模拟呼吸运动体模设计和应用初步研究

张书旭^1,2 杨克柽²

(1.广州医学院附属肿瘤医院放疗中心 2.南方医科大学生物医学工程学院)

摘要 目的 设计一个能模拟呼吸过程中靶区上下（头脚）方向运动的体模，研究在运动状态下CT扫描后靶区重建的形变规律，为图像引导放疗(IGRT)提供验证体模。方法 用VEXTA步进电机、YT-H200B型步进电机驱动器、导轮、有机玻璃板等设计能模拟肿瘤随呼吸运动的体模；在体模平台上低密度度泡沫块内分别放置直径为2.5、3.0、4.5cm的有机玻璃球和大小不同的两个马铃薯，以此模拟不同形状的肿瘤；同时还放置边长为10cm的等腰直角三角板，以此研究重建形变的特征；运动体模在GE LightSpeed ¹⁶ CT上扫描，扫描条件：KV=120，mA=50，分别取不同的扫描参数（层厚8×1.25mm、8×2.5 mm，螺距分别0.625mm、1.675mm）和体模不同的运动周期(4秒、5秒)，组成7个不同的扫描序列，进行CT扫描后图像的后处理在GE AdvantageSim 6.0上完成，图像三维重建采用体绘制（volume rendering）技术，在冠状面上测量各模体的直径，并与实际值比较，作为衡量形变的参考指标之一；分别研究不同进床速度、体模运动周期、体模运动的初始相位对三维成像的影响。利用CT-SIM工具软件，定量计算图像的面积和长度等尺寸，分析三维图像的形变程度，并以静态图像为基准，计算形变的相对百分数，并对三维重建形变进行理论推导。结果 体模平台在步进电机控制下往返运动（近似正弦振荡），周期分为3.5s、4s、4.5s和5s等四档，幅度1~2cm可调；体模静止不运动时CT扫描后三维重建的效果良好，体模表面的细节清楚。在不同运动状态和不同扫描参数下扫描，重建图像的形变各异，最大变化幅度接近50%，理论推导的变化规律电脑模拟结果与实验重建图像形变一致。结论 本研究设计的体模能模拟呼吸运动过程中肿瘤的的运动，能用于定量研究运动状态下CT扫描后靶区重建的形变规律，是图像引导放疗(IGRT)验证的可靠工具。

关键词 呼吸运动 体模 图像引导放疗（IGRT）

作者联系方式：

单 位：广州医学院附属肿瘤医院放疗中心

单位地址：广州市横枝岗78号

邮 编：510095

电 话：020-83599869 （办） 13005110376

e-Mail: gthzsx@163.com