黃永杰，王運來，解傳濱，吳偉章

1 武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，武漢市，430072

2 解放軍總醫(yī)院放療科，北京市，100853

3 空軍總醫(yī)院放療科，北京市，100853

放射治療中，患者從熱塑體模固定、CT模擬定位、治療計劃設(shè)計到治療照射的每個環(huán)節(jié)都可能存在誤差，尤其擺位誤差，造成靶區(qū)劑量不足或正常組織器官受損。影像引導(dǎo)放射治療（IGRT）技術(shù)能實時測量和糾正擺位誤差，保證放療的準確性。Hi-ART螺旋斷層治療機（Tomotherapy）是新型放射治療設(shè)備[1]，它采用6 MV X線扇形束照射，機架旋轉(zhuǎn)和治療床同步運動，射線在患者身體形成螺旋束；配備了MV級CT影像引導(dǎo)系統(tǒng)，患者每次治療前都可以進行CT掃描，掃描所得到的CT影像與患者治療計劃CT影像進行配準，得到患者治療擺位的誤差。根據(jù)配準結(jié)果對治療床進行位置偏差的調(diào)整，保證治療擺位的重復(fù)性。其治療床由控制臺操作控制自動完成左右、頭腳和垂直方向的位置調(diào)整。影像配準和治療床自動移位的準確性直接影響治療效果，需要嚴格的質(zhì)量保證和控制措施。本文利用QUASAR Penta-Guide模體測量分析螺旋斷層治療中治療床自動擺位的準確性和重復(fù)性，并針對患者治療進行擺位準確性的實時驗證。

1 材料與方法

1.1 MV螺旋CT

Hi-ART螺旋斷層治療機射線出射方向有738個高壓充氙氣的弧形探測器陣列，6 MV加速管和探測器陣列相對安裝在機架滑環(huán)上，治療床進動時，滑環(huán)連續(xù)旋轉(zhuǎn)。3.5 MV X線用于CT成像，等中心層面FOV直徑為40 cm。預(yù)置有3種CT掃描方式 (Final、Normal和Coarse)，對應(yīng)的層厚分別為2 mm，4 mm和6 mm[2-5]。

1.2 激光系統(tǒng)

Hi-ART治療機有紅、綠兩套激光燈。綠激光燈靜止不動，位于機架外頭腳方向上距機器等中心70 cm處，指示加速器的虛擬等中心。紅激光燈為可移動的激光燈。擺位時患者或模體的定位標記與紅激光重合。MVCT掃描、配準后，治療床退出機架，紅激光燈移動到配準后定位標記的新位置。治療床自動進行位置調(diào)整，紅激光燈再次與定位標記重合，綠激光燈在左右和垂直方向上指示照射野中心位置[6]。

1.3 QUASAR Penta—Guide模體

模體為邊長16 cm的立方體，上表面、左右和前后各面都有照射野大小及方向指示。在前后、左右、上面刻有中心長十字線和偏心短十字線，兩套十字線之間的距離作為擺位誤差，在左右、頭腳、垂直方向的距離分別為10 mm、14 mm、12 mm，見圖1。它由均勻的丙烯酸樹脂做成，內(nèi)部有5個球形空氣腔，可在常用的X線影像中顯示，圖像配準時觀察效果?？捎糜?D/3D影像配準的準確性驗證、燈光野與照射野的一致性驗證、治療床的位移驗證等，以及影像系統(tǒng)和加速器的質(zhì)量控制[7]。

圖1 QUASAR Penta-Guide模體Fig.1 QUASAR Penta-Guide phantom

1.4 模體擺位誤差的驗證

模體的頂面和左右表面的長十字線中心貼上鉛豆，按照擺位標示放置在Brilliance CT掃描床上。CT定位激光燈對準模體表面的中心長十字線，掃描層厚為1.5 mm，掃描范圍包括整個模體。CT圖像經(jīng)DICOM3.0傳輸至Pinnacle醫(yī)生工作站。勾畫模體中心的空腔作為靶區(qū)。再將CT圖像傳到TomoPlan計劃系統(tǒng)?；颊咦鴺说脑c放置在模體中心。設(shè)計一個簡單的治療計劃并傳送到加速器控制工作站。治療機房內(nèi)將模體放在治療床上，方向與CT掃描時一致。調(diào)整治療床，使紅激光燈對準模體表面的短偏心十字線，作為擺位偏差。選擇掃描條件為FINE，層厚為2 mm，以灰度配準方式配準，觀察MVCT圖像上的空腔與CT定位圖像上的空腔是否重合，分析圖像配準計算的擺位誤差是否與參考值一致。治療床自動進行左右、頭腳和垂直方向的偏差調(diào)整。治療床位置調(diào)整后再次進行MVCT掃描，測量分析殘留誤差，同時用直尺測量綠激光燈與中心長十字線的位置偏差。

1.5 患者治療驗證

Penta-Guide模體為規(guī)則的立方體，重量較輕，不能反映治療床在重載條件下自動移位的準確性，需要針對患者進行實際測量分析。頭部或者腹部腫瘤患者靶區(qū)周圍的骨性解剖結(jié)構(gòu)為剛性結(jié)構(gòu)，圖像配準時骨性標記明顯，適合做治療床自動校正的患者驗證。定期選擇頭部或腹部腫瘤病人，擺位后進行MVCT掃描，圖像配準并記錄位置偏差，自動移動治療床，重復(fù)MVCT掃描，再進行配準，得到殘存擺位誤差。

2 結(jié)果

2.1 治療床自動移位

Penta-guide模體放在治療床上，紅激光燈在左右、頭腳和垂直方向分別與偏心短十字線重合。MVCT掃描完成后，用灰度模式進行圖像配準。MVCT和模擬定位CT圖像上模體外輪廓及中心空腔應(yīng)較好重合。配準后治療床退出機架外進行自動校位，此時綠激光燈在左右和頭腳方向與模體中心長十字線重合，但在垂直方向與中心長十字線存在2 mm的偏差，這主要是治療床下沉的影響。模體進入機架內(nèi)射野等中心位置時，長十字線與綠激光線重合，床面下沉的影響已經(jīng)消除，見圖2。治療床自動調(diào)整完之后再次進行MVCT掃描，左右、頭腳、垂直的殘存誤差均小于2 mm。

圖2 綠激光燈與十字線的位置Fig.2 Alignment between green laser and crosswires

2.2 治療床自動調(diào)整的重復(fù)性

連續(xù)30次用Penta-guide模體測量治療床自動調(diào)整的準確性，觀察治療床自動位置校準的長期穩(wěn)定性，結(jié)果見圖3。圖中顯示治療床在左右、頭腳和垂直方向的位置平均誤差分別為10 mm、14 mm、14 mm。垂直方向的位移偏差并沒有在12 mm附近，MVCT掃描包括了床面的下沉，下沉幅度為2 mm。每次測量治療床自動校位后3個方向的殘存誤差均小于1 mm。

圖3 治療床自動移位的重復(fù)性Fig.3 Reproducibility for automatic table movement

2.3 患者掃描圖像配準

10例頭部腫瘤患者MVCT掃描配準后的平均擺位誤差為左右1.2 mm，頭腳3.4 mm，垂直方向2.6 mm。治療床自動調(diào)整后左右、頭腳和垂直方向的殘存誤差平均值分別為0.6 mm、1.6 mm和1.1 mm。殘存誤差均在2 mm范圍之內(nèi)，說明治療床自動調(diào)整準確可靠。患者在配準前、配準后、再次掃描配準的橫斷面圖像見圖4。腹部擺位誤差相對稍大，但治療床位置校準后的殘存誤差均在5 mm之內(nèi)。

圖4 患者圖像配準時的橫斷面CTFig.4 Axial CT images during image match

3 討論

放射治療中患者擺位的準確性和重復(fù)性是分次放療中非常重要的問題。由于系統(tǒng)誤差和隨機誤差的影響，患者每次治療擺位時都存在誤差；同時擺位重復(fù)性也受分次治療間甚至單次治療時間內(nèi)靶區(qū)和重要組織運動的影響。影像引導(dǎo)放射治療可以比較準確地確定靶區(qū)位置，優(yōu)化放射治療技術(shù)，提高腫瘤的治療效果，減少患者的副反應(yīng)[8]。由于影像引導(dǎo)放射治療的技術(shù)復(fù)雜，環(huán)節(jié)多，每一步驟都非常關(guān)鍵。

Hi-ART的MVCT影像引導(dǎo)系統(tǒng)能有效地提高擺位的準確性?；颊咧委煏r體位和靶區(qū)位置的偏差由每次MVCT和模擬定位CT配準得到，通過治療床自動調(diào)整進行糾正[9]。Hi-ART II以前的治療床可以實現(xiàn)頭腳和垂直方向的自動調(diào)整，但左右方向仍需手動調(diào)整。新型的治療機都進行了升級，治療床可以實現(xiàn)3個方向的自動調(diào)整。螺旋斷層加速器的床面比較厚重，進床過程中存在下沉，下沉的大小與治療床載重有關(guān)，最大可達(4～5) mm?；颊呓邮苤委煏r的位移下沉由MVCT掃描配準后并糾正。

治療床的自動移位是患者接受照射前的最后一個環(huán)節(jié)，也是最容易出現(xiàn)問題和影響治療程度較嚴重的環(huán)節(jié)，其引入的誤差直接影響患者靶區(qū)和正常組織接受的照射劑量。Penta-guide模體為規(guī)則的剛性體，能對治療床自動調(diào)整的準確性進行驗證，是日常檢查必不可少的工具。也需要定期針對患者進行實際驗證。治療床的準確到位是影像引導(dǎo)系統(tǒng)質(zhì)量保證的重要內(nèi)容。

[1] 姜瑞瑤,傅深.直線加速器和CT機的完美結(jié)合—螺旋斷層治療機[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2009,24(1):52-53.

[2] Jeraj R,Mackie TR,Balog J,et al.Radiation characteristics of helical TomoTherapy [J].Med Phys,2004,31(2):396-404.

[3] Ruchala KJ,Olivera,GH,Schloesser EA,et al.Megavoltage CT on a tomotherapy system [J].Phys Med Biol,1999,44:2597-2621.

[4]Meeks SL,Harmon JF,Langen KM,et al.Performance characterization of megavoltage computed tomography imaging on a helical TomoTherapy unit [J].Med Phys,2005,32(8):2673-2681.

[5] Forrest LJ,Mackie TR,Ruchala K,et al.The utility of megavoltage computed TomoTherapy images from a helical TomoTherapy system for setup verification purposes [J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2004,60(5):1639-1644.

[6]Langen KM,Papanikolaou N,Balog J,et al.QA for helical tomotherapy:Report of the AAPM task group 148[J].Med Phys,2010,37(9):4817-4853.

[7] Sykes JR,Lindsay R,Dean CJ,et al.Measurement of cone beam CT coincidence with megavoltage isocentre and image sharpness using the QUASARTM Penta-Guide phantom [J].Phys Med Biol,2008,53:5275-5293.

[8] Mackie TR.History of tomotherapy [J].Phys Med Biol,2006,51:R427-R453.

[9] Tomé WA,Jaradat HA,Nelson IA,et al.Helical tomotherapy:image guidance and adaptive dose guidance [J].Front Radiat Ther Oncol,2007,40:162-178.