應用CTVision圖像引導分析胸部腫瘤在放療中的擺位誤差

甘曉根，徐子海，廖福錫

中國人民解放軍第三0三醫院放療中心，廣西 南寧 530021

應用CTVision圖像引導分析胸部腫瘤在放療中的擺位誤差

甘曉根，徐子海，廖福錫

中國人民解放軍第三0三醫院放療中心，廣西 南寧 530021

目的應用西門子CTVision圖像引導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劃時從臨床靶區（CTV）到計劃靶區（PTV）的外擴邊界提供參考。方法選取我科2011年1～9月應用西門子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圖像引導放射治療分析1次，對擺位誤差超過3 mm的患者進行在線校正，分析患者校正前和校正后的擺位誤差。結果20例患者共獲得三維方向上校正前后的擺位誤差數據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等人的擺位外擴邊界（MPTV）推理公式MPTV=2.5∑＋0.7δ計算，校正前CTV到PTV需外擴MPTV值應為11 mm，校正后為3 mm。結論采用CTVision圖像引導系統在線引導放療技術，可以有效地減少患者在治療實施過程的誤差，提高治療精度。

CT掃描儀；醫用直線加速器；圖像引導；胸部腫瘤；放射治療；擺位誤差

0 前言

西門子 CTVision 是目前國內首套集導軌式 CT 掃描儀和醫用直線加速器在機房內實現圖像引導（Image Guided Radiation Therapy，IGRT）的放射治療系統。該系統創新地將治療計劃使用的快速、高對比度診斷CT成像標準引入治療室，為臨床提供清晰的CT圖像，更有利于與來自一體化解決方案（Total Plant Solution，TPS）系統的 CT 定位進行比較，減少計算擺位誤差。隨著現代腫瘤放射治療的不斷進展，對確定腫瘤位置的精度要求越來越高，特別是調強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對減少擺位誤差和確定照射合適的外放邊界是非常有意義的。圖像引導放射治療系統就可以很好地解決這個問題，具體的實施方式有在線較位、自適應性放療、四維放療技術和實時跟蹤技術等。臨床應用最成熟的是在線較位技術，它是在每個分次治療過程中，擺位后采用患者二維或三維圖像，通過與參考圖像（模擬定位圖像或計劃圖像）比較，確定擺位誤差和（或）射野位置誤差，實時予以校正后才實施射線照射[1-3]。本文應用CTVision 圖像引導對我科 20 例進行根治性放療的胸部腫瘤患者治療前的CT 圖像與計劃系統的 CT 定位圖像進行在線校正后比較，對胸部腫瘤的擺位誤差進行測量和分析，為我科計劃設計時從臨床靶區（CTV）到計劃靶區（PTV）的外擴邊界提供參考數據。現將結果報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取我科 2011 年 1～9 月應用西門子 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強適形放療，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 儀器設備

西門子 CTVision 圖像引導系統，西門子 ONCOR 直線加速器，Oncentra MasterPlan 3.0 計劃系統，科萊瑞迪公司生產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，熱朔網膜固定，由2名技師應用激光燈嚴格按胸腹部等中心擺位規范擺位，胸部標記“┼”字線與激光燈“┼”字重合，作為標記點建立參考系。

1.4 計劃設計CT圖像的獲取

計劃設計 CT 掃描采用 82 cm 大孔徑 SOMATOM OPEN CT掃描機，患者嚴格按制作體膜時固定體位的要求仰臥于CT 床上，行 CT 掃描。掃描范圍：上起聲門下，下至上腹部，包括整個胸部。掃描參數 ：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

物理師將放療計劃設計好后通過網絡傳到技師工作站，技師仍嚴格按制作體膜時的定擺位方法給患者擺位，行放射治療前利用 CTVision 圖像引導系統為患者采集放療前圖像，掃描條件和掃描范圍與計劃設計時相同。利用 Adaptive Targeting 軟件將放療前的 CT 圖像和計劃設計的CT圖像自動融合，配準的方法包括：最大共有信息自動配準法和人工圖像配準法。通過由1名物理師和1名主治以上的醫師共同完成配準，得出患者在前后（Anterior Posterior，AP）、上下（Superior Inferior，SI） 和 左右（Left Right，LR）3 個方向上的擺位誤差，對任一方向上擺位誤差＞ 3 mm 者，借助圖像引導系統提供的擺位誤差校正對話框，通過移動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，由同一物理師和醫師重新配準。

1.6 統計學方法

利用 SPSS17.0 進行數據統計分析。

2 結果

20 例患者治療期間，每周行 CTVision 圖像引導放射治療分析 1次，共分析 6次。對任一方向上擺位誤差＞ 3 mm 者，通過移動治療床糾正患者擺位誤差，共有46次分析未進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 圖像引導分析，獲得三維方向上在校正前后的擺位誤差數據194 組，其中 120 組為校正前的擺位誤差數據，74 組為校正后的擺位誤差數據。根據 Stroom 等人[3]的定義（個體系統誤差以該患者每次擺位誤差的平均值表示；個體隨機誤差以該患者每次擺位誤差標準差表示；個體系統誤差和隨機誤差均數分別表示群體系統誤差和隨機誤差）及 Van 等人[5]的擺位外擴邊界（MPTV）推理公式 MPTV=2.5 ∑＋ 0.7δ(使99% 臨床靶區至少達到 95% 的處方劑量，∑為系統誤差的標準差，δ為隨機誤差的標準差)計算，擺位校正前后患者在 LR、SI和 AP 方向的擺位誤差，見表 1。經計算得出個方向的 MPTV值。可見校正前 CTV 到 PTV 需外擴 MPTV值應為 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，所需外擴的邊界值參考值設為 3 mm，見表 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，原因是除了系統誤差外，胸部腫瘤在放療中靶區的位置會隨著呼吸、心跳等產生運動，增加了放療的不確定性。目前的三維圖像引導在線校正，主要是利用直線加速器配套三維成像設備在線獲取靶區及其周圍結構的容積圖像，并與計劃 CT 圖像進行 3D-3D 剛性配準，通過調整治療床的位置，驗證并校正擺位等引入的誤差[5]。 目 前 較多的 文 獻 報 道了千 伏 錐 形 束 CT（kilovoltage cone-beam CT，KVCBCT）在線引導放療技術。我科室在2010 年 5 月引進國內首臺集導軌式 CT 掃描儀和直線加速器在機房內實現圖像引導放射治療系統—西門子 CTVision圖像引導放射治療系統。該系統最大的特點是將治療計劃使用的快速、高對比度診斷CT成像標準引入治療室，為臨床治療提供清晰的 CT 圖像，更有利于與來自 CT 定位片進行在線匹配，減少計算擺位誤差。在線引導放療技術的關鍵技術環節即為配準患者的治療前CT圖像和計劃CT圖像，西門子 CTVision 圖像引導系統提供了 2 種配準方式 ：最大共有信息自動配準和人工手動配準。在實際應用中，自動配準在一些病例中會出現配準后靶區仍未完全包括腫瘤的情況，有必要在系統得出數據結果后進一步做人工手動配準，確認靶區覆蓋腫瘤的程度，實現精確放療。本次研究由1名物理師和1名主治以上的醫師共同完成配準，手動配準時參考了相關文獻報道[7-9]的研究結果（由于椎體和肺尖受呼吸運動影響較小，進行胸部腫瘤的圖像配準時可有較好的重復性），在配準時選擇 2個解剖結構作為參考標記對進行手動配準。

經過配準治療前得 CT 圖像和計劃設計 CT 圖像得出患者在 LR、SI和 AP 方向上的擺位誤差，結果顯示校正后比較正前分別減少 2.81、7.83、4.78 mm，設計計劃時提供了外擴參考值 MPTV，校正前 CTV 到 PTV 的外擴值應設定為 11 mm，而采用了 CTVision 圖像引導放療技術后，CTV 到 PTV 的外擴值應該為 3 mm，大大的減少了射野的外擴范圍，對保護正常組織實現精確有重要意義。美國MD Anderson 腫 瘤中 心 Shiu 等 人[10]報 道 應 用 這 一 技術，對3例椎旁的轉移性腫瘤進行立體定向放射外科治療的結果，顯示等中心的位置變化 ：LR 方向為（0.59±2.21）mm、SI方向為（-2.06±1.74）mm、AP 方向為（-0.26±1.2）mm。經校正后，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。其結果好于本研究，原因可能與椎旁腫瘤的位置相對固定和立體定向放射外科的擺位精度要求較高有關。本研究中，對病變的部位劃分不夠細致，（如食管癌較靠近椎體，位置相對固定，而位于肺尖、心臟附近的腫瘤運動幅度較小，位于橫隔區域的運動幅度大）得出的3個方向上的擺位誤差較為籠統，后續將會做進一步的研究。另外，放療過程中腫瘤的扭曲變形，機械精度等均可能導致一部分誤差，CTV 的外擴計算時并沒有將上述誤差考慮在內，在實際應用時應結合個體化因素，適當增大 CTV 的外擴。

總之，采用 CTVision 圖像引導系統在線引導放療技術，可以有效地減少患者在治療實施過程的誤差，為科室在制定放療計劃時 CTV 到 PTV 的外擴值提供參考依據，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、保證治療的質量。

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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