4DCT

4DCT
Spiral 4DCT Lung (Post).gifSpiral 4DCT Lung (Lateral).gif
4DCT에서의 폐 운동

4차원 컴퓨터단층촬영(Tomography, 4DCT)은 시간 경과에 따라 여러 개의 영상을 기록하는 CT 스캔의 일종이다. 스캔을 영상으로 재생할 수 있도록 해 생리학적 과정을 관찰하고 내부 움직임을 추적할 수 있도록 했다. 이 이름은 전통적인 3D 컴퓨터 단층 촬영에 (4차원으로) 시간을 추가하는 것에서 유래되었다. 또는 호흡과 같은 특정 과정의 단계를 네 번째 차원으로 간주할 수 있다.[1]

투시 진단은 4DCT와 비슷한 기술이지만 3D CT가 아닌 2D 평면 방사선 촬영에 시간 요소를 도입하는 것을 말한다.[2][3][4][5]

적용들

방사선요법

4DCT는 심장이나 폐와 같은 건강한 장기에 대한 선량을 줄이기 위한 방사선 치료 계획에 사용된다. 대부분의 방사선 치료는 3D CT 스캔 결과를 사용하여 계획된다. 3D 스캔은 대개 특정 시점에 신체의 스냅샷을 제시하지만, 획득 시간 때문에 환자가 어떤 식으로든 움직였을 가능성이 높기 때문에(호흡만 해도) 3D 스캔에서 흐릿하거나 평균화하는 요소가 있을 것이다.[6] 치료 계획에 관한 한, 이 동작은 치료 빔의 위치설정에 있어 정확도가 낮다는 것을 의미할 수 있으며, 치료에 관한 한 선형 가속기에 반복적으로 설정될 가능성을 감소시킬 수 있다.[7]

환자의 신체적 움직임을 최소화하기 위해 일반적으로 일종의 고정 장치가 사용된다. 호흡과 같은 생리적 운동을 극복하기 위해 4DCT는 다양한 시간과 위치에서 이미지를 획득하여 운동의 범위를 시각화할 수 있다(예: 최대 영감에서 최대 호기까지). 그러면 치료 계획은 중요한 장기의 가능한 위치의 전체 범위와 종양(표적) 자체에 대한 지식으로 설계될 수 있다.[8]

4DCT는 일반적으로 호흡 추적과 같은 게이트 기법을 사용하여 영상 획득이 설정된 지점에서 자동으로 트리거되도록 한다.[9] 이 게이트는 또한 치료 시에도 적용될 수 있으며, 방사선 치료 빔은 호흡 주기의 특정 지점에서만 켜진다([10]심층 영감 호흡 유지 기법에서와 같이).

진단방사선학

4DCT는 예를 들어 관절 문제, 심장 주기 및 부갑상선 기능 저하와 같은 진단 방사선 시술에 사용되기 시작했다. 진단 목적을 위한 4DCT의 단점에는 크고 복잡한 데이터 집합과 환자에 대한 방사선량 증가가 포함된다.[11]

재구성 방법

4DCT는 3D 샘플의 시간적 역학을 충분히 높은 시간적, 공간적 분해능으로 시각화하는 것을 목표로 한다. 연속적인 시간 프레임은 일반적으로 순차적 스캔을 통해 얻으며, 이어서 각 3D 데이터 세트의 독립적 재구성이 이루어진다. 그러한 접근방식은 충분한 품질의 영상을 얻기 위해 각 스캔에 대해 많은 수의 투영을 필요로 한다. 따라서 갠트리 회전 속도(즉, 시간 분해능)와 재구성된 영상의 품질 사이에는 분명한 트레이드오프가 존재한다. 인접 시간 프레임의 투영도 포함시켜 특정 시간 프레임을 재구성하는 동작 벡터 기반 반복 기법도 이용할 수 있다. 이러한 전략을 통해 회전 속도와 SNR 사이의 트레이드오프를 개선할 수 있다.

유체 역학의 경우, 시간 내내 감쇠 과정을 모델링하는 전문 재구성 알고리즘이 개발되었다.[13] 그러한 유체 역학의 예로는 조영제의 전파를 모델링하고 CT 영상으로 동시에 추정하는 관류 CT가 있다. [14]

참조

  1. ^ Cox, James D.; Chang, Joe Y.; Komaki, Ritsuko (2007). Image-Guided Radiotherapy of Lung Cancer. CRC Press. p. 85. ISBN 9780849387821.
  2. ^ Menze, Bjoern; Langs, Georg; Tu, Zhuowen; Criminisi, Antonio (2011). Medical Computer Vision: Recognition Techniques and Applications in Medical Imaging. Springer. p. 63. ISBN 9783642184215.
  3. ^ Jr, Brendan C. Stack; Bodenner, Donald L. (2016). Medical and Surgical Treatment of Parathyroid Diseases: An Evidence-Based Approach. Springer. p. 152. ISBN 9783319267944.
  4. ^ Chin, Lawrence S.; Regine, William F. (2015). Principles and Practice of Stereotactic Radiosurgery. Springer. p. 191. ISBN 9781461483632. The ITV can be assessed with a 4D CT scan or fluoroscopy...
  5. ^ Jeremic, Branislav (2011). Advances in Radiation Oncology in Lung Cancer. Springer Science & Business Media. p. 160. ISBN 9783642199257.
  6. ^ Korreman, Stine S (7 December 2012). "Motion in radiotherapy: photon therapy". Physics in Medicine and Biology. 57 (23): R161–R191. Bibcode:2012PMB....57R.161K. doi:10.1088/0031-9155/57/23/R161. PMID 23165229.
  7. ^ De Ruysscher, Dirk; Faivre-Finn, Corinne; Nestle, Ursula; Hurkmans, Coen W.; Le Péchoux, Cécile; Price, Allan; Senan, Suresh (20 December 2010). "European Organisation for Research and Treatment of Cancer Recommendations for Planning and Delivery of High-Dose, High-Precision Radiotherapy for Lung Cancer". Journal of Clinical Oncology. 28 (36): 5301–5310. doi:10.1200/JCO.2010.30.3271. PMID 21079134.
  8. ^ Schlegel, Wolfgang C.; Bortfeld, Thomas; Grosu, Anca Ligia (2006). New Technologies in Radiation Oncology. Springer Science & Business Media. p. 83. ISBN 9783540299998.
  9. ^ Maciejczyk, Adam; Skrzypczyńska, Iga; Janiszewska, Marzena (November 2014). "Lung cancer. Radiotherapy in lung cancer: Actual methods and future trends". Reports of Practical Oncology & Radiotherapy. 19 (6): 353–360. doi:10.1016/j.rpor.2014.04.012. PMC 4201776. PMID 25337407.
  10. ^ Glide-Hurst, Carri K.; Chetty, Indrin J. (2014). "Improving radiotherapy planning, delivery accuracy, and normal tissue sparing using cutting edge technologies". Journal of Thoracic Disease. 6 (4): 303–318. doi:10.3978/j.issn.2072-1439.2013.11.10. ISSN 2072-1439. PMC 3968554. PMID 24688775.
  11. ^ Kwong, Yune; Mel, Alexandra Olimpia; Wheeler, Greg; Troupis, John M (October 2015). "Four-dimensional computed tomography (4DCT): A review of the current status and applications". Journal of Medical Imaging and Radiation Oncology. 59 (5): 545–554. doi:10.1111/1754-9485.12326. PMID 26041442. S2CID 25440312.
  12. ^ Van Nieuwenhove, Vincent; De Beenhouwer, Jan; Vlassenbroeck, Jelle; Brennon, Mark; Sijbers, Jan (2017). "MoVIT: A tomographic reconstruction framework for 4DCT". Optics Express. 25 (16): 19236–19250. Bibcode:2017OExpr..2519236V. doi:10.1364/OE.25.019236. PMID 29041117.
  13. ^ Van Eyndhoven, Geert; Batenburg, Joost; Kazantsev, Daniel; Van Nieuwenhove, Vincent; Lee, Peter; Dobson, Kathy; Sijbers, Jan (2015). "An iterative CT reconstruction algorithm for fast fluid flow imaging". IEEE Transactions on Image Processing. 24 (11): 4446–4458. Bibcode:2015ITIP...24.4446V. doi:10.1109/TIP.2015.2466113. hdl:10044/1/44267. PMID 26259219. S2CID 643273.
  14. ^ Van Nieuwenhove, Vincent; Van Eyndhoven, Geert; Batenburg, Joost; Vandemeulebroucke, Jef; De Beenhouwer, Jan; Sijbers, Jan (2016). "Local Attenuation Curve Optimization (LACO) framework for high quality perfusion maps in low-dose cerebral perfusion CT". Medical Physics. 43 (12): 6429–6438. doi:10.1118/1.4967263. PMID 27908148.