錐形束CT結合六維床HexaPOD驗證及糾正放療中擺位偏差的研究

劉苓苓，費振樂，崔相利，孫瑞霞，李潔，王宏志

1. 中國科學院合肥物質科學研究院 健康與醫學技術研究所（醫學物理與技術安徽省重點實驗室），安徽 合肥 230031；2. 中國科學技術大學 研究生院科學島分院，安徽 合肥 230026；3. 中國科學院合肥腫瘤醫院 放療中心，安徽 合肥 230031；4. 中國人民解放軍聯勤保障部隊第901醫院 腫瘤診療中心，安徽 合肥 230031

引言

隨著放射治療技術的快速發展，調強放射治療尤其是旋轉容積調強（Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT）放射治療在臨床中的應用使腫瘤的治療更加精準，該技術在治療過程中通過機架角度、機架轉動速度、劑量率和子野形狀不斷變化，使靶區受到足夠照射劑量的同時對周圍正常組織的保護更為理想。這種相對復雜的治療技術對擺位精度的要求更高[1-2]。

擺位偏差對放射治療整體的不確定性影響較大，需要精確的患者擺位才能減少近遠期放射不良反應[3]。為了減小擺位偏差、提高治療的精準度，在放射治療前一般應用影像引導放射治療（Image Guide Radiation Therapy，IGRT）進行擺位驗證，糾正患者定位和治療位置間的偏差。其中千伏級錐形束掃描CT（Cone Beam Computed Tomography，CBCT）掃描圖像更清晰，對骨解剖結構在平移、旋轉方向和形變的識別更準確[4]，故在臨床廣泛使用。目前，直線加速器的高端機型基本選配了六維床HexaPOD糾正擺位偏差，可以準確糾正患者的平移和旋轉角度的偏移，糾正后的偏差可以達到亞毫米和亞度的精度[5]。

本研究采用醫科達Axesse直線加速器的機載CBCT結合六維床HexaPOD驗證來糾正患者的擺位偏差。通過收集不同部位患者掃描CBCT后的擺位偏差數據以及特殊病例首次擺位、首次糾正偏差后、治療分次間擺位偏差結果，為臨床醫生提供相應的數據參考。

1 材料與方法

1.1 材料

瑞典醫科達公司Axesse醫用直線加速器：配備三維圖像引導CBCT；可糾正3個平移方向和3個旋轉方向擺位偏差的六維床HexaPOD；具有VMAT功能；采用蒙特卡羅算法的醫科達Monaco 5.11放療計劃系統；腫瘤患者信息管理系統Mosaiq，可用于患者信息管理和制定計劃流程。飛利浦16排大孔徑CT模擬定位機：具有85 cm超大孔徑，該設備專門用于腫瘤定位，可滿足放療擺位需求。

選取2018年6月至2019年6月在本院經影像學和病理學證實的59例頭部腫瘤、47例頸部腫瘤、66例食管腫瘤、21例肺部腫瘤、12例乳腺腫瘤、75例腹部腫瘤、60例盆腔腫瘤，以及2019年2月至2020年2月肺部SBRT、鼻咽癌、頭部X刀患者18例為研究對象。

1.2 方法

入組患者頭部采用頭膜、頸部采用頸肩膜、胸腹盆采用體膜和全碳素纖維底板取仰臥位固定體位。用大孔徑CT掃描患者圖像，頭頸部CT掃描層厚為3 mm，胸腹盆CT掃描層厚為5 mm。掃描后的圖像通過網絡傳到放療計劃系統，放療醫師根據患者CT圖像、MRI、鋇餐造影及內窺鏡等檢查信息勾畫靶區GTV、CTV，并勾畫患者皮膚、周圍危及器官。根據臨床醫生給的處方劑量和正常組織要求制定放療計劃。

掃描CBCT前準備工作：放療物理師將患者治療計劃、計劃CT圖像和靶區結構傳至Mosaiq工作站，根據患者照射部位在Mosaiq中設置CBCT預設。放療技師在操作室通過Mosaiq將計劃圖像加載至XVI工作站作為參考圖像，根據靶區位置和范圍選擇配準區域和配準算法（灰度值配準或骨密度值配準）。

擺放患者位置：放療技師根據計劃系統給出的鉛點標記點與治療射野中心之間產生的移床坐標數據，將腫瘤中心移至加速器等中心。

CBCT掃描：不同部位掃描條件不同，部位包括頭頸、胸和腹盆，根據腫瘤所在部位選擇掃描部位。如表1所示，表中S20和M20分別是等中心處標稱輻射場寬度為276.7 mm的小視野、中等視野準直器；F0是無過濾器；F1是鋁過濾器。

表1 不同部位CBCT掃描條件

XVI工作站將治療前掃描圖像與計劃系統參考圖像進行比對，產生x、y、z平移和Rx、Ry、Rz角度偏差。將產生的偏差發送至六維床HexaPOD，通過自動或手動移床消除該偏差，達到糾正擺位誤差的目的。再次掃描CBCT圖像，確定擺位誤差是否糾正。

1.3 統計學分析

采用SPSS 19.0統計軟件分析擺位偏差，統計結果以±s表示。數據采用Wilcoxon檢驗和方差分析，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 身體各部位首次擺位偏差

表2是根據收集到的各部位患者首次治療擺位偏差統計出的數據。經方差分析，各部位間平移和角度方向的擺位偏差均有統計學差異（P＜0.05）。頭、頸部各方向平移偏差明顯小于其他部位，旋轉角度各部位偏差，但差異較?。皇状螖[位平移和角度偏差稍大。

表2 各部位首次治療擺位偏差

2.2 特殊病例擺位誤差糾正前、糾正后及分次間數據比較

回顧性選擇本院鼻咽癌、頭部X刀、肺部SBRT患者共18例，收集患者首次擺位偏差、首次擺位糾正后擺位偏差、分次間擺位偏差及分次間糾正后四組數據，通過這些數據，了解CBCT和六維床HexaPOD糾正偏差的大小及糾正偏差后的穩定性。四組數據的平移及旋轉偏差數據如表3所示。

表3 擺位偏差糾正前后的平移（cm）和旋轉角度（°）數據

從表3可知，經過六維床HexaPOD擺位偏差糾正，糾正后三個平移方向數值明顯減小，差異均有統計學意義（P＜0.05）。糾正后三個方向旋轉角度數值明顯減小，Rx和Rz差異有統計學意義（P＜0.05）。雖然首次擺位偏差糾正后，各方向擺位偏差明顯減小，但是分次間擺位偏差仍然存在。除了z平移方向變化不明顯外，其他方向數值均減小，差異均有統計學意義（P＜0.05），說明分次間擺位因為人為因素仍存在較大擺位偏差，需每次或多次掃描CBCT，糾正擺位偏差，才能保證每次都有較小的偏差。為了觀察分次間擺位糾正后數據是否穩定，分析了分次間糾正擺位偏差后數據，兩組數據無統計學差異（P＞0.05），且經糾正后的數值都較小，在亞毫米和亞度級別，證明了分次間每次CBCT和六維床HexaPOD糾正偏差后的殘余偏差數值穩定。

圖1是擺位偏差糾正前后的數據變化趨勢圖，a～c分別表示平移x、y、z方向的數據，d～f分別表示旋轉Rx、Ry、Rz方向的數據，縱坐標是擺位偏差的實際值。從圖1可看出，糾正后的擺位偏差明顯比糾正前的擺位偏差小，y方向（頭腳方向）擺位偏差在平移和旋轉方向上的變化范圍比其他方向大。

圖1 擺位偏差糾正前后的數據變化趨勢圖

3 討論

臨床放射治療中會發現，每位患者接受每次放療的擺位誤差都不相同，將患者按照定位時的標記擺放在治療床上以及從標記中心移至治療中心的過程中就產生了擺位誤差，這與患者自身的身體狀況（器官運動、體重變化、位置變化等）、身體輕微旋轉、腫瘤受自主呼吸運動影響及放療技師的操作有關。放射治療位置不準確，直接影響放療治療效果，并且會增加對患者正常組織的傷害，從而進一步降低患者的預后效果。尤其肺部SBRT、頭部X刀等小病灶放療，對治療位置的準確性要求非常高，如果不能保證每次治療體位的準確性和一致性，則靶區劑量無法保證，且增加了周邊正常組織風險[6-7]。

圖像引導是現行臨床常用的提高放療精度的技術，CBCT是近年來發展起來的圖像引導設備之一。CBCT是基于非晶硅數字化X射線探測板的成像設備，因其體積小等特點可以直接整合到直線加速器上。在患者治療前掃描CT圖像，進行三維重建，與定位CT圖像匹配后可精確地算出六個方向上的擺位偏差[8-10]，經過六維床對擺位偏差進行在線校正?；趫D像引導的CBCT技術用較低的輻射劑量驗證、監測擺位偏差和內部器官運動并用六維床在線糾正偏差，降低放射治療的不確定性[11-12]。CBCT和六維床的結合對于實現亞毫米級、亞度的高精度治療準確性至關重要。

從本文數據可知，經CBCT掃描得出擺位誤差及六維床HexaPOD糾正擺位偏差后六個方向數值明顯減小，擺位偏差糾正有效。分次間擺位偏差較大，建議每次掃描CBCT糾正，糾正后的殘余偏差較穩定，且糾正后的偏差在亞毫米內。所得結果與近期相關研究結果趨勢一致[13-15]，且本文糾正擺位偏差后的殘余誤差更小。

對于少次大劑量的非常規治療，建議每次治療前掃描CBCT。對于常規治療，治療分次在20～30次，可能會考慮CBCT掃描給患者帶來的額外輻射。Alaei等[16]通過Chamber、光致發光、熱釋光、膠片等測量不同模體的方式收集CBCT的輻射劑量，不同成像電壓、電流、不同模體、不同收集方式，測量的CBCT的輻射劑量在0.01～11 cGy之間。頭頸部CBCT掃描每次小于0.01 Gy，CBCT掃描盆腔每次小于0.02 Gy，與二維MV級成像差不多[3,17]。已有研究做了用CBCT不同掃描參數對掃描劑量的研究，得出選擇合適的掃描條件也可以減少額外劑量輻射[18-19]。臨床醫生可根據CBCT輻射劑量合理分配CBCT掃描次數。

4 結論

本文通過千伏級CBCT結合六維床HexaPOD研究了各部位擺位偏差大小、擺位偏差的糾正及糾正后殘余偏差的穩定性，為臨床醫生靶區外放、放療治療師擺位提供了數值參考。下一步工作將考慮角度偏差造成的位移偏差，探索更準確地確定擺位偏差的方法。