Hi-ART螺旋斷層加速器治療床自動(dòng)移位準(zhǔn)確性的驗(yàn)證

黃永杰，王運(yùn)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(jì)劃設(shè)計(jì)到治療照射的每個(gè)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(shí)時(shí)測量和糾正擺位誤差，保證放療的準(zhǔn)確性。Hi-ART螺旋斷層治療機(jī)（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(jī)架旋轉(zhuǎn)和治療床同步運(yùn)動(dòng)，射線在患者身體形成螺旋束；配備了MV級(jí)CT影像引導(dǎo)系統(tǒng)，患者每次治療前都可以進(jìn)行CT掃描，掃描所得到的CT影像與患者治療計(jì)劃CT影像進(jìn)行配準(zhǔn)，得到患者治療擺位的誤差。根據(jù)配準(zhǔn)結(jié)果對(duì)治療床進(jìn)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(tái)操作控制自動(dòng)完成左右、頭腳和垂直方向的位置調(diào)整。影像配準(zhǔn)和治療床自動(dòng)移位的準(zhǔn)確性直接影響治療效果，需要嚴(yán)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(dòng)擺位的準(zhǔn)確性和重復(fù)性，并針對(duì)患者治療進(jìn)行擺位準(zhǔn)確性的實(shí)時(shí)驗(yàn)證。

1 材料與方法

1.1 MV螺旋CT

Hi-ART螺旋斷層治療機(jī)射線出射方向有738個(gè)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(duì)安裝在機(jī)架滑環(huán)上，治療床進(jìn)動(dòng)時(shí)，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(duì)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(jī)有紅、綠兩套激光燈。綠激光燈靜止不動(dòng)，位于機(jī)架外頭腳方向上距機(jī)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(dòng)的激光燈。擺位時(shí)患者或模體的定位標(biāo)記與紅激光重合。MVCT掃描、配準(zhǔn)后，治療床退出機(jī)架，紅激光燈移動(dòng)到配準(zhǔn)后定位標(biāo)記的新位置。治療床自動(dòng)進(jìn)行位置調(diào)整，紅激光燈再次與定位標(biāo)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(gè)球形空氣腔，可在常用的X線影像中顯示，圖像配準(zhǔn)時(shí)觀察效果。可用于2D/3D影像配準(zhǔn)的準(zhǔn)確性驗(yàn)證、燈光野與照射野的一致性驗(yàn)證、治療床的位移驗(yàn)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(yàn)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(biāo)示放置在Brilliance CT掃描床上。CT定位激光燈對(duì)準(zhǔn)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(gè)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(jì)劃系統(tǒng)。患者坐標(biāo)的原點(diǎn)放置在模體中心。設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的治療計(jì)劃并傳送到加速器控制工作站。治療機(jī)房內(nèi)將模體放在治療床上，方向與CT掃描時(shí)一致。調(diào)整治療床，使紅激光燈對(duì)準(zhǔn)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(zhǔn)方式配準(zhǔn)，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(zhǔn)計(jì)算的擺位誤差是否與參考值一致。治療床自動(dòng)進(jìn)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(jìn)行MVCT掃描，測量分析殘留誤差，同時(shí)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(yàn)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(dòng)移位的準(zhǔn)確性，需要針對(duì)患者進(jìn)行實(shí)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(zhǔn)時(shí)骨性標(biāo)記明顯，適合做治療床自動(dòng)校正的患者驗(yàn)證。定期選擇頭部或腹部腫瘤病人，擺位后進(jìn)行MVCT掃描，圖像配準(zhǔn)并記錄位置偏差，自動(dòng)移動(dòng)治療床，重復(fù)MVCT掃描，再進(jìn)行配準(zhǔn)，得到殘存擺位誤差。

2 結(jié)果

2.1 治療床自動(dòng)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(jìn)行圖像配準(zhǔn)。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(zhǔn)后治療床退出機(jī)架外進(jìn)行自動(dòng)校位，此時(shí)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(jìn)入機(jī)架內(nèi)射野等中心位置時(shí)，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(dòng)調(diào)整完之后再次進(jìn)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(dòng)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(dòng)調(diào)整的準(zhǔn)確性，觀察治療床自動(dòng)位置校準(zhǔn)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(dòng)校位后3個(gè)方向的殘存誤差均小于1 mm。

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

2.3 患者掃描圖像配準(zhǔn)

10例頭部腫瘤患者M(jìn)VCT掃描配準(zhǔn)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(dòng)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(dòng)調(diào)整準(zhǔn)確可靠。患者在配準(zhǔn)前、配準(zhǔn)后、再次掃描配準(zhǔn)的橫斷面圖像見圖4。腹部擺位誤差相對(duì)稍大，但治療床位置校準(zhǔn)后的殘存誤差均在5 mm之內(nèi)。

圖4 患者圖像配準(zhǔn)時(shí)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(zhǔn)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(jī)誤差的影響，患者每次治療擺位時(shí)都存在誤差；同時(shí)擺位重復(fù)性也受分次治療間甚至單次治療時(shí)間內(nèi)靶區(qū)和重要組織運(yùn)動(dòng)的影響。影像引導(dǎo)放射治療可以比較準(zhǔn)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(zhǔn)確性。患者治療時(shí)體位和靶區(qū)位置的偏差由每次MVCT和模擬定位CT配準(zhǔn)得到，通過治療床自動(dòng)調(diào)整進(jìn)行糾正[9]。Hi-ART II以前的治療床可以實(shí)現(xiàn)頭腳和垂直方向的自動(dòng)調(diào)整，但左右方向仍需手動(dòng)調(diào)整。新型的治療機(jī)都進(jìn)行了升級(jí)，治療床可以實(shí)現(xiàn)3個(gè)方向的自動(dòng)調(diào)整。螺旋斷層加速器的床面比較厚重，進(jìn)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(dá)(4～5) mm。患者接受治療時(shí)的位移下沉由MVCT掃描配準(zhǔn)后并糾正。

治療床的自動(dòng)移位是患者接受照射前的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是最容易出現(xiàn)問題和影響治療程度較嚴(yán)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(duì)治療床自動(dòng)調(diào)整的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，是日常檢查必不可少的工具。也需要定期針對(duì)患者進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證。治療床的準(zhǔn)確到位是影像引導(dǎo)系統(tǒng)質(zhì)量保證的重要內(nèi)容。

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