EPID在头颈部肿瘤放疗摆位中的应用

王骁踊，钟亚华，刘晖，肖智志，江舟

武汉大学中南医院 放化疗科，湖北 武汉 430071

EPID在头颈部肿瘤放疗摆位中的应用

王骁踊，钟亚华，刘晖，肖智志，江舟

武汉大学中南医院 放化疗科，湖北 武汉 430071

目的 确定电子射野影像系统（EPID）对头颈部放疗患者位置误差的修正效果。方法 应用EPID对40例头颈部放疗患者的摆位误差进行测定分析。初次治疗前和以后每两周通过兆伏级EPID对患者治疗位置采集正交位射野验证影像，并与治疗计划中通过定位CT生成的数字重建射野（DRR）影像进行比对，医生认可比对结果后，记录下各方向摆位误差值。结果 患者在x轴、y轴、z轴（x轴、y轴、z轴分别表示患者左右、前后和头脚方向）上的误差（系统误差±随机误差）分别为（0.7±1.33）mm，（0.28±1.74）mm，（0.13±1.29）mm；EPID验证结果和kVCBCT验证结果在y轴、z轴方向无显著差异（P=0.859），在x轴方向有显著差异（P=0.000）。结论 在头颈部放疗时，EPID系统可以修正患者的位置误差。

头颈部肿瘤；电子射野影像系统；摆位误差

随着外照射精确治疗技术的发展，患者治疗位置的精确性越来越成为治疗的关键[1]。对患者治疗位置的影像验证成为临床放疗质量保证的主要内容之一[2]。电子射野影像系统（Electronic Portal Imaging Device，EPID）和锥形束CT（CBCT）分别通过采集患者治疗位置的二维正交平片和三维锥形束CT影像来完成对患者治疗位置的修正。由于CBCT能获得更多的影像学信息，其在临床应用中越来越受到青睐。笔者认为在头颈部肿瘤放射治疗中，EPID足以修正患者的位置误差，并且在图像采集和配准时间上有一定的优势。为此，2014年5月，我科应用Varian IX直线加速器所配置的电子射野影像系统（EPID），对40例头颈部肿瘤患者进行了每两周一次的放射治疗前的位置验证和修正，并和我们之前应用kV-CBCT的研究进行了比较。

1 材料和方法

1.1 一般资料

头颈部肿瘤患者40例，其中鼻咽癌患者29例，鼻腔NK/T患者7例，喉癌患者4例；患者最小年龄28岁，最大年龄75岁，中位年龄53岁。

1.2 治疗方法

患者采用仰卧位，采用Medtic碳纤维头颈肩体架和科莱瑞迪头颈肩一体热塑膜固定，摆位标记标于热塑膜表面。

所有患者均采用Varian Eclipse 10.0计划系统设计调强放射治疗计划；在计划中专门设计0°和90°两个正交摆位验证野；所有患者均在Varian IX治疗机上进行治疗；患者初次治疗时和以后每间隔一周均需采集EPID正交位影像进行摆位误差验证和校正（患者知情且同意）。

1.3 验证图像采集及比对

技师完成摆位后，使用MV EPID对患者进行摆位验证[3]。在采集0°和90°两个正交摆位验证野影像后（采用双曝光法拍摄正侧位照射野验证片，先按10 cm×10 cm照射野曝光2 MU，然后将照射野四周边界适当扩大5 cm，再次曝光3 MU），由技师在2D/2D Match模式下根据骨性标志自动进行验证影像和计划数字重建射野（Digital Reconstructed Radiography，DRR）影像的匹配；医生认可后，保存结果并记录x轴、y轴、z轴（x轴、y轴、z轴分别表示患者左右、前后和头脚方向）各方向的位置误差，如果误差＞3 mm，医生需重新标记摆位标记。

1.4 统计方法

采用SPSS 19.0软件进行统计分析。采用单因素方差分析对EPID验证结果和kV-CBCT验证结果进行比较分析。

2 结果

本研究共对40例头颈部肿瘤患者进行了160次EPID影像采集。

（1）患者在x轴、y轴、z轴上的误差（系统误差±随机误差）分别为（0.7±1.33）mm，（0.28±1.74）mm和（0.13±1.29）mm。通过公式[4-5]MPTV=2.5Σ+0.7σ，计算得出头颈部肿瘤放疗患者在x轴、 y轴、z轴方向上的扩边值，见表1。

（2）x 轴系统误差最大，y轴次之，z轴最小，见表1。

（3）患者在x轴、y轴、z轴上的误差频次分析：x轴、z轴位置误差95%以上发生在3 mm范围内，而y轴则超出3 mm，见表2。

（4）通过比较分别由EPID和kV-CBCT得来的头颈部肿瘤放疗患者的位置误差数据[6]发现：两者在y轴、z轴方向上无显著差异，而在x轴方向上有显著差异，见表3。

3 讨论

放射治疗的核心原则之一是在提高靶区剂量的同时给予周围临近器官最大的保护[1]。在这一核心原则的推动下，以三维适形调强放射治疗技术为代表的精确放疗得到了普及[7]。

放射治疗的效果不仅取决于直线加速器的机械精度，还决定于治疗时患者的摆位精度以及重复性。研究表明[8]：每1 cm摆位误差会导致6 mm周边靶区丢失；同时也可能导致危及器官卷入高剂量照射区域内，造成严重并发症或后遗症。因此，患者的摆位精度以及重复性一直以来都是业界关注的重点。

图像引导放射治疗（IGRT）技术是近些年发展起来的，可用于纠正患者摆位误差以及监测患者摆位重复性的新技术。通过对实际治疗时的患者影像与模拟定位时的患者影像进行比较，来实现对患者摆位误差的纠正和患者摆位重复性的监测。IGRT技术通常采用EPID系统和kV-CBCT系统获取患者实际治疗影像。EPID系统通过获取患者治疗位置的多幅二维影像完成图像引导工作；kV-CBCT系统则是通过获取患者治疗位置的CT影像来完成图像引导工作。相对于EPID影像，kV-CBCT影像可提供更丰富的患者解剖信息以及更高的软组织分辨率[2]，在目前的临床使用上，kV-CBCT受到更多用户的青睐。

本研究通过应用EPID系统对40例头颈部肿瘤放疗患者的摆位误差进行了测定分析。分析发现x轴系统误差最大，y轴次之，z轴最小。x轴、z轴位置误差95%以上发生在3 mm范围内，且误差值均发生在5 mm范围内；而y轴则超出3 mm，且最大误差可达7 mm。这和我们计算得来的靶区外扩边界值（MPTV）有一定出入，笔者认为是由于y轴方向随机误差相对较大照成的。

本研究中将EPID测定结果与kV-CBCT对头颈部肿瘤放疗患者摆位误差的测定结果进行了比较。两个系统的测量结果在y轴、z轴方向上无显著差异，而在x轴方向上有显著差异。对x轴方向的误差值进行了分析：EPID系统测量的误差值为（0.7±1.33） mm；kV-CBCT系统测量的误差值为（－0.7±1.40） mm[6]。通过比较不难发现，两种系统的测量误差在x轴方向上有显著差异，是由于系统误差的方向性导致的。EPID和kV-CBCT作为不同的影像验证系统有不同的影像中心，也有各自不同的图像配准方式，这些都是导致x轴方向有显著差异的原因。进一步对分别通过EPID和kV-CBCT获得的x轴方向上的外扩边界值进行了比较，发现两种方法获得的外扩边界值（MPTV）分别为2.41 mm和2.38 mm[6]；而在x轴方向上实际选择外扩边界值时，我们结合误差出现的频次关系采用的值是3 mm[6]。显然两种系统对x轴方向上的摆位误差修正均可以满足临床要求。

总体来说，在头颈部放疗中，EPID和kV-CBCT对患者位置误差的修正效果基本是相同的。这主要是由于对于头颈部肿瘤，靶区以及危及器官的内部运动很轻微，基本可以看做是刚性结构，通过骨性标志就可以完成摆位误差的修正。EPID影像在获取骨性标志信息上并不比kV-CBCT差。

本研究还对EPID以及kV-CBCT完成图像引导工作的时间进行了比较。EPID完成图像引导工作的平均时间为2.5 min，而kV-CBCT完成图像引导工作的平均时间约为5.3 min，是EPID系统的两倍多。

最后，EPID最大的优点是影像中心和治疗的等中心重合。而kV-CBCT由于图像采集系统和治疗系统是分离的,需要进行影像中心和治疗等中心的校准，因此增加了误差的来源。

总之，在头颈部肿瘤的放射治疗中，EPID能够满足临床对患者位置误差修正的需要。相较于kV-CBCT，EPID临床应用花费时间短；其图像采集系统和治疗系统共中心，可减少误差的来源。因此，EPID系统在头颈部肿瘤的放射治疗中应得到更多应用。

[1] 胡逸民.肿瘤放射治疗物理学[M].北京:原子能出版社,1999:9.

[2] 夏邦传,徐子海,廖福锡,等.基于CT-ON-RAIL系统开展的图像引导自适应放疗研究进展[J].中国医疗设备,2013,28(1):62-65.

[3] 王永刚,陈宏,刘跃,等.不同匹配方式对鼻咽癌IGRT摆位误差的影响[J].现代肿瘤医学,2010,18(4):688-689.

[4] van Herk M,Remeijer P,Lebesgue JV.Inclusion of geometrical uncertainties in treatment plan evaluation[J].Int J Radiat OncoI Biol Phys,2002,52(5):1407-1422.

[5] van Herk M.Errors and margins in radiotherapy[J].Semin Radiat Oncol,2004,14(1):52-64.

[6] 王骁踊,刘晖,谢丛华,等.鼻咽癌临床靶区及危及器官计划体积的确定[J].武汉大学学报(医学版),2013,34(6):866-871.

[7] 姜万荣,朱锡旭.放射肿瘤学技术进展[J].现代肿瘤医学,2012, 20(4):859-862

[8] Baiter JM,Chen GT,Pelizzari CA,et a1.Online repositioning during treatment of the prostate：a study of potential limits and gains[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,1993,27(1):137-143．

Application of EPID in Radiotherapy Positioning for Head and Neck Cancer

WANG Xiao-yong, ZHONG Ya-hua, LIU Hui, XIAO Zhi-zhi, JIANG Zhou
Department of Radiotherapy and Chemotherapy, Zhongnan Hospital of Wuhan University, Wuhan Hubei 430071, China

Objective To explore the effect of electronic portal imaging device (EPID) in the correction of set-up errors in the radiotherapy of patients with head and neck cancer. Methods The set up errors in the radiotherapy of 40 patients with head and neck cancer were measured and analyzed with EPID. Portal images of orthogonal radiation fi elds located at the therapy positions of patients were collected by MV EPID before radiotherapy and every two weeks after radiotherapy. Then the portal images were compared with digital reconstructed radiography (DRR) images generated by CT positioning. Based on the recognition of the doctor on the comparison results, the set-up errors in various directions were recorded. Results The set-up errors in x axis、y axis and z axis were (0.7±1.33) mm, (0.28±1.74) mm and (0.13±1.29) mm, respectively. There was no signif i cant difference between verif i cation results of EPID and those of kV-CBCT in terms of set-up errors in y axis and z axis (P=0.859) while there were signif i cant differences between verif i cation results of EPID and those of kV-CBCT in terms of set-up errors in x axis (P=0.000). Conclusion EPID can effectively correct the set-up errors in the radiotherapy for head and neck cancer.

head and neck cancer; electronic portal imaging device; set-up error

TH774

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.11.042

1674-1633(2014)11-0124-02

2014-08-29

2014-10-10

本文作者：王骁踊，物理师。

钟亚华，副主任医师。

作者邮箱：wangxy_06@hotmail.com