武月梅 曲衍濤 張希梅 王偉

300060天津醫(yī)科大學(xué)腫瘤醫(yī)院放療科，國家腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心，天津市“腫瘤防治”重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市惡性腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心

數(shù)字模擬機(jī)對(duì)適形調(diào)強(qiáng)放射治療患者進(jìn)行射野核對(duì)的應(yīng)用

武月梅 曲衍濤 張希梅 王偉

300060天津醫(yī)科大學(xué)腫瘤醫(yī)院放療科，國家腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心，天津市“腫瘤防治”重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市惡性腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心

目的 應(yīng)用數(shù)字模擬定位機(jī)核對(duì)適形調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃，驗(yàn)證需要治療的區(qū)域是否與靶區(qū)吻合。方法 收集頭頸部、胸部、腹部腫瘤患者各30例，分別進(jìn)行射野核對(duì)。將治療計(jì)劃系統(tǒng)（TPS）重建的0°和90°的數(shù)字重建圖像（DRR）傳至數(shù)字模擬機(jī)，移床從定位時(shí)的參考點(diǎn)移動(dòng)到治療時(shí)的等中心點(diǎn)，分別采集0°和90°的X射線影像；調(diào)用數(shù)字模擬機(jī)2D/2D matching程序，調(diào)整感興趣區(qū)域（ROI），設(shè)定10 cm×10 cm的射野區(qū)域?yàn)镽OI，將0°DRR圖與0°X射線影像、90°DRR圖與90°X射線影像分別進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)分析匹配，查看ROI內(nèi)的兩組圖像的骨性結(jié)構(gòu)是否吻合，最后得出兩組圖像匹配后的誤差。結(jié)果 分析頭頸部、胸部、腹部各30例腫瘤患者進(jìn)行射野核對(duì)后的誤差以及校正后的誤差，頭頸部腫瘤在X、Y、Z方向誤差均≤3 mm，胸腹部腫瘤在X、Y、Z方向誤差均≤5 mm。結(jié)論 數(shù)字模擬機(jī)能夠通過DRR圖與X射線影像分析匹配的方式對(duì)適形調(diào)強(qiáng)放射治療的計(jì)劃進(jìn)行核對(duì)，驗(yàn)證治療區(qū)域，從而保證治療的準(zhǔn)確性，滿足了臨床需要。

適形調(diào)強(qiáng)放射治療； 數(shù)字模擬機(jī)； 射野核對(duì)； 誤差

0 引 言

適形調(diào)強(qiáng)放射治療（簡(jiǎn)稱調(diào)強(qiáng)放療）作為現(xiàn)代放射治療技術(shù)，已進(jìn)入“精確定位、精確計(jì)劃、精確治療”的“三精”時(shí)代，對(duì)照射野的準(zhǔn)確性要求更高。調(diào)強(qiáng)放療的靶區(qū)形狀和劑量分布與靶區(qū)高度適形，具有較大的優(yōu)勢(shì)。調(diào)強(qiáng)放療的這種劑量學(xué)特點(diǎn),對(duì)其治療計(jì)劃的射野驗(yàn)證提出了更高的要求。位置的較大偏差有可能使靶區(qū)漏照而降低腫瘤局部控制率，同時(shí)使正常組織受到不必要的照射，結(jié)果可能導(dǎo)致嚴(yán)重放射損傷。因此在適形調(diào)強(qiáng)放射治療中，對(duì)治療過程中的位置驗(yàn)證是其質(zhì)量保證（quality assurance，QA）和質(zhì)量控制（quality control，QC）中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)[1]。數(shù)字模擬定位機(jī)能夠精確給出射野方向觀視的優(yōu)質(zhì)X線影像，從而保證了放射治療實(shí)施的精確性。天津醫(yī)科大學(xué)腫瘤醫(yī)院放療科自2014年4月起使用數(shù)字模擬定位機(jī)對(duì)適形調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃進(jìn)行射野核對(duì)驗(yàn)證，筆者將對(duì)其位置配準(zhǔn)的應(yīng)用步驟和結(jié)果探討如下。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

收集2015年1月至2015年8月在天津醫(yī)科大學(xué)腫瘤醫(yī)院就診的患者共90例，其中頭頸部腫瘤、胸部腫瘤及腹盆部腫瘤患者各30例，全組男性58例，女性32例。頭頸部腫瘤30例患者中，男性24例，女性6例，年齡為3～84歲，平均年齡（61.5± 8.3）歲，其中鼻咽癌12例，喉癌6例，下咽癌4例，淋巴瘤3例，其他腫瘤5例。胸部腫瘤30例患者中，男性22例，女性8例，年齡為5～86歲，平均年齡（60.4±8.5）歲，其中肺癌22例，食管癌5例，淋巴瘤2例，其他腫瘤1例。腹盆部腫瘤30例患者中，男性12例，女性18例，年齡為3～86歲，平均年齡（58.6±8.1）歲，其中宮頸癌15例，骨轉(zhuǎn)移5例，結(jié)直腸癌5例，淋巴瘤3例，其他腫瘤2例。納入標(biāo)準(zhǔn)：①所有患者均采用三維適形放療或調(diào)強(qiáng)放療技術(shù)。②所有患者一般狀況尚可，定位時(shí)均可配合移動(dòng)體位。所有參加研究者均簽寫知情同意書。1.2 方法

1.2.1 主要材料與儀器

固定裝置主要包括不同型號(hào)的頭枕、乳腺托架（美國CIVCO公司），U型面網(wǎng)、頭頸肩熱塑成型網(wǎng)、胸腹熱塑成型網(wǎng)（美國MEDTEC公司），負(fù)壓真空氣墊（法國萊皮諾瓦公司）。Acuity數(shù)字模擬定位機(jī)、CLINIC IX電子直線加速器（美國VARIAN公司），Pinnacle 9.8三維治療計(jì)劃系統(tǒng)（treatment planning system，TPS）（荷蘭PHILIPS公司）。

1.2.2 擺位固定

在拍攝驗(yàn)證片前需與患者進(jìn)行語言交流和溝通，使其心理放松，消除緊張情緒從而積極配合；然后嚴(yán)格按照模擬定位時(shí)的醫(yī)囑進(jìn)行擺位，使其達(dá)到舒適性、固定性和重復(fù)性都較好的狀態(tài)。使激光燈與患者身上標(biāo)記的3個(gè)“十”字參考點(diǎn)（reference point）重合，扣上固定裝置后再次確定激光燈與參考點(diǎn)重合；根據(jù)治療計(jì)劃單提供的移床參數(shù)，移動(dòng)模擬定位床，從參考點(diǎn)移動(dòng)到治療時(shí)的等中心點(diǎn)（isocenter point）。要求調(diào)節(jié)好模擬定位機(jī)和加速器等中心、激光及各項(xiàng)參數(shù)。固定器材、患者體位及所穿衣服的厚薄在模擬定位機(jī)、CT模擬機(jī)及電子直線加速器下均相同。

1.2.3 射野核對(duì)

所有患者進(jìn)行適形調(diào)強(qiáng)放療前均采用層厚3/5 mm的（平掃/增強(qiáng)）螺旋CT進(jìn)行模擬定位。定位后進(jìn)行靶區(qū)勾畫及放療治療計(jì)劃設(shè)計(jì)，計(jì)劃設(shè)計(jì)完成后由物理師將TPS重建的0°和90°的數(shù)字重建圖像（digital reconstructed radiography,DRR）圖傳至數(shù)字模擬機(jī)，可通過其電動(dòng)定位系統(tǒng)被移動(dòng)到所需的等中心處，并利用數(shù)字模擬機(jī)成像系統(tǒng)采集實(shí)時(shí)影像，分別采集0°和90°的X射線影像；調(diào)用數(shù)字模擬機(jī)2D/2D matching程序，調(diào)整感興趣區(qū)域（region of interest,ROI），將0°DRR圖與0°X射線影像、90°DRR圖與90°X射線影像分別進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)分析匹配。醫(yī)生和技師共同參與選擇幾個(gè)清晰且直觀的骨性標(biāo)志與模擬定位片通過對(duì)比來判定其重合性，查看ROI內(nèi)的兩組圖像的骨性結(jié)構(gòu)是否吻合，同時(shí)查看不同機(jī)架角度的射野源皮距（source skin distance,SSD）是否與治療計(jì)劃單給出的SSD一致；記錄其在X、Y、Z軸方向上的移位情況和旋轉(zhuǎn)移位。坐標(biāo)軸系統(tǒng)采用國際輻射單位及測(cè)量委員會(huì)（ICRU）62號(hào)報(bào)告中的坐標(biāo)系定義，即X軸表示左右方向、Y軸表示頭腳方向、Z軸表示前后方向。向后、右、上方向移位為正值，向前、左、下方向移位為負(fù)值。最終得出兩組圖像匹配后的誤差。比較誤差是否在允許誤差（頭頸部腫瘤患者誤差應(yīng)≤3 mm，胸腹部腫瘤患者誤差應(yīng)≤5 mm）[2]范圍內(nèi)。

2 結(jié)果

利用數(shù)字模擬機(jī)成像系統(tǒng)采集實(shí)時(shí)影像，分別采集0°和90°的X射線質(zhì)量清晰的影像圖像。將0° DRR圖與0°X射線影像、90°DRR圖與90°X射線影像分別進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)分析匹配。利用數(shù)字模擬機(jī)2D/2D matching程序分析對(duì)比，顯示經(jīng)TPS重建的DRR圖骨性標(biāo)志與模擬定位片重合性高，ROI內(nèi)的兩組圖像的骨性結(jié)構(gòu)吻合清晰。不同機(jī)架角度的射野SSD與治療計(jì)劃單給出的SSD一致。

（一）鼻咽癌患者1例，男，72歲，將10 cm× 10 cm的射野區(qū)域設(shè)為ROI，0°DRR圖與0°X射線影像匹配，90°DRR圖與90°X射線影像匹配，主要觀察兩幅重疊影像的骨型標(biāo)志是否吻合，如0°時(shí)下頜骨、硬腭、鼻中隔、眼眶、乳突等；90°時(shí)下頜骨、硬腭、顱底線、頸椎、舌骨等。進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)分析匹配后的各個(gè)方向的誤差如圖1左下角藍(lán)框所示，患者Lat方向即X（左右）方向?yàn)?.08 cm；Lng方向即Y（頭腳）方向?yàn)?0.11 cm；Vrt方向即Z（前后）方向?yàn)?0.04 cm；Rtn即旋轉(zhuǎn)角度為0.09°。因患者身體旋轉(zhuǎn)而造成的劑量改變很小可以忽略[3-4]。（圖1）

（二）肺癌患者1例，男，61歲，匹配方法同上，參考的骨性標(biāo)志如0°時(shí)胸椎、椎體棘突、肋骨、鎖骨等；90°時(shí)胸椎、椎體前緣、椎間隙、胸骨等。進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)分析匹配后的各個(gè)方向的誤差如圖2左下角藍(lán)框所示，患者Lat方向即X（左右）方向?yàn)?0.04 cm；Lng方向即Y（頭腳）方向?yàn)?0.03 cm；Vrt方向即Z（前后）方向?yàn)?.24 cm；Rtn即旋轉(zhuǎn)角度為-0.75°。（圖2）

（三）宮頸癌患者1例，女，54歲，匹配方法同上，參考的骨性標(biāo)志如0°時(shí)骶骨、髂骨、恥骨聯(lián)合、坐骨結(jié)節(jié)、股骨頭等；90°時(shí)腰椎、骶骨、恥骨聯(lián)合、股骨頭等。進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)分析匹配后的各個(gè)方向的誤差如圖3左下角藍(lán)框所示，患者Lat方向即X（左右）方向?yàn)?0.17 cm；Lng方向即Y（頭腳）方向?yàn)?0.09 cm；Vrt方向即Z（前后）方向?yàn)?.13 cm；Rtn即旋轉(zhuǎn)角度為-0.06°。（圖3）

全組90例患者，其中頭頸部腫瘤、胸部腫瘤、腹盆部腫瘤患者各30例，根據(jù)醫(yī)生要求的配準(zhǔn)誤差（頭頸部腫瘤患者誤差應(yīng)≤3 mm，胸腹部腫瘤患者誤差應(yīng)≤5 mm），經(jīng)手動(dòng)或自動(dòng)分析匹配后，頭頸部、胸部、腹部腫瘤患者射野核對(duì)合格率分別為100%、97%、90%。經(jīng)過與醫(yī)生的分析討論，對(duì)射野核對(duì)沒有在允許誤差范圍內(nèi)的胸腹部腫瘤患者進(jìn)行重新擺位或移動(dòng)床微調(diào)等中心，經(jīng)校正后合格率均達(dá)到100%。（表1）

3 討論與結(jié)論

隨著放射治療技術(shù)的不斷發(fā)展，適形調(diào)強(qiáng)放射治療的應(yīng)用越來越廣泛，因此其體位和照射野的驗(yàn)證就顯得尤為重要。其驗(yàn)證方法也很多，通常包括加速器自身配置的電子射野影像系統(tǒng)（electronic portal imaging device，EPID）、CT模擬機(jī)（computed tomography simulator,CT-SIM）、加速器治療野攝片、模擬定位機(jī)射野和錐形束CT（cone beam CT,CBCT）等驗(yàn)證方法[5-6]，尤以CBCT最為先進(jìn)，其可實(shí)時(shí)獲取圖像，且通過三維圖像配準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行位置比對(duì)，可實(shí)現(xiàn)更加精確的位置驗(yàn)證[7]；但該法價(jià)格昂貴且存在掃描時(shí)間長、劑量高、熱容量高、數(shù)據(jù)量大等缺點(diǎn)[8]。EPID和加速器攝片驗(yàn)證均需采用兆伏級(jí)高能射線獲得圖像，使患者治療時(shí)要接受額外劑量[9]。CT-SIM只能提供等中心層面的一層圖像，且只能分析這一層圖像的X、Y、Z 3個(gè)方向的誤差，不能觀察等中心一定范圍的體位誤差。由于X、Y、Z 3個(gè)方向的距離測(cè)定是人為設(shè)定的，故存在一定的主觀性。而數(shù)字化模擬定位機(jī)在誤差測(cè)量和驗(yàn)證方面有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，其能精確給出射野方向觀視（BEV）的優(yōu)質(zhì)X線影像，用于治療計(jì)劃射野驗(yàn)證，該方法優(yōu)于電子直線加速器的EPID驗(yàn)證片，也優(yōu)于CT-SIM或三維TPS的DRR片[10]。有文獻(xiàn)報(bào)道，數(shù)字化模擬定位機(jī)所測(cè)得的等中心誤差在前后、左右、頭腳3個(gè)方向均優(yōu)于EPID圖像所測(cè)誤差，且3個(gè)方向均有差別[11]。數(shù)字化模擬定位機(jī)具有如下優(yōu)勢(shì)：①可減少在直線加速器上因驗(yàn)證不合格而反復(fù)拍片帶來的麻煩，也可縮短患者等待治療的時(shí)間。②數(shù)字化模擬定位機(jī)相對(duì)于其強(qiáng)大的功能性價(jià)比高，適合廣泛使用。③在模擬機(jī)室完成腫瘤中心復(fù)位，射野驗(yàn)證可極大緩解治療室的壓力。④與兆伏級(jí)的EPID相比，兩者得到的均為2D圖像，但千伏級(jí)的X線可使圖像分辨力顯著提升，其照射野區(qū)域結(jié)構(gòu)圖像清晰，便于精確分析骨性標(biāo)志點(diǎn)的移動(dòng)，而患者接受的單次劑量卻小得多。因而利用模擬機(jī)能準(zhǔn)確分析患者適形調(diào)強(qiáng)放射治療中射野中心的移位，同時(shí)減少定位擺位中的誤差，是一種有效便捷的位置驗(yàn)證方法，也是質(zhì)量保證和控制的重要一環(huán)。

表1 射野核對(duì)校正合格率

數(shù)字化模擬機(jī)在臨床工作中具有重要作用。數(shù)字化模擬機(jī)成像系統(tǒng)采集實(shí)時(shí)影像圖像質(zhì)量清晰，可將定位重建DRR圖與射線影像進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)分析匹配，該法方便快捷，可自動(dòng)分析誤差結(jié)果；2D/2D matching程序分析對(duì)比定位重建DRR圖骨性標(biāo)志與模擬定位片重合性高，ROI的兩組圖像的骨性結(jié)構(gòu)吻合清晰。本研究通過分析頭頸部、胸部、腹部各30例腫瘤患者的臨床數(shù)據(jù)，進(jìn)行射野核對(duì)后的誤差及校正后的誤差結(jié)果均在允許誤差范圍內(nèi)：頭頸部腫瘤在X、Y、Z方向誤差≤3 mm，胸部腫瘤在X、Y、Z方向誤差≤5 mm，腹盆部腫瘤在X、Y、Z方向誤差≤5 mm。證明數(shù)字化模擬機(jī)能通過DRR圖與X射線影像分析匹配的方式對(duì)治療計(jì)劃進(jìn)行核對(duì)，準(zhǔn)確驗(yàn)證治療區(qū)域，保證了治療的準(zhǔn)確性，可以滿足臨床需要。

本研究證明數(shù)字化模擬定位機(jī)在腫瘤適形調(diào)強(qiáng)放射治療中有著重要的作用和獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，為治療計(jì)劃射野驗(yàn)證提供了一種非常準(zhǔn)確和實(shí)用的手段及方法。數(shù)字化模擬定位機(jī)如結(jié)合其他驗(yàn)證技術(shù)，優(yōu)勢(shì)將更加明顯。本研究的數(shù)字化模擬機(jī)只能提供二維圖像，需要獲取的圖像較多，誤差比對(duì)也只能在二維圖像上進(jìn)行，這些不足和局限性將隨著放射治療技術(shù)的不斷發(fā)展而得到極大的改善。

利益沖突 無

（圖1、2見插頁5-10，圖3見插頁5-8）

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Application of digital simulator in radiation field verification of intensity modulated radiation therapy

Wu Yuemei,Qu Yantao,Zhang Ximei,Wang Wei

Department of Radiotherapy,Tianjin Medical University Cancer Institute and Hospital;National Clinical Research Center for Cancer;Tianjin Key Laboratory of Cancer Prevention and Therapy;Tianjin's Clinical Research Center for Cancer,Tianjin 300060,China

Wang Wei,Email:weiwang_2@126.com

Objective To test whether the treatment volume is consistent with the target volume under digital simulator.Methods The patients were divided into head and neck,thoracic,and abdominal cancer groups, with 30 cases in each group,and the radiation fields were verified.The 0°and 90°digital reconstructed radiograph (DRR)images reconstructed by treatment planning system(TPS)was transported to digital simulator.The simulator bed was moved from reference point for positioning to isocenter point for radiotherapy.Then the 0°and 90°X ray images were collected.2D/2D matching program was applied to accommodate the region of interest(ROI).A 10 cm× 10 cm area in the radiotherapy field was set as the ROI,and the 0°and 90°DRR images matched with the corresponding X ray image automatically or manually.The bony structures of ROI in the two corresponding images were verified for consistence,and the correction error between the two images was calculated.Results The error after radiation field verification and correction error were analyzed in each group.The error was less than 3 mm on X, Y and Z axis in head and neck cancer group and less than 5 mm in thoracic and abdominal cancer group, respectively.Conclusions The digital simulator can verify the treatment volume and guarantee the accuracy during radiotherapy,which satisfy the clinical requirements.

Conformal intensity modulated radiation therapy; Digital simulator; Radiation field verification;Error

王偉，Email:weiwang_2@126.com

10．3760/cma．j．issn．1673-4181．2016．05．007

2016-06-18）