甘曉根，徐子海，廖福錫

中國(guó)人民解放軍第三0三醫(yī)院放療中心，廣西 南寧 530021

應(yīng)用CTVision圖像引導(dǎo)分析胸部腫瘤在放療中的擺位誤差

甘曉根，徐子海，廖福錫

中國(guó)人民解放軍第三0三醫(yī)院放療中心，廣西 南寧 530021

目的應(yīng)用西門(mén)子CTVision圖像引導(dǎo)分析校正胸部腫瘤在放療中的擺位誤差，為制定胸部腫瘤放療計(jì)劃時(shí)從臨床靶區(qū)（CTV）到計(jì)劃靶區(qū)（PTV）的外擴(kuò)邊界提供參考。方法選取我科2011年1～9月應(yīng)用西門(mén)子ONCOR直線加速器行根治性放療的胸部惡性腫瘤患者20例，每周行CTVision圖像引導(dǎo)放射治療分析1次，對(duì)擺位誤差超過(guò)3 mm的患者進(jìn)行在線校正，分析患者校正前和校正后的擺位誤差。結(jié)果20例患者共獲得三維方向上校正前后的擺位誤差數(shù)據(jù)194組。校正前患者在前后（Anterior Posterior，AP）、上下（Superior Inferior，SI）和左右（Left Right，LR）3個(gè)方向上的擺位誤差分別是：（-0.57±1.28）mm、（-0.81±4.39）mm、（0.94±1.25）mm，校正后AP、SI、LR 3個(gè)方向的擺位誤差值分別為：（-0.24±0.40）mm、（0.31±1.29）mm、（-0.02±0.41）mm，采用Van等人的擺位外擴(kuò)邊界（MPTV）推理公式MPTV=2.5∑＋0.7δ計(jì)算，校正前CTV到PTV需外擴(kuò)MPTV值應(yīng)為11 mm，校正后為3 mm。結(jié)論采用CTVision圖像引導(dǎo)系統(tǒng)在線引導(dǎo)放療技術(shù)，可以有效地減少患者在治療實(shí)施過(guò)程的誤差，提高治療精度。

CT掃描儀；醫(yī)用直線加速器；圖像引導(dǎo)；胸部腫瘤；放射治療；擺位誤差

0 前言

西門(mén)子 CTVision 是目前國(guó)內(nèi)首套集導(dǎo)軌式 CT 掃描儀和醫(yī)用直線加速器在機(jī)房?jī)?nèi)實(shí)現(xiàn)圖像引導(dǎo)（Image Guided Radiation Therapy，IGRT）的放射治療系統(tǒng)。該系統(tǒng)創(chuàng)新地將治療計(jì)劃使用的快速、高對(duì)比度診斷CT成像標(biāo)準(zhǔn)引入治療室，為臨床提供清晰的CT圖像，更有利于與來(lái)自一體化解決方案（Total Plant Solution，TPS）系統(tǒng)的 CT 定位進(jìn)行比較，減少計(jì)算擺位誤差。隨著現(xiàn)代腫瘤放射治療的不斷進(jìn)展，對(duì)確定腫瘤位置的精度要求越來(lái)越高，特別是調(diào)強(qiáng)放射治療使用的急劇增加，更需要精確定位和擺位。了解擺位誤差的大小和原因?qū)p少擺位誤差和確定照射合適的外放邊界是非常有意義的。圖像引導(dǎo)放射治療系統(tǒng)就可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題，具體的實(shí)施方式有在線較位、自適應(yīng)性放療、四維放療技術(shù)和實(shí)時(shí)跟蹤技術(shù)等。臨床應(yīng)用最成熟的是在線較位技術(shù)，它是在每個(gè)分次治療過(guò)程中，擺位后采用患者二維或三維圖像，通過(guò)與參考圖像（模擬定位圖像或計(jì)劃圖像）比較，確定擺位誤差和（或）射野位置誤差，實(shí)時(shí)予以校正后才實(shí)施射線照射[1-3]。本文應(yīng)用CTVision 圖像引導(dǎo)對(duì)我科 20 例進(jìn)行根治性放療的胸部腫瘤患者治療前的CT 圖像與計(jì)劃系統(tǒng)的 CT 定位圖像進(jìn)行在線校正后比較，對(duì)胸部腫瘤的擺位誤差進(jìn)行測(cè)量和分析，為我科計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)從臨床靶區(qū)（CTV）到計(jì)劃靶區(qū)（PTV）的外擴(kuò)邊界提供參考數(shù)據(jù)?，F(xiàn)將結(jié)果報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取我科 2011 年 1～9 月應(yīng)用西門(mén)子 ONCOR 直線加速器行根治性放療的胸部惡性腫瘤患者20例，全程采用三維適形放療或調(diào)強(qiáng)適形放療，包括肺癌、食管癌患者，能維持治療體位至少 15 min，卡氏評(píng)分≥ 70 分。其中，男 17 例，女 3 例，患者中位年齡 52 歲（37～68 歲）。肺癌 16 例，食管癌4例。

1.2 儀器設(shè)備

西門(mén)子 CTVision 圖像引導(dǎo)系統(tǒng)，西門(mén)子 ONCOR 直線加速器，Oncentra MasterPlan 3.0 計(jì)劃系統(tǒng)，科萊瑞迪公司生產(chǎn)的熱塑體膜及其配套體架，LAP激光燈。

1.3 擺位固定

患者仰臥位，雙手上舉交叉置于前額，使用體部固定架，熱朔網(wǎng)膜固定，由2名技師應(yīng)用激光燈嚴(yán)格按胸腹部等中心擺位規(guī)范擺位，胸部標(biāo)記“┼”字線與激光燈“┼”字重合，作為標(biāo)記點(diǎn)建立參考系。

1.4 計(jì)劃設(shè)計(jì)CT圖像的獲取

計(jì)劃設(shè)計(jì) CT 掃描采用 82 cm 大孔徑 SOMATOM OPEN CT掃描機(jī)，患者嚴(yán)格按制作體膜時(shí)固定體位的要求仰臥于CT 床上，行 CT 掃描。掃描范圍：上起聲門(mén)下，下至上腹部，包括整個(gè)胸部。掃描參數(shù) ：130 kV，200 mmA，掃描層厚為 3 mm。

1.5 擺位誤差值的獲取和在線校正

物理師將放療計(jì)劃設(shè)計(jì)好后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳到技師工作站，技師仍嚴(yán)格按制作體膜時(shí)的定擺位方法給患者擺位，行放射治療前利用 CTVision 圖像引導(dǎo)系統(tǒng)為患者采集放療前圖像，掃描條件和掃描范圍與計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)相同。利用 Adaptive Targeting 軟件將放療前的 CT 圖像和計(jì)劃設(shè)計(jì)的CT圖像自動(dòng)融合，配準(zhǔn)的方法包括：最大共有信息自動(dòng)配準(zhǔn)法和人工圖像配準(zhǔn)法。通過(guò)由1名物理師和1名主治以上的醫(yī)師共同完成配準(zhǔn)，得出患者在前后（Anterior Posterior，AP）、上下（Superior Inferior，SI） 和 左右（Left Right，LR）3 個(gè)方向上的擺位誤差，對(duì)任一方向上擺位誤差＞ 3 mm 者，借助圖像引導(dǎo)系統(tǒng)提供的擺位誤差校正對(duì)話框，通過(guò)移動(dòng)治療床糾正患者擺位誤差，給患者行放射治療，治療完成后，患者保持治療體位不變，再次以相同的條件給患者行擺位誤差校正后的CT掃描，由同一物理師和醫(yī)師重新配準(zhǔn)。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

利用 SPSS17.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果

20 例患者治療期間，每周行 CTVision 圖像引導(dǎo)放射治療分析 1次，共分析 6次。對(duì)任一方向上擺位誤差＞ 3 mm 者，通過(guò)移動(dòng)治療床糾正患者擺位誤差，共有46次分析未進(jìn)行在線校正擺位誤差，這 46 次分析中患者在 LR、SI和 AP方向上的誤差均＜ 3mm。20 例患者共行 194 次 CTVision 圖像引導(dǎo)分析，獲得三維方向上在校正前后的擺位誤差數(shù)據(jù)194 組，其中 120 組為校正前的擺位誤差數(shù)據(jù)，74 組為校正后的擺位誤差數(shù)據(jù)。根據(jù) Stroom 等人[3]的定義（個(gè)體系統(tǒng)誤差以該患者每次擺位誤差的平均值表示；個(gè)體隨機(jī)誤差以該患者每次擺位誤差標(biāo)準(zhǔn)差表示；個(gè)體系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差均數(shù)分別表示群體系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差）及 Van 等人[5]的擺位外擴(kuò)邊界（MPTV）推理公式 MPTV=2.5 ∑＋ 0.7δ(使99% 臨床靶區(qū)至少達(dá)到 95% 的處方劑量，∑為系統(tǒng)誤差的標(biāo)準(zhǔn)差，δ為隨機(jī)誤差的標(biāo)準(zhǔn)差)計(jì)算，擺位校正前后患者在 LR、SI和 AP 方向的擺位誤差，見(jiàn)表 1。經(jīng)計(jì)算得出個(gè)方向的 MPTV值?？梢?jiàn)校正前 CTV 到 PTV 需外擴(kuò) MPTV值應(yīng)為 11 mm，校正后比較正前 LR、SI和 AP 方向分別減少 2.81、7.83、4.78 mm，所需外擴(kuò)的邊界值參考值設(shè)為 3 mm，見(jiàn)表 2。

表1 校正前后擺位誤差比較（mm）

表2 患者在不同方向上外擴(kuò)邊界值（mm）

3 討論

眾所周知，與頭頸部腫瘤相比，胸部腫瘤在放射治療中的擺位誤差值較大，原因是除了系統(tǒng)誤差外，胸部腫瘤在放療中靶區(qū)的位置會(huì)隨著呼吸、心跳等產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，增加了放療的不確定性。目前的三維圖像引導(dǎo)在線校正，主要是利用直線加速器配套三維成像設(shè)備在線獲取靶區(qū)及其周?chē)Y(jié)構(gòu)的容積圖像，并與計(jì)劃 CT 圖像進(jìn)行 3D-3D 剛性配準(zhǔn)，通過(guò)調(diào)整治療床的位置，驗(yàn)證并校正擺位等引入的誤差[5]。 目 前 較多的 文 獻(xiàn) 報(bào) 道了千 伏 錐 形 束 CT（kilovoltage cone-beam CT，KVCBCT）在線引導(dǎo)放療技術(shù)。我科室在2010 年 5 月引進(jìn)國(guó)內(nèi)首臺(tái)集導(dǎo)軌式 CT 掃描儀和直線加速器在機(jī)房?jī)?nèi)實(shí)現(xiàn)圖像引導(dǎo)放射治療系統(tǒng)—西門(mén)子 CTVision圖像引導(dǎo)放射治療系統(tǒng)。該系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是將治療計(jì)劃使用的快速、高對(duì)比度診斷CT成像標(biāo)準(zhǔn)引入治療室，為臨床治療提供清晰的 CT 圖像，更有利于與來(lái)自 CT 定位片進(jìn)行在線匹配，減少計(jì)算擺位誤差。在線引導(dǎo)放療技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)即為配準(zhǔn)患者的治療前CT圖像和計(jì)劃CT圖像，西門(mén)子 CTVision 圖像引導(dǎo)系統(tǒng)提供了 2 種配準(zhǔn)方式 ：最大共有信息自動(dòng)配準(zhǔn)和人工手動(dòng)配準(zhǔn)。在實(shí)際應(yīng)用中，自動(dòng)配準(zhǔn)在一些病例中會(huì)出現(xiàn)配準(zhǔn)后靶區(qū)仍未完全包括腫瘤的情況，有必要在系統(tǒng)得出數(shù)據(jù)結(jié)果后進(jìn)一步做人工手動(dòng)配準(zhǔn)，確認(rèn)靶區(qū)覆蓋腫瘤的程度，實(shí)現(xiàn)精確放療。本次研究由1名物理師和1名主治以上的醫(yī)師共同完成配準(zhǔn)，手動(dòng)配準(zhǔn)時(shí)參考了相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道[7-9]的研究結(jié)果（由于椎體和肺尖受呼吸運(yùn)動(dòng)影響較小，進(jìn)行胸部腫瘤的圖像配準(zhǔn)時(shí)可有較好的重復(fù)性），在配準(zhǔn)時(shí)選擇 2個(gè)解剖結(jié)構(gòu)作為參考標(biāo)記對(duì)進(jìn)行手動(dòng)配準(zhǔn)。

經(jīng)過(guò)配準(zhǔn)治療前得 CT 圖像和計(jì)劃設(shè)計(jì) CT 圖像得出患者在 LR、SI和 AP 方向上的擺位誤差，結(jié)果顯示校正后比較正前分別減少 2.81、7.83、4.78 mm，設(shè)計(jì)計(jì)劃時(shí)提供了外擴(kuò)參考值 MPTV，校正前 CTV 到 PTV 的外擴(kuò)值應(yīng)設(shè)定為 11 mm，而采用了 CTVision 圖像引導(dǎo)放療技術(shù)后，CTV 到 PTV 的外擴(kuò)值應(yīng)該為 3 mm，大大的減少了射野的外擴(kuò)范圍，對(duì)保護(hù)正常組織實(shí)現(xiàn)精確有重要意義。美國(guó)MD Anderson 腫 瘤中 心 Shiu 等 人[10]報(bào) 道 應(yīng) 用 這 一 技術(shù)，對(duì)3例椎旁的轉(zhuǎn)移性腫瘤進(jìn)行立體定向放射外科治療的結(jié)果，顯示等中心的位置變化 ：LR 方向?yàn)椋?.59±2.21）mm、SI方向?yàn)椋?2.06±1.74）mm、AP 方向?yàn)椋?0.26±1.2）mm。經(jīng)校正后，等中心在前后和左右方向上的位置改變均控制在 1 mm 以內(nèi)。其結(jié)果好于本研究，原因可能與椎旁腫瘤的位置相對(duì)固定和立體定向放射外科的擺位精度要求較高有關(guān)。本研究中，對(duì)病變的部位劃分不夠細(xì)致，（如食管癌較靠近椎體，位置相對(duì)固定，而位于肺尖、心臟附近的腫瘤運(yùn)動(dòng)幅度較小，位于橫隔區(qū)域的運(yùn)動(dòng)幅度大）得出的3個(gè)方向上的擺位誤差較為籠統(tǒng)，后續(xù)將會(huì)做進(jìn)一步的研究。另外，放療過(guò)程中腫瘤的扭曲變形，機(jī)械精度等均可能導(dǎo)致一部分誤差，CTV 的外擴(kuò)計(jì)算時(shí)并沒(méi)有將上述誤差考慮在內(nèi)，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)結(jié)合個(gè)體化因素，適當(dāng)增大 CTV 的外擴(kuò)。

總之，采用 CTVision 圖像引導(dǎo)系統(tǒng)在線引導(dǎo)放療技術(shù)，可以有效地減少患者在治療實(shí)施過(guò)程的誤差，為科室在制定放療計(jì)劃時(shí) CTV 到 PTV 的外擴(kuò)值提供參考依據(jù)，較大程度地減少了正常組織的誤照射，提高了放療的精確性、保證治療的質(zhì)量。

[1] 王鑫.圖像引導(dǎo)的放射治療[J].國(guó)際腫瘤學(xué)雜志,2006,4(33): 267-269.

[2] 戴建榮,胡逸民.圖像引導(dǎo)放療的實(shí)現(xiàn)方式[J].中華放射腫瘤學(xué)雜志,2006,2(15):132-135.

[3] 王詩(shī)琴,張書(shū)旭,余輝,等.鼻咽癌進(jìn)行圖像引導(dǎo)放療時(shí)不同配準(zhǔn)方法對(duì)體位校正的影響[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備,2010,25(4):77-79.

[4] Stroom JC,Heijn BJ.Geometrical uncertainties,radiotherapy planning margins,and the ICRU-62 report[J].Radiother Oncol, 2002,64:75.

[5] van Herk M,Remeijer P,Rasch C,et al.The probability of correct target dosage:dose-population histograms for deriving treatment margins in radiotherapy[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2000,47(4):1121-1135.

[6] Nakagawa K,Yamashita H,Shiraishi K,et al.Verification of in-treatment tumor position using kilovoltage cone-beam computed tomography:a preliminary study[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2007,69(4):970-973.

[7] Samson MJ,van Sornsen de Koste JR,de Boer HC,et al.An analysis of anatomic landmark mobility and setup deviations in radiotherapy for lung cancer[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,1999,43(4):827-832.

[8] Van de Steene J,Van den Heuvel F,Bel A,et al.Electronic portal imaging with on-line correction of setup error in thoracic irradiation:clinical evaluation[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,1998,40(4):967-976.

[9] 王艷陽(yáng),傅小龍,夏冰,等.肺癌影像引導(dǎo)放療人工圖像配準(zhǔn)方法分析[J].生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)進(jìn)展,2008,29(3):156-160.

[10] Shiu AS,Chang EL,Ye JS,et al.Near simultaneous computed tomography image-guided stereotactic spinal radiotherapy:an emerging paradigm for achieving true stereotaxy[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2003,57(3):605-613.

Analysis of Set-up Errors with Use of CTVision Imaging Guided Thoracic Tumor Radiation

GAN Xiao-gen, XU Zi-hai, LIAO Fu-xi
Radiotherapy Center, PLA 303 Hospital, Nanning Guangxi 530021, China

ObjectiveTo analyze the change of set-up errors with the use of CTVision guided radiotherapy for thoracic patients. The results can be used to determine the margin from clinical target volume (CTV) to planning target volume (PTV) in treatment planning.MethodsFrom January 2011 to September 2011, 20 patients with thoracic tumor were included in this study. Online imaging guided set-up error correction was performed weekly for each patient, set-up error, before and after correction, was analyzed.ResultsA total of 194-group data was acquired before and after correction during 6 weeks. Before correction, the set-up errors in anterior posterior, superior inferior, left right were(-0.57±1.28) mm, (-0.81±4.39) mm, (0.94±1.25) mm, separately, and the set-up errors, after correction were (-0.24±0.40) mm, (0.31±1.29) mm, (-0.02±0.41) mm, separately. According to the van Herk formula MPTV=2.5∑+0.7δ, the MPTV should be 11mm before correction, and 3mm after correction.ConclusionCTVision guidance can improve the set-up accuracy of thoracic tumor patient’s radiation.

CT; medical linear accelerator; image-guided; thoracic tumors; radiotherapy; set-up errors

TL53；R734

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.07.058

1674-1633(2012)07-0157-03

2012-01-18

2012-05-18

作者郵箱：42567874@qq.com