CT模拟机及CBCT在头颈部肿瘤图像引导放射治疗中的首次摆位误差

蓝林臻

福建医科大学附属第一医院放疗科 （福建福州 350005）

随着放射治疗技术的不断发展，图像引导放射治疗(image guide radiation therapy，IGRT) 已经成为头颈部肿瘤放射治疗的主流技术。千伏级锥形束CT（kilo voltage cone-beam computer tomography，kV-CBCT）作为 IGRT 的主要成像设备，能够有效纠正头颈部肿瘤患者放射治疗摆位误差，同时提高靶区及危及器官的物理剂量精度，实现精确放射治疗[1-2]。但是患者接受IGRT时的摆位误差仍无法完全避免，临床工作中需要通过改善摆位的精确度，以保证调强放射治疗的质量[3]。头颈部肿瘤患者的放射治疗是一个长期过程，需要进行多次重复的摆位治疗，并且与首次摆位的参数基本一致，因此，首次摆位成为精确放射治疗的关键。但目前直线加速器的放射治疗任务繁重，若全部使用CBCT对患者进行位置验证，会耽误直线加速器的治疗任务，而将位置验证放在CT模拟机上进行，有利于提高现有放射治疗设备的使用率和整个放射治疗的工作效率。本研究对比分析头颈部肿瘤患者在图像引导下机载的kV-CBCT和CT模拟机所获得的首次摆位误差，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2019年4—8月在福建医科大学附属第一医院放射治疗科用头颈肩定位膜固定体位并进行首次放射治疗的头颈部肿瘤患者106例，其中胶质瘤36例，鼻咽癌32例，脑转移癌5例，鼻腔癌4例，腮腺癌3例，口腔癌12例，喉癌7例，下咽癌7例；男77例，女29例；年龄12～90岁，中位年龄54岁。

1.2 方法

1.2.1 放射治疗首次摆位前期工作

（1）制作头颈肩定位膜并固定体位：让患者平躺于一体化底座上并以透明头枕固定头部位置，将头颈肩定位膜放于Klarity恒温烤箱中，用65～75 ℃的温度加热10 min以使头颈肩定位膜软化至透明，扣于患者表面并与一体化底座锁紧，在常温状态下冷却放置20 min[4]使其成型。（2）标记定位参考点（Ref）：利用激光定位系统（Gammex）在CT模拟机的0°、90°、270°的角度上投射出用作标记的参考点位置，并用直径1 mm球形铅点在头颈肩定位膜上进行标记。（3）用 SIEMENS SOMATOM Definition AS 的 CT模拟机进行扫描并获取计划CT图像，扫描层厚为3 mm；将获取的图像传送至Raystation放射治疗计划系统（radiation therapy planning system ，TPS）（V4.7.5）中，进行勾画靶区及放射治疗计划方案的设计。（4）将由主管物理师和主任医师均确认完成的放射治疗计划全部信息，包括计划CT图像、Ref点、照射野中心点（即计划中心点，ISO）及数字重建的射线影像（digitally reconstructed radiograph，DRR）等以DICOM文件形式分别传送至CT模拟机的Panther TPS与Varian ARIA 系统。

1.2.2 放射治疗首次摆位的图像获取及分析

CT模拟机组：（1）由2名CT技师协助患者摆放放射治疗体位，并扣下已经成型的头颈肩定位膜；（2）先将患者移至Ref点，根据Raystation TPS提供的Ref点到ISO点位置关系信息，通过对CT模拟机床值的左右（LR）、头脚（SI）和前后（AP）3个方向的移动，将患者移至ISO点，并重新用直径1 mm球形铅点在头颈肩定位膜上进行标记；（3）用CT模拟机进行扫描并获取首次摆位的CT图像，CT 扫描的范围、 层厚、 层距与放射治疗计划CT一致，在铅点的层面上，根据铅点位置在首次摆位的CT图像加上十字坐标系；（4）打开由美国 Prowess Inc.公司开发的 Panther TPS5.20的软件，调取该首次摆位患者的全部计划信息，并对计划CT图像的ISO点加上十字坐标系；（5）以计划CT图像为基准图像，根据图像的骨性标志和解剖结构进行手动图像配准，此操作由有经验的副主任医师完成，从而获取X、Y、Z轴的摆位偏差数值，X 轴代表患者 LR方向（左右，右侧为正），Y 轴代表 SI 方向（头脚，头侧为正），Z 轴代表AP 方向（腹背，腹侧为正）；（6）若误差≤2 mm 则不进行床值校正，若误差＞2 mm则需要调整CT模拟机的床值进行摆位误差校正，并记录数据，将此组数据命名为CT模拟机组。

CBCT图像获取方法为Varian Trilogy直线加速器的机载影像系统（on board imager，OBI）实时采集患者锥形束CT图像。步骤为：（1）与上述放射治疗首次CT模拟机的图像获取一致；（2）先将患者移至Ref点，根据Raystation TPS提供的三维坐标进行摆位，将患者移至ISO点；（3）用CBCT进行扫描并获取首次摆位的CBCT图像；（4）OBI系统将获取的CBCT图像与计划CT三维重建影像的容积图像进行比对；（5）以计划CT图像为基准图像，根据图像的灰度值进行图像的自动配准，必要时结合医师手动调整，从而显示出此时患者实际的治疗中心位置与计划的治疗中心位置在LR、SI和AP方向的偏差数值，再由有经验的副主任医师确认配准结果；（6）若误差≤2 mm则实施患者的首次放射治疗，若误差＞2 mm则需要通过在线调整治疗床进行摆位误差校正，并为患者实施放射治疗，记录数据，将此组数据命名为CBCT组。

1.3 统计学处理

采用SPSS 20.0统计软件进行数据分析，计量资料以x-±s表示，采用t检验，P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

106例头颈肩定位膜患者分别得到3组LR、SI和AP方向上的偏差数值，即共获得318组首次摆位误差数据。CBCT组与CT模拟机组在LR、SI 和AP 3个方向上的首次摆位误差比较，差异均无统计学意义（P＞0.05），见表1。

表1 106例头颈肩定位膜患者在CBCT组与CT模拟机组LR、SI和AP方向的首次摆位误差比较（mm，±s）

表1 106例头颈肩定位膜患者在CBCT组与CT模拟机组LR、SI和AP方向的首次摆位误差比较（mm，±s）

组别 LR SI AP CBCT 组 -0.13±0.93 -0.06±0.81 -0.06±0.73 CT模拟机组 0.02±1.04 -0.04±1.21 0.13±0.88 t-1.13 -0.13 -1.61 t 0.26 0.89 0.11

3 讨论

患者实际放射治疗时体位位置与计划设计时体位位置之间的差异即放射治疗摆位误差，而且摆位误差伴随着患者的整个放射治疗疗程。摆位误差包括系统误差和随机误差，尽可能地降低随机误差成为精确放射治疗的关键，而首次摆位误差更是重中之重。随着近年来IGRT 技术在头颈部肿瘤放射治疗中的普遍应用，尤其是CBCT技术的应用，放射治疗摆位精度已迈上新的台阶。但是，研究发现，热塑型头颈肩网膜随时间变化存在收缩现象[5]，眭建锋等[6]研究发现CBCT和计划CT图像的配准范围对图像配准精度也有一定的影响，CBCT的配准范围与CT的配准范围越接近，配准精度越高。而且CBCT是直线加速器机载的，所以CBCT的图像引导必须在直线加速器上完成，这样导致直线加速器的使用效率低下，同时患者的首次摆位与摆位完成后的首次放射治疗耗时较长，将会增加患者放射治疗中的不自主移动发生率，从而使靶区的剂量分布发生偏差，甚至可能导致放射治疗的失败。另外，由于CBCT图像的强度与传统CT图像强度（CT值）不一致，而且CBCT图像信息不完整，不理想的CBCT图像质量会导致图像配准精度下降，甚至导致配准过程无法完成[7]。所以，本研究对比分析头颈部肿瘤患者在图像引导下机载的kV-CBCT和CT模拟机所获得的首次摆位误差，为利用CT模拟机代替CBCT进行头颈部肿瘤患者的首次摆位提供依据。

本研究结果显示，CBCT组与CT模拟机组在LR、SI和AP 3个方向上的首次摆位误差比较，差异均无统计学意义（P＞0.05）。这说明头颈部肿瘤患者的首次摆位误差无论用CBCT还是CT模拟机都是一致的，所以，头颈部肿瘤患者的首次摆位可以用CT模拟机取代CBCT，以缩短首次放射治疗时间，而直线加速器只需承担每周1次的摆位验证工作。值得注意的是，上述研究只考虑首次摆位误差在LR、SI 和AP 3个方向上的差异，并未考虑旋转角度的误差。黄家文等[8]研究认为：在鼻咽癌患者的放射治疗摆位中旋转角度的大小会严重影响线性摆位误差的大小。在头颈部肿瘤放射治疗摆位过程中应注意不同方向的相互影响关系，所以，若头颈部肿瘤患者有旋转角度的误差，应重新摆位进行旋转角度误差校正，然后扫描，验证平移误差。

综上所述，可以利用CT模拟机代替CBCT进行头颈部肿瘤患者的首次摆位，并且CT模拟机具有不同组织对比度高、成像速度快、重建的CT图像分辨力高等优点，可更好地确保头颈部肿瘤患者的精确放射治疗。