運動跟蹤：示例圖像投影與真實目標(綠色)、移位規劃目標體積(紅色)、未移位規劃目標體積(洋紅色)、心臟(紅色虛線)和隔膜(藍色)的位置重疊。

通過一次放射治療，患者的不規則心跳將得到糾正;但有一個問題。這個特殊的病人吸氣不均勻，但呼氣平穩，給病人的護理團隊帶來了一個不尋常的挑戰：當病人呼吸不穩定時，他們的心臟運動不規則，所以健康的心臟組織會收到一些不需要的輻射。

悉尼大學ACRF Image X 研究所的澳大利亞富布賴特學者和博士候選人Nicholas Hindley可能已經找到了解決這個問題的現成方法。他和他的合作者開發了一種算法，可以使用低能 X 射線實時跟蹤橫膈膜——放射治療期間內臟運動的主要驅動因素。跟蹤算法將幫助患者的護理團隊照射心臟的受影響區域并避開健康組織，而無需任何專門設備，只需要一個標準的直線加速器和一些代碼。

不規則的橫膈膜運動? 沒問題

Hindley 受到全球心律失常(心律異常)負擔日益加重以及對心臟放射消融等及時、廉價和非侵入性治療的需求不斷增長的推動。

“醫學物理學界最近開展了一系列活動，以開發安全有效的方法來使用放射療法治療心臟異常電活動，”欣德利說。“實時跟蹤目標和危及器官所需的技術現已可用，無需花哨、昂貴的設備。我們只需要用聰明的軟件來補充現有的硬件。”

Hindley 的最新作品發表在Physics in Medicine & Biology 上，使用模擬研究來證明研究團隊的隔膜跟蹤算法，結合基于標準直線加速器的放射治療系統的成像能力，可以將輻射聚焦到心臟的某些區域在避開他人的同時，在患者呼吸的同時。

該算法使用通過四維計算機斷層掃描 (4D-CT) 成像獲得的圖片來計算心臟相對于橫膈膜運動的移動距離。然后使用該呼吸運動模型在治療期間實時跟蹤隔膜，從而實時跟蹤心臟。該方法通過在治療前應用均勻的邊緣來解釋心臟子結構的運動。

“這種方法中有許多參數可以調整，使用不對稱邊距肯定是其中之一，”欣德利解釋說。“人們可以推測，非對稱邊緣在圖像引導的情況下可能會很好地工作，因為我們知道心臟亞結構經歷的運動和變形在左右軸、上軸和前軸上是不均勻的。”

跟蹤性能：模擬的第一分鐘顯示真實目標、移動規劃目標體積和未移動規劃目標體積質心位置的運動軌跡。

拯救生命，提高生活質量

Hindley 指出，他們的研究是概念驗證，因為它使用了杜克大學的Paul Segars開發的數字模型。這些使用真實患者圖像創建的患者數字表示，使用生物力學模型進行調整，以便像 Hindley 這樣的研究人員可以測試他們的算法。Hindley 計劃使用臨床試驗數據、擬人模型或這些數據的某種組合，在真實患者圖像上展示該團隊代碼的性能。

在臨床實施該算法之前，Hindley 預見的一項挑戰是證明患者在 X 射線成像引導下接受的額外輻射劑量是合理的。但他認為收益大于潛在成本。

“與使用更有針對性的方法可能減少輻射相比，X 射線成像增加的輻射劑量微不足道，”欣德利說。“我們希望像我們這樣的工具能增加放療團隊治療這些棘手目標的信心。從長遠來看，我們希望促進心臟放射消融的廣泛采用，這有可能每年挽救或改善數百萬人的生命質量。”