2) создание синтетических цифровых рентгенограмм пациента для произвольных геометрий при помощи программной обработки КТ-данных (+)
3) имитацию процесса облучения с помощью компьютерных 3D-программ
4) проектирование трехмерной анатомической информации на плоскость
Виртуальная симуляция в лучевой терапии основана на обработке массива данных компьютерной томографии пациента и формировании цифровых реконструированных рентгенограмм (DRR, digitally reconstructed radiographs). Программное обеспечение рассчитывает прохождение рентгеновских лучей через воксели КТ, используя их коэффициенты ослабления, и строит двумерное проекционное изображение для заданного положения источника, пациента и детектора. Благодаря этому можно моделировать различные направления пучка, углы гентри и коллиматора, положение стола, размеры поля и форму защитных блоков или лепестков многолепесткового коллиматора.
Ключевой результат виртуальной симуляции — синтетическая рентгенограмма, соответствующая выбранной геометрии облучения. Она позволяет локализовать изоцентр, сопоставить костные и мягкотканные ориентиры, определить границы поля и проверить соответствие планируемого пучка анатомии пациента без дополнительного диагностического облучения на этапе моделирования. Поэтому наиболее точным является определение, связывающее виртуальную симуляцию именно с созданием цифровых рентгенограмм на основе КТ-данных; трехмерное моделирование процесса облучения или проецирование анатомии на плоскость являются лишь отдельными компонентами либо более общими описаниями.
Виртуальная симуляция применяется преимущественно при подготовке плана дистанционной лучевой терапии и последующей верификации геометрии укладки. Сгенерированные DRR могут сравниваться с контрольными изображениями, полученными на лечебной установке, что помогает выявлять смещение пациента и ошибки позиционирования. При этом виртуальная симуляция не заменяет расчет дозы: она определяет геометрические условия облучения и служит связующим этапом между КТ-планированием и проведением лечения.
| Подход | Источник данных | Основной результат | Клиническое назначение | Ограничение |
|---|---|---|---|---|
| Виртуальная симуляция | Планировочная КТ пациента | Цифровые реконструированные рентгенограммы для выбранной геометрии | Выбор направления пучков, изоцентра, границ поля и контроль укладки | Зависит от качества КТ, контурирования и корректности геометрической модели |
| КТ-симуляция | КТ-сканирование в лечебном положении | Трехмерный анатомический набор данных с координатами пациента | Основа для контурирования объемов и дозиметрического планирования | Требует воспроизведения иммобилизации и положения, используемых при лечении |
| Обычная рентгеновская симуляция | Реальные рентгенограммы на симуляторе | Проекционные изображения при физически установленной геометрии | Разметка и проверка полей облучения под рентгеноскопическим контролем | Ограниченная трехмерная информация о мягких тканях |
| Портальная визуализация | Изображение на лечебной установке во время сеанса | Контрольное изображение фактического положения пучка и пациента | Верификация укладки и сопоставление с DRR | Может иметь низкий контраст мягких тканей и не заменяет планирование |
| Трехмерная анатомическая реконструкция | Сегментированные КТ- или МРТ-данные | Объемная модель органов и патологического очага | Визуализация анатомии и подготовка контуров | Не является сама по себе расчетом проекционной рентгенограммы |
| Дозиметрическое планирование | КТ-данные, контуры и физическая модель пучка | Распределение дозы в тканях и количественные показатели покрытия | Оптимизация лечебного плана и оценка ограничений для органов риска | Не сводится к построению DRR и требует отдельной верификации геометрии |
Таким образом, определяющим признаком виртуальной симуляции является получение проекционного изображения из трехмерного КТ-набора, а не простое отображение анатомии или абстрактная имитация облучения. Изменение параметров геометрии выполняется программно, поэтому один и тот же набор данных может использоваться для моделирования множества вариантов пучков. Сопоставление DRR с фактическими верификационными снимками повышает точность позиционирования пациента. Достоверность результата определяется качеством исходной КТ и правильностью задания координат и параметров лечебной установки.