Onrad系统宫颈癌放疗兆伏级CT扫描pitch选择对摆位误差的影响

摘要：目的" 应用断层径照放疗系统（Onrad系统）进行宫颈癌放疗，研究Onrad系统在兆伏级CT（MVCT）扫描时pitch选择对摆位误差的影响。方法" 选取2023年10月～2024年1月深圳市人民医院放疗科接受Onrad系统放疗的16例宫颈癌患者，根据患者放疗时MVCT扫描采用pitch的不同，分为两组：Normal组（n=8）与Coarse组（n=8），每日行MVCT扫描，与定位CT图像匹配获取XYZ三维平移误差及绕Y轴滚动误差Roll，记录扫描时长及获得的误差数据并整理分析。结果" Normal组与Coarse组各获得摆位误差数据200组，Normal组三维平移误差分别为X=1.80±1.28 mm、Y=2.22±1.43 mm、Z=1.78±1.30 mm，滚动误差为Roll=0.32±0.41°；Coarse组三维平移误差分别为X=1.98±1.18 mm、Y=2.38±1.34 mm、Z=1.96±1.27 mm，滚动误差为Roll=0.31±0.47°；两组摆位误差相比较，平移误差X、Y、Z（P=0.15、0.23、0.17） 及滚动误差Roll（P=0.71）的差异无统计学意义。扫描效率方面，pitch选择Normal较Coarse扫描时间明显延长（253.4±9.7 vs 173.3±7.9 s，Plt;0.001）。结论" Onrad系统宫颈癌放疗，行MVCT图像扫描时，pitch选择Normal或Coarse进行位置校准，XYZ三维平移误差及滚动误差Roll均无差异，但pitch选择Coarse扫描效率更高，推荐选用Coarse。

关键词：MVCT；Onrad系统；摆位误差；宫颈癌

Effect of pitch selection on positioning errors in megavoltage CT scanning of Onrad system for cervical cancer radiotherapy

ZHANG Qingsheng， LÜ Degang， SHI Yabin， ZHENG Jiezhou， ZHONG Heli

Department of Radiotherapy， Shenzhen People's Hospital （Second Clinical Medical College of Jinan University， First Affiliated Hospital of Southern University of Science and Technology）， Shenzhen 518020， China

Abstract： Objective To investigate how pitch choice affects positioning errors during megavoltage computed tomography （MVCT） scanning using the Onrad system， a tomography radial radiotherapy system， for cervical cancer treatment. Methods A total of 16 cervical cancer patients who underwent Onrad system treatment in Department of Radiotherapy Shenzhen People's Hospital from October 2023 to January 2024 were chosen. The patients were split into two groups： Normal group （n=8） and Coarse group （n=8） based on the pitch utilized during MVCT scanning. Every day， an MVCT scan was conducted. By comparing the results with the positioning CT picture， the XYZ three-dimensional translation error and rolling error around the Y axis （Roll） were determined. Both the error data and the scanning time were tracked down and examined." Results In the Normal group and the Coarse group， 200 sets of displacement error data in total were collected. The three-dimensional translation errors of Normal group were X=1.80±1.28 mm， Y=2.22 ± 1.43 mm， Z=1.78 ± 1.30 mm， and the rolling error was Roll=0.32±0.41°. The 3D translation errors of Coarse group were X=1.98 ± 1.18 mm， Y=2.38±1.34 mm， Z=1.96 ± 1.27 mm， and rolling error was Roll=0.31±0.47°.For both the rolling error Roll （P=0.71） and the translation errors X， Y， Z （P=0.15， 0.23， 0.17）， there was no discernible difference in the positioning errors between the two groups. When the pitch was set to Normal， the scanning time was substantially greater than when the pitch was set to Coarse in terms of scanning efficiency （253.4 ± 9.7 vs 173.3 ± 7.9 s， Plt;0.001）. Conclusion For position calibration， MVCT images are scanned with Normal and Coarse pitch when the Onrad system is utilized for cervical cancer radiation therapy. The XYZ 3D translation errors and rolling error do not differ. Nevertheless， Coarse pitch selection increased scanning efficiency. There fore， Coarse pitch was advised.

Keywords： MVCT; onrad system;" positioning error; cervical cancer

放射治疗是肿瘤治疗的重要手段［1］ ，宫颈癌的治疗中，放疗参与率高达80%［2］ ，其疗效受多种因素的影响，诸多研究，包括患者自身因素（如年龄、体态）［3-6］ 、剂量分割［7， 8］ 、体位固定［9-11］ ，这些研究多聚焦于“围患者”因素，而针对设备参数的研究甚少。Onrad系统［12］ 是搭载兆伏级电子计算机断层扫描（MVCT）的放疗系统，有可每日校位的剂量学优势［13］ 。pitch是MVCT扫描的重要参数，pitch的选择影响MVCT图像质量，影响校位准确性，从而影响靶区的剂量分布及疗效［14， 15］ ； 此外，pitch不同，扫描时长与额外剂量也存在差异［16， 17］ 。既往对MVCT pitch的研究使用的皆是tomotherapy系统，研究方向多集中在仿真模体［18］ 、头颈部肿瘤［19］ 、超长靶区（头脚方向长度超过40 cm）［20， 21］ 等，鲜有腹盆部的应用研究，此外，Onrad系统临床应用时间短，国内尚未见Onrad系统的相关研究报道，真实世界的使用数据为空白。本研究旨在分析宫颈癌（盆腔肿瘤）在Onrad系统的放疗数据，探究MVCT扫描时pitch选择对摆位误差的影响，总结经验，为Onrad系统的临床使用提供理论参考。

1" 资料与方法

1.1" 一般资料

选取2023年10月～2024年1月于我科治疗的宫颈癌放疗患者20例，剔除高龄患者（gt;80岁）2例及中断治疗患者2例，共入组患者16例；年龄33～72（56.3±7.8）岁；临床分期（FIGO2018）：Ⅰ期4例，Ⅱ期5例，Ⅲ期7例。本研究仅针对设备参数，患者疗程中无特别干预，不涉及患者隐私信息，故免除伦理学审批及患者知情同意。

纳入标准：患者病理证实为宫颈癌；分期明确，依据 FIGO2018病理分期为Ⅰ～Ⅲ期；患者为首次放疗；Karnofsky 功能评分gt;70 分，依从性良好。排除标准：存在远段转移；合并严重基础疾病；无法配合或放疗中断；严重驼背及脊柱侧弯患者。

pitch即螺距比，定义为MVCT扫描时机架旋转1圈时在等中心处的长度与治疗床前进距离的比值［22］ 。MVCT扫描pitch有3种模式，分别为 Fine、Normal 和 Coarse，对应的重建层厚分别为1或2 mm、2或4 mm、4或6 mm［23］ 。Fine模式多用于小靶区的精细扫描，宫颈癌MVCT扫描常用“Normal” 和 “Coarse”。本次研究最终入组宫颈癌患者16例，其中8例MVCT扫描使用pitch为Normal，定义为Normal组；临床分期：Ⅰ期2例，Ⅱ期3例，Ⅲ期3例；年龄42～72（55.6±9.2）岁，MVCT扫描参数：Acquisition pitch选择“Normal”，对应的Reconstruction Intervel为2.0 mm。8例患者MVCT扫描使用pitch为Coarse，定义为Coarse组；临床分期：Ⅰ期2例，Ⅱ期2例，Ⅲ期4例；年龄33～68（56.5±12.7）岁，MVCT扫描参数：Acquisition pitch选择“Coarse”，对应的Reconstruction Intervel为3.0 mm；两组患者年龄、临床分期等基本资料的差异均无统计学意义（Pgt;0.05）。

1.2" 设备及软件

西门子SOMATOM Definition AS 64 排大孔径螺旋 CT 定位机；断层径照放疗系统（Onrad Treatment System，accuray）；TOMO TPS（accuray）；ELEKTA MOSAIQ 系统。

1.3" 方法

1.3.1" 模拟定位" "患者体位固定方式采用俯卧体模板＋ 网状热塑膜，模拟定位CT扫描上界：第10胸椎下缘，下界：坐骨结节下缘，扫描层厚3 mm；将扫描获取的CT影像传输至计划系统，定位技师标注定位参数，并做好患者体表及热塑膜后中、两侧的“+”标线，用于治疗师后续摆位。

1.3.2" 勾画靶区与计划设计" "CT定位图像上传至放疗计划工作站，主管医生依据CT图像逐层勾画临床靶区CTV（包括髂总动脉、髂内外动脉、闭孔髂前淋巴结引流区及上1/3阴道与残端、宫旁组织）及危及器官，CTV在三维方向上外扩6 mm得到计划靶区PTV［27］ ，危及器官勾画参照RTOG勾画指南。物理师在TOMO TPS端完成计划设计，能量选用6MV-X线，9野调强。计划参数：射野宽度2.5 cm/Fixed、调制因子2.0、螺距0.251。处方剂量为 45～50 Gy/25～27 F，要求处方剂量包绕不低于95%的靶区体积，1次/d，5次/周，使用Onrad系统实施放疗。

1.3.3" 放疗实施与MVCT位置验证" "患者俯卧于俯卧体模板上，身心放松，治疗师依照患者体表及膜具的“+”标识行初步摆位，摆位完成后，点击位置控制面板（PCP）的“Ready”按钮使治疗床由虚拟中心移动至治疗中心，离开机房行MVCT扫描；于定位CT图像正中矢状面选择扫描范围，上界为第四腰椎（L4）下缘，下界为耻骨联合下缘。Normal组患者MVCT扫描条件：Acquisition pitch选择Normal，Reconstruction Intervel选择2.0 mm；Coarse组患者MVCT扫描条件：Acquisition pitch选择Coarse，Reconstruction Intervel选择3.0 mm。将扫描图像与定位CT图像配准，两组患者配准条件均为：“Bone and Tissue Technique”与“Translations+Roll”，配准获得X（Lateral）、Y（Long）、Z（Vert）三维平移误差与Roll滚动旋转（Ry）误差，并记录；两组患者各获取三维（XYZ）平移误差200组及旋转误差（Roll）200组。每例入组患者记录2次MVCT扫描时间，共获取MVCT扫描时间数据16组。当任一平移误差gt;5 mm或旋转误差 Rollgt;3°时，治疗师须重新摆位配准验证。

1.4" 统计学分析

采用SPSS19.0软件分析X、Y和Z方向摆位误差的差异，摆位误差取绝对值，计量资料用均数±标准差表示，不同pitch的MVCT摆位误差差异分析采用 t 检验；计数资料以n（%）表示，组间比较行卡方检验。以Plt;0.05为差异有统计学意义。

2" 结果

2.1" 扫描时间

Normal组的MVCT扫描时间为253.4±9.7 s，Coarse组的MVCT扫描时间为173.3±7.9 s，差异有统计学意义（t=15.7，Plt;0.001）。

2.2" 误差数据

2.2.1" 平移误差（XYZ）的散点图对比" "两组患者的平移误差散点图显示，平移误差相对集中，且X、Y、Z三方向误差均小于5 mm（图1）。

2.2.2" 平移/旋转误差的比较" "Normal组平移误差分别为X=1.80±1.28 mm、Y=2.22±1.43 mm、Z=1.78±1.30 mm，旋转误差Roll=0.32±0.41°；Coarse组平移误差分别为X=1.98±1.18 mm、Y=2.38±1.34 mm、Z=1.96±1.27 mm，旋转误差Roll=0.31±0.47°。在患者左右（X）、头脚（Y）、腹背（Z）方向两组患者误差的差异无统计学意义（Pgt;0.05），绕Y轴滚动误差Roll差异无统计学意义（Pgt;0.05，表1）。平移/旋转误差比较的箱式图（图2）。

3" 讨论

放疗实施位置准确性直接影响到实际剂量的分布，影响放疗的疗效；用于监测纠正摆位误差的手段有多种，目前使用最广泛的是图像引导。本研究基于断层径照放疗系统（OnradTM，accuray），该系统是较新的、独立的放疗系统，临床研究数据少，其与tomotherapy系统有一定的相似之处，位置监测装置均为MVCT，MVCT的应用是放疗研究热点，然而目前对MVCT的研究多集中在与锥形束CT的比较性研究，针对MVCT自身参数的研究较少，本次研究Onrad系统行MVCT扫描pitch的选择对位置误差的影响。Onrad系统pitch有3种选择Fine、Normal及Coarse，对应图像层厚分别 2、4、6 mm，对应的螺距为 1、1.6、2.4。不同的pitch将获得不同像素值的MVCT影像，其空间分辨率、低对比度分辨力、校位能力也有差异，pitch越小时间成本越大［22， 23］。摆位误差是精准放疗的重要因素，影响剂量分布及放疗疗效［25， 26］。实际操作中，我们希望实现精准放疗的前提下，尽可能提高工作效率。

本研究对比宫颈癌MVCT扫描pitch常用的Normal与Coarse模式，分析扫描效率、摆位误差。结果提示：执行MVCT扫描，pitch选择Normal较选择Coarse，扫描时间明显延长（253.4±9.7 s vs 173.3±7.9 s）；位置误差方面，pitch选择Normal与Coarse，平移误差XYZ三个方向差异均无统计学意义（P=0.15、0.23、0.17），滚动误差Roll的差异无统计学意义（0.32°±0.41° vs 0.31°±0.47°，P=0.71）。即Onrad系统宫颈癌放疗行MVCT扫描，pitch选择Normal或Coarse在位置校准方面的差异无统计学意义，都可以将临床靶区匹配到同等状态，实现精准治疗；扫描效率上，pitch选择Coarse较Normal更有时间优势，可以节省MVCT扫描时长。

有学者在tomotherapy系统MVCT头颈部肿瘤扫描策略的研究中提示：对于鼻咽癌、鼻窦癌等靶区较长的患者，MVCT扫描选择不同的层厚、pitch， 配准误差在Lat、Lng、Vrt和Roll的4个方向均无差异；选用较大的pitch可明显缩短扫描耗时，可提高患者依从性及效率；对垂体瘤等短靶区，不同的扫描层厚、pitch行MVCT，配准结果无差异［27］，这与本研究结果一致。有研究MVCT扫描受pitch、Field Witch影响的报道指出，扫描条件影响剂量，pitch的选择影响患者治疗时间，临床上应合理选择pitch等参数［28］。也有其他学者对MVCT扫描的研究得出相近结论［17， 29］。有学者应用水模体，探讨HT（螺旋断层调强放疗）系统MVCT扫描精度的选择对图像CT值及噪声的影响时显示，2、4、6 mm的扫描层厚对CT值及图像噪声无显著影响，都可实现校位［30］，这与本研究结果相近。综合既往研究与本研究结果可以发现，pitch的选择对位置校准没有影响。究其原因：放疗设备日新月异，图像引导系统的成像质量不断提高，足以满足放疗位置校准的需求；这可能与靶区位置均具有良好的天然对比度有关，良好的天然对比度是MVCT与定位CT配准的基础。也有学者在研究中得到不同结果，如有研究使用tomotherapy研究MVCT图像配准方法，通过对头颈仿真模体进行试验，发现pitch选择Normal与Coarse，在Y方向存在差异［28］。这可能与该研究使用的是静态仿真模体有关，真实世界的临床实践，人体是动态的、变化的，包括患者身心变化都可能对位置变化产生影响，临床实践数据更有参考价值。

综上，Onrad系统宫颈癌放疗时，MVCT图像引导可用于位置监测与纠正，扫描螺距pitch选择Normal或Coarse，在三维平移误差XYZ及滚动误差Roll方面的差异无统计学意义；pitch选择Coarse较Normal扫描效率更高；Onrad系统宫颈癌放疗时，pitch优先选择Coarse，结论可供临床参考。

参考文献：

［1］" Horinouch H. Precision radiotherapy for patients with locally advanced non-small cell lung cancer in the era of immunotherapy and precision medicine［J］. Transl Lung Cancer Res， 2018， 7（Suppl 2）： S146-S148.

［2］" " 胡" 静， 王" 旭， 龚筱钦， 等. 宫颈癌同步放化疗急性放射性肠炎的剂量学参数分析［J］. 实用医学杂志， 2024， 40（5）： 672-6.

［3］" " 李" 明， 蔡" 晶， 储开岳， 等. 宫颈癌放射治疗摆位误差的影响因素［J］. 山东医药， 2022， 62（16）： 54-7.

［4］" " 梁" 黎， 李" 勇. 体质量指数对锥形束CT引导的宫颈癌放疗分次间摆位误差的影响［J］. 中国医学物理学杂志， 2023， 40（2）： 144-8.

［5］" " 何丽琳， 宋" 锐. BMI对宫颈癌术后调强放疗患者CTV扩边宽度及CTV-ITV扩边界值的影响［J］. 癌症进展， 2019， 17（7）： 831-3.

［6］" " 雷金艳， 何" 阳， 罗焕丽， 等. 宫颈癌放疗中患者体型改变的特征量与摆位误差的关联［J］. 中国医学物理学杂志， 2019， 36（1）： 17-22.

［7］" " 庄雅靖， 王" 宁， 郭燕陶， 等. 腺癌根治术后VMAT大分割放疗的剂量学分析及疗效研究［J/OL］. 重庆医学： 1-11. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/50.1097.R.20240430.1105.008.html.

［8］" " 杜锋磊， 杨一威， 邵凯南. 基于体素的分析方法比较IMRT与VMAT技术在晚期鼻咽癌患者大脑中的剂量差异［J］. 中国医学物理学杂志， 2024， 41（2）： 139-44.

［9］" " 刘" 裕， 方坚强， 俞跃东， 等. 宫颈癌放疗中不同体位下的摆位误差、危及器官剂量及副反应分析［J］. 现代实用医学， 2022， 34（9）： 1180-3.

［10］" 许晨迪. 基于CT-Linac研究不同固定体位下宫颈癌术后放疗中膀胱体积对摆位误差和放疗剂量的影响［D］. 广州： 南方医科大学， 2023.

［11］" 林布雷， 张超强. 不同固定技术在头颈部肿瘤放疗中的摆位误差比较［J］. 中国现代药物应用， 2023， 17（24）： 39-43.

［12］" Murai T， Tamura T， Nakabayashi T， et al. Clinical evaluation of onrad， A new low‑cost version of TomoTherapy that uses only static beams［J］. Kurume Med J， 2020， 65（4）： 129-36.

［13］" Shah A， Aird E， Shekhdar J. Contribution to normal tissue dose from concomitant radiation for two common kV‑CBCT systems and one MVCT system used in radiotherapy［J］. Radiother Oncol， 2012， 105（1）： 139-44.

［14］" 杭霞瑜， 姜万荣， 李益坤， 等. 螺旋断层放射治疗计划系统中不同计算网格对肺癌立体定向放射治疗的剂量学影响［J］. 医疗卫生装备， 2024， 45（2）： 52-7.

［15］" 高" 毓， 陈" 敏， 向清明， 等. 螺旋断层放疗与调强放疗在宫颈癌中剂量学及安全性对比的Meta分析［J］. 武汉大学学报： 医学版， 2023， 44（7）： 833-40.

［16］" De Marco P， Abdi Osman I， Castellini F， et al. Image quality and dose evaluation of MVCT TomoTherapy acquisitions： a phantom study［J］. Phys Med， 2019， 57： 200-6.

［17］ Shah AP， Langen KM， Ruchala KJ， et al. Patient dose from megavoltage computed tomography imaging［J］. Int J Radiat Oncol Biol Phys， 2008， 70（5）： 1579-87.

［18］" 王海洋， 毛" 凯， 武建安， 等. Tomotherapy不同MVCT扫描模式的成像剂量及对儿童患者位置验证精度的影响［J］. 中国医学物理学杂志， 2020， 37（1）： 7-10.

［19］" 曹潘潘， 彭海燕， 蒙万里， 等. Tomotherapy MVCT不同配准方式对头颈部摆位的影响［J］. 中国医学物理学杂志， 2021， 38（7）： 798-803.

［20］" 祝" 敏， 魏" 乐， 蒋马伟. 基于螺旋断层放疗系统分析儿童髓母细胞瘤全颅全脊髓放疗的靶区外放边界［J］. 肿瘤学杂志， 2024， 30（3）： 220-4.

［21］" 王振立， 郑安平， 朱 健， 等. 螺旋断层治疗超长靶区18例分段获取影像引导摆位误差分析［J］. 中华肿瘤防治杂志， 2021， 28（5）： 344-9.

［22］" 戴相昆. 螺旋断层加速器MVCT影像质量分析及剂量重算的研究［D］. 北京： 清华大学， 2010.

［23］" 张皓昇， 李先明， 周亚燕， 等. 调强放疗与三维适型放疗同步化疗治疗宫颈癌的临床疗效比较［J］. 中国肿瘤临床与康复， 2020， 27（2）： 164-7.

［24］" 刘" 慧. 螺旋断层放射治疗中MVCT图像配准方法和摆位误差的研究［D］. 广州： 南方医科大学， 2021.

［25］" 陈" 新， 刘利彬. 应用电子射野影像系统测量宫颈癌放射治疗摆位误差（附36例报告）［J］. 福建医药杂志， 2012， 34（4）： 131-3.

［26］" 陈" 敏， 周" 航， 刘" 霄， 等. 宫颈癌图像引导放疗技术在不同图像配准方法的应用价值［J］. 医学影像学杂志， 2024， 34（1）： 150-2.

［27］" 管" 秋， 刘" 楠， 连" 欣， 等. 兆伏级扇形束CT在头颈部肿瘤放射治疗中的扫描策略研究［J］. 中国医学装备， 2018， 15（3）： 43-7.

［28］" Moldovan M， Fontenot JD， Gibbons JP， et al. Investigation of pitch and jaw width to decrease delivery time of helical tomotherapy treatments for head and neck cancer［J］. Med Dosim， 2011， 36（4）： 397-403.

［29］Vaandering A， Lee JA， Renard L， et al. Evaluation of MVCT protocols for brain and head and neck tumor patients treated with helical tomotherapy［J］. Radiother Oncol， 2009， 93（1）： 50-6.

［30］" 岳" 麒， 段继梅， 王志伟， 等. 对HT系统MVCT扫描图像CT值及噪声影响因素的研究［J］. 中华放射肿瘤学杂志， 2014， 23（6）： 527-9.

（编辑：郎" 朗）