运动跟踪：示例图像投影与真实目标(绿色)、移位规划目标体积(红色)、未移位规划目标体积(洋红色)、心脏(红色虚线)和隔膜(蓝色)的位置重叠。

通过一次放射治疗，患者的不规则心跳将得到纠正;但有一个问题。这个特殊的病人吸气不均匀，但呼气平稳，给病人的护理团队带来了一个不寻常的挑战：当病人呼吸不稳定时，他们的心脏运动不规则，所以健康的心脏组织会收到一些不需要的辐射。

悉尼大学ACRF Image X 研究所的澳大利亚富布赖特学者和博士候选人Nicholas Hindley可能已经找到了解决这个问题的现成方法。他和他的合作者开发了一种算法，可以使用低能 X 射线实时跟踪横膈膜——放射治疗期间内脏运动的主要驱动因素。跟踪算法将帮助患者的护理团队照射心脏的受影响区域并避开健康组织，而无需任何专门设备，只需要一个标准的直线加速器和一些代码。

不规则的横膈膜运动? 没问题

Hindley 受到全球心律失常(心律异常)负担日益加重以及对心脏放射消融等及时、廉价和非侵入性治疗的需求不断增长的推动。

“医学物理学界最近开展了一系列活动，以开发安全有效的方法来使用放射疗法治疗心脏异常电活动，”欣德利说。“实时跟踪目标和危及器官所需的技术现已可用，无需花哨、昂贵的设备。我们只需要用聪明的软件来补充现有的硬件。”

Hindley 的最新作品发表在Physics in Medicine & Biology 上，使用模拟研究来证明研究团队的隔膜跟踪算法，结合基于标准直线加速器的放射治疗系统的成像能力，可以将辐射聚焦到心脏的某些区域在避开他人的同时，在患者呼吸的同时。

该算法使用通过四维计算机断层扫描 (4D-CT) 成像获得的图片来计算心脏相对于横膈膜运动的移动距离。然后使用该呼吸运动模型在治疗期间实时跟踪隔膜，从而实时跟踪心脏。该方法通过在治疗前应用均匀的边缘来解释心脏子结构的运动。

“这种方法中有许多参数可以调整，使用不对称边距肯定是其中之一，”欣德利解释说。“人们可以推测，非对称边缘在图像引导的情况下可能会很好地工作，因为我们知道心脏亚结构经历的运动和变形在左右轴、上轴和前轴上是不均匀的。”

跟踪性能：模拟的第一分钟显示真实目标、移动规划目标体积和未移动规划目标体积质心位置的运动轨迹。

拯救生命，提高生活质量

Hindley 指出，他们的研究是概念验证，因为它使用了杜克大学的Paul Segars开发的数字模型。这些使用真实患者图像创建的患者数字表示，使用生物力学模型进行调整，以便像 Hindley 这样的研究人员可以测试他们的算法。Hindley 计划使用临床试验数据、拟人模型或这些数据的某种组合，在真实患者图像上展示该团队代码的性能。

在临床实施该算法之前，Hindley 预见的一项挑战是证明患者在 X 射线成像引导下接受的额外辐射剂量是合理的。但他认为收益大于潜在成本。

“与使用更有针对性的方法可能减少辐射相比，X 射线成像增加的辐射剂量微不足道，”欣德利说。“我们希望像我们这样的工具能增加放疗团队治疗这些棘手目标的信心。从长远来看，我们希望促进心脏放射消融的广泛采用，这有可能每年挽救或改善数百万人的生命质量。”