll, Pitch, Yaw）的六自由度刚性配准；（4）互信息量优化与棋盘格验证：采用归一化互信息量（Normalized Mutual Information, NMI）算法驱动迭代对齐，并通过双色透明叠加显示、棋盘格（Checkerboard）交错切片及边缘轮廓线对比工具，在矢状位、冠状位及横断面三维联动精细微调；（5）结构集映射与靶区勾画：确认配准精度达到亚毫米级后，将 MRI 优异的软组织分辨率（如鼻咽黏膜侵犯、神经鞘受累、脑干边界）作为底层参考，在 CT 网格上直接勾画 GTV 轮廓，确保剂量计算仍严格依托 CT 的 Hounsfield 单位（HU）吸收衰减矩阵。
多参数磁共振成像（Multi-parametric MRI, mpMRI）融合了高分辨解剖结构与多维度生理病理功能信息，在现代精确放疗中正发挥不可替代的作用：（1）T2WI 高分辨解剖定界：利用超薄层 T2 加权成像清晰显示前列腺包膜外侵犯、直肠系膜筋膜（MRF）侵犯及脑干与海马解剖亚区，显著缩小靶区勾画的观察者间差异；（2）弥散加权成像（DWI）与表观弥散系数（ADC）：DWI 反映活体组织内水分子的布朗运动受限程度。肿瘤内部细胞密度极高，ADC 值显著减低呈现高信号；利用低 ADC 阈值区域可精准定义肿瘤细胞最活跃的生物靶区（BTV, Biological Target Volume），在 IMRT 计划中给予局部同步推量照射（SIB）；（3）动态对比增强磁共振（DCE-MRI）：通过药代动力学双室模型（Tofts 模型）定量计算容积转移常数（K_trans）、回流速率常数（k_ep）与血管外细胞外空间积分数（v_e），定量描绘肿瘤微血管通透性与灌注状态，识别微血管缺氧与放射抗拒亚区；（4）磁共振波谱成像（MRS）：检测胆碱（Cho）、肌酸（Cr）与 N-乙酰天门冬氨酸（NAA）等代谢产物浓度比值（如 Cho/NAA 比值），鉴别脑胶质瘤放疗后复发与放射性脑坏死。
Catalyst体表追踪系统可以进行位置验证、呼吸管理等，挺好的技术，有兴趣者拿走了。
由瑞典 C-RAD AB 公司研发生产的 Sentinel/Catalyst 体表追踪系统是利用激光和可见结构光 技术对病人体表进行追踪的系统。系统主要包括三个主要部分：Sentinel 4D CT 安装在 CT 模拟室，用于对病人进行模拟定位，抓取实时呼吸曲线，对病人进行呼吸训练获取呼吸序列；Catalyst 安装在加速器机房，由三个光学发生及追踪器组成；软件系统C4D由数据库服务器，相对应的软件及接口授权组成。
C-RAD 产品有来自厂家批准过的各种接口，比如 Varian 设备的 MMI 接口，Elekta 设备的 Response 接口，以及各大 CT 厂家的 4DCT 接口。Catalyst 体表追踪系统主要解决以下临床需求：
位置的精准摆位。传统的摆位技术主要使用激光灯和真空垫以及膜等工具做二维摆位，摆位精度低，可重复性差，存在治错病人等问题。使用 Catalyst 进行摆位，摆位精度高达0.5mm，分次摆位重复性好，治疗过程中发生的病人消瘦等影响摆位精度的误差可以迅速调整。使 用专利的反投影技术，可以提高摆位速度，简化工作流程。自动移床技术，可以方便技师准确的找到病人摆位的位置。
治疗过程中的实时运动监控。Catalyst 填补了实时运动监控的空白。在我们实际使用中，发现病人在治疗过程中存在多种运动，并且运动幅度都超过了 5mm 级别以上。例如，在摆位完成后病人的放松，机器移动时的恐惧，治疗过程中的咳嗽、呕吐，长时间治疗的挪动身体等等都会 造成巨大的治疗误差。Catalyst 可以实时把这些误差找出来，并且通过和加速器的接口对加速器的束流进行控制，开启或者关闭束流。从而最大可能的降低病人被误照的可能性。
深呼吸屏气治疗-DIBH。深呼吸屏气治疗是主要应用于左侧乳腺癌和肺部肿瘤放疗的呼吸管理技术。大大改进了目前市场上所使用的深呼吸屏气治疗技术的缺点，病人可以通过专利的呼吸控制 VR 眼镜，对治理进行控制。Catalyst协同 CT 端的 Sentinel，对流程进行优化，在 CT 模拟室完成呼吸的模拟和对病人的训练，技师无需在治疗室付出更多时间，保证正常的治疗室病人的流量的同时，给予病人更好的治疗结果。
自由呼吸治疗。自由呼吸治疗是主要应用于肺部肿瘤的治疗方式，也是病人可以通过专利的呼吸控制 VR 眼镜，对治理进行控制。Catalyst 协同 CT 端的 Sentinel，对流程进行优化，在 CT 模拟室完成病人自由呼吸 4DCT 的采集，技师无需在治疗室付出更多时间，保证正常的治疗室病人的流量的同时，给予病人更好的治疗结果。
SRT 治疗。SRT 是头部立体定向治疗。由于头部肿瘤附近危及器官过多，对头部 SRT 的治疗要求精度必须达到 0.5mm。拥有专利 SRT 技术的 Catalyst 可以在头部治疗过程中，精度 达到 0.3mm。保证头部肿瘤治疗的同时，保护危及器官。
SBRT 治疗。体部 SBRT 治疗是目前放疗的主要趋势，对治疗精度的要求达到 0.7mm，Catalyst 符合 这个治疗的要求，是 SBRT 治疗的最好的伙伴。目前开展的 SBRT 已经成熟的研究主要 集中在肺部 SBRT 治疗。腹部的 SBRT 的治疗研究正在多中心的研究和协作中。
这些技术可以保证患者体位的精度，以及照射范围内各结构的剂量准确度，提高治愈率，减少放疗副作用；依靠CT或CBCT，我们更可以追踪肿瘤运动，结合呼吸管理系统，进行肿瘤引导放射治疗，开展诸如消融式放疗（SABR）和放射外科（SRS）等先进放疗技术。
三维与四维图像引导放疗系统（IGRT）代表着从解剖盲打到可视化精准打击的现代放疗里程碑。其临床综合应用工程闭环包括：（1）机载二维与三维影像互补引导：利用正交千伏级平片（kV-kV Pairs）快速对齐颅脑、骨盆等刚性骨性解剖标志；利用机载锥形束 CT（kV-CBCT）在出束前进行软组织容积断层扫描，实现前列腺与直肠界面、肺部软组织肿块与肺不张边界的直接三维灰阶比对；（2）四维 CBCT（4D-CBCT）呼吸动度实时还原：针对肺部移动结节，4D-CBCT 通过同步采集呼吸波形数据，将投影重建为不同呼吸时相的断层体数据，使物理师能够在线直接观察肿瘤在实际呼吸状态下的三维运动轨迹是否超出计划设计的 ITV 边界；（3）六自由度（6DoF）全自动误差修正床：将 CBCT 配准计算出的三个平移误差（ΔX, ΔY, ΔZ）与三个旋转姿态误差（Roll, Pitch, Yaw）自动转换为六轴驱动电机的协调步进，一键完成亚毫米级与亚度级的全自由度几何复位；（4）光学体表监控（SGRT）的连续分次内监测：在加速器出束阶段，光学结构光体表系统以 30 帧/秒的速率持续追踪患者胸腹体表数万个三维特征点，一旦患者在照射中出现剧烈咳嗽或体位移位超出预设门限（如 > 2 mm），系统立即触发加速器硬件联锁瞬间中断出束，待体位恢复后自动续照，构建起覆盖分次前、分次中与分次后的全维度图像引导闭环。
一起交流
分享你的思考，让讨论更进一步。