單次曝光技術在放療全程位置驗證中的應用

胡艷微，谷曉華，楊留勤

新鄉市中心醫院 放療科，河南 新鄉 453000

引言

腫瘤放射治療中位置驗證是質量保證的重要環節和措施，一般采用雙曝光成像技術拍攝放射治療射野位置驗證片，大多選擇整個療程的首次、治療中、末次治療或對第一周的五次治療連續拍攝治療位置驗證片與治療計劃的數字重建圖像（Digitally Reconstructed Radiograph，DRR）比對，確定治療位置的誤差來詮釋整個療程治療位置的重復性和準確性[1]。本文采用單次曝光成像技術進行放射治療全程位置驗證，了解整個療程患者治療位置準確性和重復性的真實狀況，探討單次曝光成像技術在全程位置驗證的臨床價值。

1 材料與方法

1.1 設備材料

西門子Primus plus(K)加速器，放射治療圖像引導系統（TiGRT IVS 平板探測器成像區域為410 mm×410 mm、分辨率為 2688×2688、像素大小為 154 μm），Las Vegas Phantom模體，CT電子密度模體，雷泰集成質控模體（TiGRT IQC）PTWUNIDOS E劑量儀、0.6指型電離室。XIO，TiGRT放射治療治療計劃系統。

1.2 方法

1.2.1 驗證模體影像，制定治療計劃

分別用0.6 MU 和1 MU拍攝的位置驗證片及CT電子密度模體影像，測量不同密度物質的灰度值，使用Las Vegas Phantom模體及雷泰集成質控模體檢測對比度分辨率及空間分辨率，評價對臨床應用的影響：選取經主管醫師、物理師確認的頭部、胸部、腹部調強治療計劃各一例，在原治療計劃上增加0、90°或270°機架角度，射野25 cm×25 cm，治療次數與治療處方一致，跳數為1 MU，重新計算該治療計劃，對比兩個計劃靶區及危及器官的最大、最小、平均劑量的變化。

1.2.2 不同跳數真實吸收劑量的測量

使用PTWUNIDOS E劑量儀、0.6指型電離室，在探測模體上加5 cm固體水、25 cm×25 cm射野、劑量率為300 MU/min，源到探測器的距離 100 cm，對100、60、10、6、1、0.6 MU吸收劑量測量10次，取平均值比較。

1.2.3 拍攝正側位位置驗證片

病人體位固定方式：頭頸部采用U形或頭頸肩板加熱塑膜固定，胸腹部使用真空墊固定。首次擺位時，以皮膚表面標記點為參考，按照計劃系統給出的三維坐標值，依據激光線指示移動治療床將靶區中心送至等中心位置。打開圖像引導系統的圖像采集板，機架分別位于0和90°（270°），射野為25 cm×25 cm，跳數為0.6 MU，劑量率為50 MU/min，源到影像采集板面的距離為156 cm，以單幅圖像采集模式拍攝正側位位置驗證片。

1.2.4 首次位置誤差糾正過程

采用單次曝光成像技術拍攝病人正、側位的治療位置驗證片，經醫師、物理師、技師三者共同與計劃DRR片對比，使用IVS軟件選擇明顯骨性標識為配準點，采取手動+自動配準方法確定治療位置誤差范圍是否符合要求。誤差限值的設定：頭部患者的左右方向2 mm、腹背方向2 mm、頭腳方向3 mm；胸腹部患者的左右方向2 mm、腹背方向2 mm、頭腳方向5 mm。

1.2.5 首次擺位圖像的用途

首次位置驗證片與DRR片比對經醫師、物理師、技師確認后添加到該病人基準圖像庫備用，之后每次治療前拍攝的位置驗證片與首次位置驗證片采取自動+手動配準方法比對，誤差超出限值則糾正后經再次拍片確認位置誤差在限值內再進行治療。

1.2.6 全程位置驗證數據獲取

每次治療擺位：病人左右和頭腳方向依據激光線指示按體表標記擺位、腹背方向按首次擺位驗證后記錄的治療床升床數值為準；將病人治療體位擺好后，采用單次曝光成像方法拍攝正、側位位置驗證片；隨機對33例患者（頭頸部8例、胸部16例、腹部9例）全程放療拍攝位置驗證片。

2 結果

使用IVS軟件測量6 MV-X射線1 MU和0.6 MU拍攝驗證片圖像的同一坐標點的灰度值，以及CT電子密度模體中不同密度物質的灰度值：1 MU條件高密度材料為30～40左右、水為44左右、空氣為70～80左右，0.6 MU條件高密度材料為12～15左右、水為19左右、空氣為20～35左右；而位置驗證片圖像同一坐標點的灰度值：1 MU條件為20000左右、0.6 MU條件為10000左右、數值與輻照組織厚度及圖像顯示模式有密切關系，而治療計劃的DRR片為100左右、與CT定位掃描成像條件有關。二者同一坐標點的灰度值1 MU遠高于0.6 MU，對比度分辨率二者均可以觀察到7 mm的E（19洞），空間分辨率為0.67 lp/mm，通過調節窗寬、窗位二者圖像清晰程度經3位醫師盲評無明顯區別，不影響臨床圖像對比（圖1）。

圖1 位置驗證片

使用PTWUNIDOS E劑量儀、0.6指型電離室，實際測量100、60、10、6、1、0.6 MU吸收劑量平均值是103、61.8、10.3、6.1、0.8、0.3 cGy，0.6 MU的平均吸收劑量比1 MU少39.8%。當使用1 MU曝光劑量獲取正、側位位置驗證片時，吸收劑量經XIO治療計劃計算兩個計劃靶區及危及器官的最小、最大及平均劑量差值分別為1、2和2 cGy，目前治療計劃系統最小計算單位為1 MU。因此，0.6 MU拍攝一組驗證片病人吸收劑量應小于2 cGy，利用0.6 MU拍攝全程位置驗證片對治療計劃劑量分布的影響較小；通過LQ公式計算生物效應劑量，治療計劃按30次，單次劑量為2 Gy，生物劑量分別是72、72.5、72.84 Gy（圖2）。

圖2 全程拍攝位置驗證片對治療計劃劑量分布影響的DVH圖

據統計采用次曝光成像技術拍攝正交放療位置驗證影像，并使用圖像引導系統糾正一次誤差的平均時間約為90 s，圖像比對與熟練程度及比對方法有關（圖3），相對延長病人在治療室的滯留時間。

圖3 糾正位置前后的驗證片示例

使用SPSS軟件對33例患者首次擺位準確性情況分析，頭頸部8例病人中2例需要位置糾正；胸部16例病人中6例需要位置糾正；腹部9例病人中7例需要位置糾正（表1）。

表1 33例病人首次擺位精度分析（mm）

隨機對33例（頭頸部8例、胸部16例、腹部9例）患者全程治療位置誤差分析結果如表2所示。

表2 33例病人在整個放療過程中的誤差

33例（頭頸部8例、胸部16例、腹部9例）患者全程治療位置誤差具體分析結果如表3所示。

表3 33例病人在整個放療過程中的擺位誤差詳細分析（%）

通過對33例患者放療全程治療位置的驗證發現，頭頸部8例病人中最少治療25次最多治療32次，其中2例病人全程沒有進行位置糾正、最多的一個病人需要糾正11次；25例胸腹部病人中最少需要糾正5次、最多的需要糾正24次，有13例需要糾正超過10次以上，且誤差多出現在病人的左右方向和頭腳方向，與體位固定方式和手上舉抱頭方法有密切關系；病人前后方向的誤差60次中有2位病人占了31次，原因是按距離燈指示升床，通過平面反應某一深度的方法受呼吸、器官蠕動等因素影響較大。

3 討論

目前治療計劃系統計算劑量分布時最小單位是1 MU，西門子Primus plus(K)加速器在拍攝位置驗證片時可以給出的最小跳數是0.6 MU。通過對比6 MV-X射線0.6 MU和1 MU拍攝條件拍攝的治療位置驗證片圖像清晰程度方面二者無明顯區別；同一點的灰度值大說明成像板受到輻照的劑量高、能量沉積的多，灰度值小則反之[2]；加速器運行狀態、性能穩定情況影響會影響實際輸出劑量，根據《醫用電子加速器輻射源》計量檢定規程：吸收劑量的檢定結果與實際使用的數值的偏差不應超過±3%，輻射野的平坦度和對稱性的變化不應超過±3%；再者治療計劃的設計要求靶區劑量的總不確定度不超過±5%。受電離室的工作特性的影響，故以100、60、10、6 MU的測量結果來詮釋1 MU和0.6 MU吸收劑量的差別，結果顯示0.6 MU的吸收劑量比1 MU少39.8%，也就是說使用0.6 MU拍攝驗證片對靶區及危及器官劑量的影響增加1.2 cGy；治療計劃按30次，單次劑量為2 Gy，通過LQ公式計算生物劑量是72.5 Gy，對于惡性腫瘤的致死劑量而言微乎其微，而靶區和危及器官的受照體積無變化，對治療計劃影響小[3]。

為方便腫瘤患者在接受放射治療時，進行放療全程位置驗證，保證每次治療位置的準確度，使治療擺位誤差控制在規定的誤差閾值范圍內，保證放射治療計劃準確的執行，提高放療效果。主要是利用放射治療機機載影像驗證裝置，使用拍片功能，采用單次曝光成像技術，拍攝腫瘤患者的冠狀面和矢狀面影像，與治療計劃的DRR片或首次治療位置驗證片比對；輻射野大小一般在25 cm×25 cm左右，拍攝條件：最低檔MV級X線，0.6 MU/次，劑量率50 MU/min；KV級X線根據拍攝部位及患者體厚決定所需電壓、電流及曝光時間[4-6]。所采集的位置驗證片為不同呼吸時段影像，誤差限值應為一定范圍，CT定位時病人應保持自由呼吸狀態，治療擺位時應與定位時一致，將體位固定器具通過適配器與治療床結合成一體，按照治療床的x、y、z坐標進行擺位，激光線指示與體表標記的重合度為擺位參考，擺位時注意病人體表標識與體位固定器具的標識應完全符合一致[7-8]。

單次曝光成像技術用于拍攝放療位置驗證片，操作簡單，盡可能減少位置驗證給患者帶來不必要的輻照劑量。使用體位固定器具加熱塑膜方式固定的病人每次的治療位置誤差值均在誤差允許范圍內，重復性非常好，可以選擇只在整個療程的首次、治療中、治療末進行位置驗證[9]；使用真空墊固定的病人每次的治療位置誤差值超出允許范圍的幾率達到全部治療次數的50%以上，原因是當以體表標記為參考，按激光燈指示移動治療床時，體表標記除受呼吸、器官運動等客觀因素影響外，左右和頭腳方向誤差的因素與患者體位固定方式有關。病人雙手上舉抱頭的位置與方式以及體位固定器具選擇是否合理均會對體表標記位置有較大影響[10-11]。建議改進真空墊固定方式，與胸腹部的固定器具和胸腹熱塑膜配合使用，規范病人定位和擺位時雙手的放置位置與方式，注意膀胱充盈程度及腸內容物多少，減少引起擺位誤差的因素，提高放療全程治療位置精確性及重復性[12-13]，治療擺位時應當調整患者體位，在腹背方向應以治療床面到治療中心層面的距離為參考，從而縮小腹背方向的誤差。特殊體型或體位固定方式，應合理選擇位置驗證方法，必要時進行治療全程位置驗證[14]，真實的反映了患者每次治療的精確程度，指導本單位計劃靶區外放范圍。國家癌癥中心和國家腫瘤診療質控中心于2017年11月11日發布的《放射治療質量控制基本指南》[15]規定首次治療必須進行位置驗證，每周至少一次位置驗證以確保治療精確性，特殊技術如SBRT需要每次驗證。雖然會延長病人在治療室的滯留時間，可保證醫療質量[16]。誤差限值的設定可根據本單位實際情況合理設定，可參考《腫瘤放射治療學》[17]放射物理學基礎，第三節放射治療過程及其對劑量準確性的影響，給出的綜合擺位誤差值<10 mm。不同誤差限值的全程位置驗證糾正次數占驗證次數的比例情況有待進一步研究。