錐形束CT圖像引導系統在放射治療中的應用

譚 飛 凌 瑩 陳蘇平*

錐形束CT圖像引導系統在放射治療中的應用

譚 飛①凌 瑩①陳蘇平①*

目的：研究錐形束CT(CBCT)圖像引導系統在精確放射治療中提高擺位的精度，減少擺位的不確定性的作用。方法：對頭頸部腫瘤患者(30例)和胸部腫瘤患者(40例)用CBCT掃描，其中頭頸部腫瘤患者掃描90次，胸部腫瘤患者掃描113次，統計患者前后、頭腳及左右方向的擺位偏差。結果：對于頭頸部腫瘤患者前后方向的最大偏差值為6 mm，3個方向中＞3 mm偏差的均在10%以下；對于胸部腫瘤患者的頭腳方向擺位誤差最大，＞5 mm的達21.51%。前后方向的誤差≤5 mm，左右方向＞5 mm的為4.53%。結論：采用CBCT圖像引導系統對患者體位實時修正，極大的提升了放射治療的精度和療效。相對于電子射野影像驗證系統(EPID)，CBCT對患者的累積劑量的影響更小，圖像分辨率更高，圖像匹配更精確，但是和普通螺旋CT相比，其分辨率和掃描范圍還需要更進一步的提高。

錐形束CT；放射治療；擺位誤差；電子射野影像驗證系統

譚飛,男,(1981- ),本科學歷，工程師。蘇北人民醫院腫瘤科，從事放射物理和加速器維修工作。

[First-author’s address]Department of Oncology, The People’s Hospital of Subei, Yangzhou 225001, China.

目前，放射治療已走向精確時代，即精確定位、精確計劃及精確放療[1]。因此，放射治療過程中的質量保證和質量控制極為重要[2]。因為腫瘤和周圍正常組織的位移，擺位的誤差都會影響放射治療精度，從而影響最終的治療效果。為解決這些問題，將放射治療設備和影像成像設備結合在一起，在治療時采集有關圖像信息，確定治療靶區和重要結構的位置、運動，并在必要時進行位置校正，被稱為圖像引導放射治療[3-4]。本研究應用VARIAN IX直線加速器機載影像系統(on-board imager，OBI)在放射治療時實行錐形束CT(cone beam CT，CBCT)掃描，對收治的頭頸部腫瘤患者30例和胸部腫瘤患者40例用CBCT系統進行了共203次掃描，產生的容積圖像與治療計劃的三維重建圖像進行三維方向對比，得出擺位誤差，為臨床精確治療提供依據。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2012年3月至2013年10月蘇北人民醫院收治的頭頸部腫瘤患者30例和胸部腫瘤患者40例，采用CBCT圖像引導系統共進行203次掃描，其中頭頸部腫瘤患者掃描90次，胸部腫瘤患者掃描113次。

1.2 設備與圖像引導方法

瓦里安CBCT圖像引導系統是通過在加速器機架兩側加裝千伏級錐形束CT、非晶硅數字化X射線探測板、PaxScan、計算機工作站及圖像處理軟件組成。瓦里安CBCT系統運行流程如下：①在治療計劃系統中調出患者的放射治療計劃，添加患者的擺位野；②計劃確認，并在Arial工作站上添加此計劃和擺位野，使得加速器能夠從服務器上調出患者的計劃和擺位野；③從4D intergated treatment console上調出此患者的計劃和擺位野對患者進行擺位后可通過機載千伏級影像系統獲取患者的實時斷層圖像和重建的三維圖像；④掃描所得圖像與治療計劃CT圖像用軟件自動匹配后由有經驗的醫師參照明顯的骨性標志手動配準，直到在水平、冠狀及矢狀面上獲得最佳重疊為止[5-6]；⑤配準得出前后、頭腳和左右方向的位移數值，對頭頸部腫瘤任意方向＞3 mm、胸部腫瘤任意方向＞5mm的患者進行移床操作，糾正擺位誤差[7-10]。

1.3 統計學方法

采用SPSS 15.0統計分析軟件對CBCT系統所采集到的數據進行分析，所有擺位位移誤差平均值用∑表示，所有分次擺位誤差的標準差用s表示。

2 結果

頭頸部腫瘤患者前后方向擺位的最大偏差值為6 mm，3個方向＞3 mm偏差的均＜10%，前后方向為8.97%，頭腳方向和左右方向分別為5.83%和7.96%。對于胸部腫瘤患者的頭腳方向擺位誤差最大，＞5 mm的達21.51%，前后方向的誤差均≤5 mm，左右方向＞5 mm的為4.53%。頭頸部腫瘤的前后、頭腳、左右方向位移誤差∑±s(mm)分別為(1.93±1.45)mm、(1.78±1.52)mm、(1.86±1.65) mm，胸部腫瘤的前后、頭腳、左右方向位移誤差∑±s(mm)分別為(1.82±1.36)mm、(3.87±2.46) mm、(1.57±1.81)mm，見表1。

表1 頭頸部和胸部腫瘤CBCT誤差分析

3 討論

目前，精確放射治療具有重要臨床意義，隨著放射治療定位與放射治療計劃的精確度不斷提高，放射治療中的擺位誤差會直接影響腫瘤靶區的劑量分布，甚至“脫靶”，對于靶區周圍的正常組織器官產生不必要的照射，降低放射治療中的增益比，也可能導致局部腫瘤控制失敗。擺位誤差包含系統誤差和隨機誤差，系統誤差為機器隨著使用時間的增長導致的機械精度的下降；圖像配比過程中計算機產生的系統誤差。隨機誤差為機器設備的不穩定、患者進行放射治療時擺位的體位重復性誤差、技師擺位時產生的操作誤差以及患者體型、體重的變化對治療體位的影響等。CBCT圖像引導系統的應用，極大的減小了擺位誤差特別是隨機誤差對于精確放射治療的影響，通過對患者體位在線實時位置修正，提升了治療的精度，提高局部腫瘤控制率，提高了放射治療的療效[11]。

CBCT與電子射野影像驗證系統(electronic portal imaging device，EPID)相比具有以下優點：①圖像分辨率高，圖像質量清晰；②圖像采集方便，可以進行圖像的三維重建，EPID只能對患者進行正、側位的平片拍攝；③患者吸收劑量小，CBCT是千伏級的射線裝置，而EPID是MV級的射線裝置。有文獻報道，一幅標準模式的CBCT影像采集所需要的劑量，頭部為9 cGy，體部為3.8 cGy，如果采用低劑量模式，吸收劑量僅為標準模式的20%，因此每周1～2次CBCT位置驗證所產生的輻射劑量的累積影響對于患者而言可以忽略不計[12]；④圖像比對更精確，CBCT所采集的圖像不僅可以通過骨性標志配準，還可以通過低密度的軟組織器官影像進行圖像配準，EPID只能進行正、側位的骨性標志的比對，對比精度較差。

機載千伏級影像設備的弱點為CBCT的圖像的分辨率與傳統的螺旋CT相比差距較大，因此CBCT的圖像不能直接用來進行劑量計算。由于機載設備的限制，CBCT的掃描范圍較小，雖然大焦點的掃描范圍已經有了很大的擴展，但是遇到體型相對較大的患者，依然不能將部位掃全。

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CBCT image guided radiation therapy clinical application/

TAN Fei, LING Ying, CHEN Su-ping// China Medical Equipment,2014,11(12):122-123.

Objective:Study the effect about cone beam CT(CBCT) image guidance sytem to improve the positioning accuracy and reducing the set-up uncertainty in precise radiotherapy.Methods:Use CBCT system to scan head and neck tumors patients (30 cases) and chest tumor patients (40 cases), including head and neck tumor patients were scaned 90 times, chest tumor patients were scaned 113 times. Setup deviation statistics about anterior and posterior, head and feet, left and right direction.Results:The patients with head and neck cancer, the maximum error of anterior-posterior is 6mm, Three directions errors which greater than 3mm all less than 10%. Patients with chest tumor position error are in the head and foot direction, greater than 5 mm up to 21.51%. Before and after the direction of the error did not exceed 5mm. The left and right direction greater than 5 mm up to 4.53%.Conclusion:It greatly enhances the precision of radiotherapy, improved the curative effect of radiotherapy by using CBCT online image guidance system for the patient position correction. Compared with EPID, patients scaned with CBCT absorb smaller cumulative dose, the image resolution is higher, image matching is more accurate. But compared with the ordinary helical CT,the resolution and scanning range also need to improve.

Cone-beam CT; Radiation therapy; Setup errors; Electronic portal imaging device

1672-8270(2014)12-0122-02

R816

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2014.12.046

2014-05-26

①蘇北人民醫院腫瘤科 江蘇 揚州 225001

*通訊作者：csp0205@163.com