应用CTVision图像引导分析胸部肿瘤在放疗中的摆位误差

甘晓根，徐子海，廖福锡

中国人民解放军第三0三医院放疗中心，广西 南宁 530021

应用CTVision图像引导分析胸部肿瘤在放疗中的摆位误差

甘晓根，徐子海，廖福锡

中国人民解放军第三0三医院放疗中心，广西 南宁 530021

目的应用西门子CTVision图像引导分析校正胸部肿瘤在放疗中的摆位误差，为制定胸部肿瘤放疗计划时从临床靶区（CTV）到计划靶区（PTV）的外扩边界提供参考。方法选取我科2011年1～9月应用西门子ONCOR直线加速器行根治性放疗的胸部恶性肿瘤患者20例，每周行CTVision图像引导放射治疗分析1次，对摆位误差超过3 mm的患者进行在线校正，分析患者校正前和校正后的摆位误差。结果20例患者共获得三维方向上校正前后的摆位误差数据194组。校正前患者在前后（Anterior Posterior，AP）、上下（Superior Inferior，SI）和左右（Left Right，LR）3个方向上的摆位误差分别是：（-0.57±1.28）mm、（-0.81±4.39）mm、（0.94±1.25）mm，校正后AP、SI、LR 3个方向的摆位误差值分别为：（-0.24±0.40）mm、（0.31±1.29）mm、（-0.02±0.41）mm，采用Van等人的摆位外扩边界（MPTV）推理公式MPTV=2.5∑＋0.7δ计算，校正前CTV到PTV需外扩MPTV值应为11 mm，校正后为3 mm。结论采用CTVision图像引导系统在线引导放疗技术，可以有效地减少患者在治疗实施过程的误差，提高治疗精度。

CT扫描仪；医用直线加速器；图像引导；胸部肿瘤；放射治疗；摆位误差

0 前言

西门子 CTVision 是目前国内首套集导轨式 CT 扫描仪和医用直线加速器在机房内实现图像引导（Image Guided Radiation Therapy，IGRT）的放射治疗系统。该系统创新地将治疗计划使用的快速、高对比度诊断CT成像标准引入治疗室，为临床提供清晰的CT图像，更有利于与来自一体化解决方案（Total Plant Solution，TPS）系统的 CT 定位进行比较，减少计算摆位误差。随着现代肿瘤放射治疗的不断进展，对确定肿瘤位置的精度要求越来越高，特别是调强放射治疗使用的急剧增加，更需要精确定位和摆位。了解摆位误差的大小和原因对减少摆位误差和确定照射合适的外放边界是非常有意义的。图像引导放射治疗系统就可以很好地解决这个问题，具体的实施方式有在线较位、自适应性放疗、四维放疗技术和实时跟踪技术等。临床应用最成熟的是在线较位技术，它是在每个分次治疗过程中，摆位后采用患者二维或三维图像，通过与参考图像（模拟定位图像或计划图像）比较，确定摆位误差和（或）射野位置误差，实时予以校正后才实施射线照射[1-3]。本文应用CTVision 图像引导对我科 20 例进行根治性放疗的胸部肿瘤患者治疗前的CT 图像与计划系统的 CT 定位图像进行在线校正后比较，对胸部肿瘤的摆位误差进行测量和分析，为我科计划设计时从临床靶区（CTV）到计划靶区（PTV）的外扩边界提供参考数据。现将结果报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取我科 2011 年 1～9 月应用西门子 ONCOR 直线加速器行根治性放疗的胸部恶性肿瘤患者20例，全程采用三维适形放疗或调强适形放疗，包括肺癌、食管癌患者，能维持治疗体位至少 15 min，卡氏评分≥ 70 分。其中，男 17 例，女 3 例，患者中位年龄 52 岁（37～68 岁）。肺癌 16 例，食管癌4例。

1.2 仪器设备

西门子 CTVision 图像引导系统，西门子 ONCOR 直线加速器，Oncentra MasterPlan 3.0 计划系统，科莱瑞迪公司生产的热塑体膜及其配套体架，LAP激光灯。

1.3 摆位固定

患者仰卧位，双手上举交叉置于前额，使用体部固定架，热朔网膜固定，由2名技师应用激光灯严格按胸腹部等中心摆位规范摆位，胸部标记“┼”字线与激光灯“┼”字重合，作为标记点建立参考系。

1.4 计划设计CT图像的获取

计划设计 CT 扫描采用 82 cm 大孔径 SOMATOM OPEN CT扫描机，患者严格按制作体膜时固定体位的要求仰卧于CT 床上，行 CT 扫描。扫描范围：上起声门下，下至上腹部，包括整个胸部。扫描参数 ：130 kV，200 mmA，扫描层厚为 3 mm。

1.5 摆位误差值的获取和在线校正

物理师将放疗计划设计好后通过网络传到技师工作站，技师仍严格按制作体膜时的定摆位方法给患者摆位，行放射治疗前利用 CTVision 图像引导系统为患者采集放疗前图像，扫描条件和扫描范围与计划设计时相同。利用 Adaptive Targeting 软件将放疗前的 CT 图像和计划设计的CT图像自动融合，配准的方法包括：最大共有信息自动配准法和人工图像配准法。通过由1名物理师和1名主治以上的医师共同完成配准，得出患者在前后（Anterior Posterior，AP）、上下（Superior Inferior，SI） 和 左右（Left Right，LR）3 个方向上的摆位误差，对任一方向上摆位误差＞ 3 mm 者，借助图像引导系统提供的摆位误差校正对话框，通过移动治疗床纠正患者摆位误差，给患者行放射治疗，治疗完成后，患者保持治疗体位不变，再次以相同的条件给患者行摆位误差校正后的CT扫描，由同一物理师和医师重新配准。

1.6 统计学方法

利用 SPSS17.0 进行数据统计分析。

2 结果

20 例患者治疗期间，每周行 CTVision 图像引导放射治疗分析 1次，共分析 6次。对任一方向上摆位误差＞ 3 mm 者，通过移动治疗床纠正患者摆位误差，共有46次分析未进行在线校正摆位误差，这 46 次分析中患者在 LR、SI和 AP方向上的误差均＜ 3mm。20 例患者共行 194 次 CTVision 图像引导分析，获得三维方向上在校正前后的摆位误差数据194 组，其中 120 组为校正前的摆位误差数据，74 组为校正后的摆位误差数据。根据 Stroom 等人[3]的定义（个体系统误差以该患者每次摆位误差的平均值表示；个体随机误差以该患者每次摆位误差标准差表示；个体系统误差和随机误差均数分别表示群体系统误差和随机误差）及 Van 等人[5]的摆位外扩边界（MPTV）推理公式 MPTV=2.5 ∑＋ 0.7δ(使99% 临床靶区至少达到 95% 的处方剂量，∑为系统误差的标准差，δ为随机误差的标准差)计算，摆位校正前后患者在 LR、SI和 AP 方向的摆位误差，见表 1。经计算得出个方向的 MPTV值。可见校正前 CTV 到 PTV 需外扩 MPTV值应为 11 mm，校正后比较正前 LR、SI和 AP 方向分别减少 2.81、7.83、4.78 mm，所需外扩的边界值参考值设为 3 mm，见表 2。

表1 校正前后摆位误差比较（mm）

表2 患者在不同方向上外扩边界值（mm）

3 讨论

众所周知，与头颈部肿瘤相比，胸部肿瘤在放射治疗中的摆位误差值较大，原因是除了系统误差外，胸部肿瘤在放疗中靶区的位置会随着呼吸、心跳等产生运动，增加了放疗的不确定性。目前的三维图像引导在线校正，主要是利用直线加速器配套三维成像设备在线获取靶区及其周围结构的容积图像，并与计划 CT 图像进行 3D-3D 刚性配准，通过调整治疗床的位置，验证并校正摆位等引入的误差[5]。 目 前 较多的 文 献 报 道了千 伏 锥 形 束 CT（kilovoltage cone-beam CT，KVCBCT）在线引导放疗技术。我科室在2010 年 5 月引进国内首台集导轨式 CT 扫描仪和直线加速器在机房内实现图像引导放射治疗系统—西门子 CTVision图像引导放射治疗系统。该系统最大的特点是将治疗计划使用的快速、高对比度诊断CT成像标准引入治疗室，为临床治疗提供清晰的 CT 图像，更有利于与来自 CT 定位片进行在线匹配，减少计算摆位误差。在线引导放疗技术的关键技术环节即为配准患者的治疗前CT图像和计划CT图像，西门子 CTVision 图像引导系统提供了 2 种配准方式 ：最大共有信息自动配准和人工手动配准。在实际应用中，自动配准在一些病例中会出现配准后靶区仍未完全包括肿瘤的情况，有必要在系统得出数据结果后进一步做人工手动配准，确认靶区覆盖肿瘤的程度，实现精确放疗。本次研究由1名物理师和1名主治以上的医师共同完成配准，手动配准时参考了相关文献报道[7-9]的研究结果（由于椎体和肺尖受呼吸运动影响较小，进行胸部肿瘤的图像配准时可有较好的重复性），在配准时选择 2个解剖结构作为参考标记对进行手动配准。

经过配准治疗前得 CT 图像和计划设计 CT 图像得出患者在 LR、SI和 AP 方向上的摆位误差，结果显示校正后比较正前分别减少 2.81、7.83、4.78 mm，设计计划时提供了外扩参考值 MPTV，校正前 CTV 到 PTV 的外扩值应设定为 11 mm，而采用了 CTVision 图像引导放疗技术后，CTV 到 PTV 的外扩值应该为 3 mm，大大的减少了射野的外扩范围，对保护正常组织实现精确有重要意义。美国MD Anderson 肿 瘤中 心 Shiu 等 人[10]报 道 应 用 这 一 技术，对3例椎旁的转移性肿瘤进行立体定向放射外科治疗的结果，显示等中心的位置变化 ：LR 方向为（0.59±2.21）mm、SI方向为（-2.06±1.74）mm、AP 方向为（-0.26±1.2）mm。经校正后，等中心在前后和左右方向上的位置改变均控制在 1 mm 以内。其结果好于本研究，原因可能与椎旁肿瘤的位置相对固定和立体定向放射外科的摆位精度要求较高有关。本研究中，对病变的部位划分不够细致，（如食管癌较靠近椎体，位置相对固定，而位于肺尖、心脏附近的肿瘤运动幅度较小，位于横隔区域的运动幅度大）得出的3个方向上的摆位误差较为笼统，后续将会做进一步的研究。另外，放疗过程中肿瘤的扭曲变形，机械精度等均可能导致一部分误差，CTV 的外扩计算时并没有将上述误差考虑在内，在实际应用时应结合个体化因素，适当增大 CTV 的外扩。

总之，采用 CTVision 图像引导系统在线引导放疗技术，可以有效地减少患者在治疗实施过程的误差，为科室在制定放疗计划时 CTV 到 PTV 的外扩值提供参考依据，较大程度地减少了正常组织的误照射，提高了放疗的精确性、保证治疗的质量。

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Analysis of Set-up Errors with Use of CTVision Imaging Guided Thoracic Tumor Radiation

GAN Xiao-gen, XU Zi-hai, LIAO Fu-xi
Radiotherapy Center, PLA 303 Hospital, Nanning Guangxi 530021, China

ObjectiveTo analyze the change of set-up errors with the use of CTVision guided radiotherapy for thoracic patients. The results can be used to determine the margin from clinical target volume (CTV) to planning target volume (PTV) in treatment planning.MethodsFrom January 2011 to September 2011, 20 patients with thoracic tumor were included in this study. Online imaging guided set-up error correction was performed weekly for each patient, set-up error, before and after correction, was analyzed.ResultsA total of 194-group data was acquired before and after correction during 6 weeks. Before correction, the set-up errors in anterior posterior, superior inferior, left right were(-0.57±1.28) mm, (-0.81±4.39) mm, (0.94±1.25) mm, separately, and the set-up errors, after correction were (-0.24±0.40) mm, (0.31±1.29) mm, (-0.02±0.41) mm, separately. According to the van Herk formula MPTV=2.5∑+0.7δ, the MPTV should be 11mm before correction, and 3mm after correction.ConclusionCTVision guidance can improve the set-up accuracy of thoracic tumor patient’s radiation.

CT; medical linear accelerator; image-guided; thoracic tumors; radiotherapy; set-up errors

TL53；R734

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.07.058

1674-1633(2012)07-0157-03

2012-01-18

2012-05-18

作者邮箱：42567874@qq.com