Digitalno rekonstruiran radiogram (ang. Digitally Reconstructed Radiograph, kratica DRR) imenovano tudi simulirano rentgensko volumensko upodabljanje je računalniško ustvarjen rentgenski posnetek, ki nam prikaže tri dimenzionalne (3D) podatke v dva dimenzionalno (2D) sliko.

Računalniška tomografija (CT) ima pomembno vlogo v sodobnem načrtovanju radioterapevtskih posegov. Temelji na atenuaciji rentgenskih žarkov v različnih tkivih, kar omogoča dozimetrične izračune. Poleg tega zagotavlja podrobne prikaze tumorjev, kosti in mehkih tkiv, ki se uporabljajo za vrisovanje tarčnih volumnov ter izbiro optimalnega načrta zdravljenja glede na velikost, število in položaj tumorja.

Uporaba v preteklosti V preteklosti so se za načrtovanje uporabljali simulacijski filmi, na katere so zdravniki vrisovali obsevalna polja. Ti so služili kot referenčne slike za primerjavo s portalnimi slikami, pridobljenimi med obsevanjem. Takšna primerjava je omogočala preverjanje pravilnega položaja pacienta pri vsakem obsevanju in s tem natančno obsevanje tumorja ob hkratnem varovanju okoliških zdravih tkiv in organov. Z razvojem digitalnih tehnologij so simulacijske filme nadomestili digitalno rekonstruirani radiogrami oziroma DRR.

Pri CT-simulaciji se pozicioniranje pacienta in oblikovanje obsevalnih polj izvajata na podlagi CT-podatkov namesto podatkov, pridobljenih s klasičnim simulatorjem. Medtem ko pri klasični simulaciji nastane simulacijska rentgenska slika, se pri CT-simulaciji ustvari digitalno rekonstruiran radiogram, ki predstavlja geometrijsko enakovreden ravninski prikaz CT podatkov.

DRR je računalniško ustvarjena slika, pridobljena iz podatkov CT-slik, narejenih med CT-simulacijo. Ker mora biti pacient med simulacijo in obsevanjem nameščen v enakem položaju, je preverjanje morebitnih odstopanj ključnega pomena. S pomočjo različnih rekonstrukcij je mogoče ustvariti ravninske slike v anteroposteriorni, lateralni ali poševni projekciji, kar omogoča prikaz tumorskega volumna iz več perspektiv. Čeprav predstavljajo pomembno izboljšavo v primerjavi s simulacijskimi filmi, je bila njihova zgodnja uporaba omejena zaradi slabše kakovosti in ločljivosti slik, kar je bilo posledica takratne stopnje razvoja tehnologije. Slabosti uporabe simulacijskih filmov so vključevale omejitev pri prikazu kostnih struktur, volumna tumorja in druge volumne mehkih tkiv ni bilo enostavno in natančno označiti na simulacijskih filmih in za dober prikaz je v številnih primerih bila potrebna uporaba dodatnih ukrepov kot so različne oblike kontrastnih sredstev, da se je uporaba simulacijskih filmov povečala. DRR-ji lahko premagajo vse slabosti, povezane s konvencionalnimi simulacijskimi filmi.

Generiranje Rentgenski posnetek je mogoče digitalno rekonstruirati iz volumetričnih CT podatkov, tako da izračunamo integral atenuacijske funkcije vzdolž žarka, ki potuje skozi volumen pri danem energijskem spektru. Za generiranje DRR-jev je potrebno poznavanje geometrije žarkov kot sta vidno polje in velikost matričnega slikovnega detektorja. Pri modeliranju predpostavljamo, da je sipano sevanje zelo majhno in ga lahko zanemarimo. Prav tako je pri visoko energijskih fotonih majhen tudi učinek utrjevanja žarka. Zato lahko intenziteto slike opišemo z enačbo, ki upošteva energijski spekter vira in dušenje v tkivu. Smer vsakega žarka določimo tako, da točko na sliki povežemo z izvorom sevanja.  Za generiranje DRR-jev se uporabljajo 3D tehnike na osnovi tekstur, ki tečejo na grafični procesni enoti (GPU), kar omogoča hitro računanje. CT-volumen naložimo v grafični pomnilnik, nato pa računamo presečne slike in jih združujemo od zadaj naprej. Pri tem uporabljamo preslikavo struktur, ki pretvori vrednost dušenja v nove vrednosti, primeren za upodabljanje. Ta postopek je učinkovit in ne povzroča izgube zmogljivosti. S to tehniko zalo učinkovito rekonstruiramo visokokakovostne DRR-je. Za generiranje sicer obstajajo še številne različne tehnike.

Kakovost slik Ker DRR nadomešča rentgenske slike klasičnega simulatorja, mora zagotoviti dovolj anatomskih informacij za natančno preverjanje pozicioniranja obsevalnih polj. Zato je kakovost teh slik pomemben dejavnik pri načrtovanju zdravljenja.

Različne tehnike DRR uporabljajo različne izračune dušenja, ki vplivajo na vrednosti slikovnih točk in prispevajo k videzu slike. Ločljivost DRR slik je omejena z ločljivostjo izvornega CT-ja in je precej nižja kot pri klasičnih rentgenskih posnetkih, kar se lahko zazna kot slabost. Na DRR slikah se pojavi tudi višja raven šuma, kar se lahko zmanjša z uporabo metod odstranjevanja šuma ali z uporabo CT slik z višjo dozo. Na zaznavo DRR vpliva tudi geometrija projekcije. Projekcije iz točkovnega vira so manj primerne, ker povzročajo popačenja in prekrivanja robov, kar otežuje opazovanje struktur. Izgled DRR lahko izboljšamo tudi z prilagajanjem kontrasta in svetlosti.

Uporaba

Preverjanje pozicije pacienta v radioterapiji Naloga radiologov in radioloških inženirjev je dobro poznavanje tridimenzionalnega določanja makroskopskega tumorskega volumna (GTV), kliničnega tarčnega volumna (CTV) ter organov tveganja na podlagi CT-simulacije. Prav tako je pomembno prepoznavanje morebitnih napak pri nastavitvi pacienta že med simulacijo, saj se lahko neopažene nepravilnosti prenašajo skozi celoten proces zdravljenja in zahtevajo ponovno načrtovanje obsevanja. Pri vseh teh postopkih ima DRR pomembno vlogo.

Glavni namen DRR-slik je primerjava s portalnimi slikami, pridobljenimi na obsevalnih napravah. Takšna primerjava predstavlja postopek verifikacije zdravljenja in je še posebej pomembna pri interpretaciji portalnih slik slabše kakovosti.Učinkovitost obsevanja je odvisna od natančnosti pacientove nastavitve pri vsakem obsevanju. Zato se pri pacientih kjer nastavitev pacienta preverjamo s portalnimi slikami uporabljajo registracije medicinskih slik.  Metoda registracije, ki temelji na intenziteti vključuje izračun DRR-jev. Ujemanje DRR-jev in portalnih slik je lahko 2D ali 3D.

Ocenjevanje porazdelitve absorbirane doze v radioterapiji Uporaba DRR-jev je bila večinoma omejena na geometrijsko in vizualno preverjanje, zlasti pri nastavitvi pacientov, poravnavo žarka in ujemanja polja. Uporaba DRR-jev za izračun neodvisne porazdelitve doze ali dozimetrično preverjanje lahko zagotovi dodatno zaščito pred morebitnimi napakami pri dostavi doze. Gre za nov pristop, ki neposredno izpelje porazdelitve doze iz slik DRR. Predstavlja nov pristop, saj bi ta tehnika DRR-je preoblikovala iz izključno geometrijskih orodij za preverjanje v metodo za neodvisno validacijo doze. Vključevanje dozimetrične verifikacije iz DRR slik lahko izboljša varnost pacientov z neodvisnim preverjanjem doze, izračunanih s sistemi za načrtovanje zdravljenja, izboljša natančnost zdravljenja s hitrim odkrivanjem neskladij med načrtovanimi in izračunanimi porazdelitvami doze ter poveča odpravo potrebe po dodatnih meritvah ali specializirani opremi, kar omogoča preverjanje v realnem v realnem času na standardnih računalnikih. Te prednosti so še posebej pomembne pri adaptivni radioterapiji ter kliničnih okoljih z omejenimi viri. Z vključevanjem uporabe DRR dozimetrije v rutinsko klinično delo, bi okrepili zagotavljanje kakovosti in zagotovili bolj zanesljivo zdravljenje pacientov.

Prednosti uporabe Prednost DRR-slik je  možnost njihove izdelave po končanem slikanju, ko pacient ni več prisoten v prostoru. V določenih primerih pa je koristno njihovo ustvarjanje že med samim slikanjem, saj omogoča takojšnjo oceno pravilnosti pacientovega položaja. Hitra izdelava DRR-slik je pomembna tudi pri risanju oblik obsevalnih polj in referenčnih oznak na pacientovi koži, saj takšni postopki zahtevajo hitro obdelavo in preoblikovanje podatkov

Sklici