机载影像系统分析体部肿瘤放疗摆位误差的临床观察

梁永君，井小会，刘玉刚，郭运杰，杨丽丽，孔海燕

(平顶山市第一人民医院肿瘤科，河南平顶山467000)

机载影像系统分析体部肿瘤放疗摆位误差的临床观察

梁永君，井小会，刘玉刚，郭运杰，杨丽丽，孔海燕

(平顶山市第一人民医院肿瘤科，河南平顶山467000)

目的 通过直线加速器机载影像系统分析体部肿瘤放疗期间产生的摆位误差，测量临床靶体积(CTV)到计划靶体积(PTV)边界的大小。方法 应用直线加速器治疗55例体部肿瘤。放疗前获取锥形束CT(CBCT)图像，将该图像与计划CT图像相匹配，计算平移和旋转误差。结果 胸部肿瘤平移误差在左右(x)方向、头脚(y)方向、前后(z)方向分别为 ( －0．309 8 ±3．706 7)mm、(0．500 1 ±5．958 7)mm、(0．161 0±4．512 6)mm;腹部肿瘤分别为( －0．392 7 ±2．601 2)mm、(0．872 1 ±5．600 1)mm、(0．110 3 ±3．297 8)mm;旋转误差在胸部和腹部肿瘤分别为(0．218 3 ±1．502 8)°、( －0．198 9±1．596 6)°。结论 CTV 到 PTV胸部肿瘤外放边界值在x方向、y方向、z方向分别为7 mm、11 mm、8 mm为宜;腹部肿瘤分别为5 mm、10 mm、6 mm为宜，可以包括90%的摆位误差。

摆位误差;机载影像系统;锥形束CT

肿瘤放疗过程中一些不确定因素可影响其精确度，摆位误差是其中之一，其可影响肿瘤照射剂量的分布，造成肿瘤照射剂量不足，甚至脱靶，导致治疗后复发。图像引导放疗(image guided radiation therapy，IGRT)是一项新的放疗技术，该技术将机载影像系统和直线加速器相结合。旨在减少放疗时的摆位误差，校正治疗时肿瘤和正常组织运动产生的误差，改进靶区剂量分布。我们应用的机载影像系统是三维图像引导设备千伏级锥形束CT(CBCT)，用其获取55例体部肿瘤患者分次间摆位误差数据，为体部肿瘤的临床精确治疗提供依据。

1 材料与方法

1．1 材料 选择2009年12月至2011年6月在我科调强放疗体部肿瘤患者55例，所有病例均经细胞学或病理学确诊;年龄28～75岁，平均年龄61岁;其中男性31例，女性24例。胸部肿瘤43例:肺腺癌19例，肺鳞癌16例，肺腺鳞癌1例，肺转移癌7例;腹部肿瘤12例:宫颈癌7例，腹腔淋巴结转移癌5例。ECOG分级:1～3级。放疗前行血常规、肝肾功能、心电图等检查正常，无放疗禁忌。

1．2 方法

1．2．1 定位 CT模拟定位机定位，真空体模固定，根据患者头型、颈部长短等从A、B、C、D、E等5种型号的塑料头枕中选用合适的头枕，让患者仰卧于定位床上，使患者处于舒适自然的体位。每0．5 cm扫描1次，扫描范围包括靶区及靶区上下5 cm。

1．2．2 摆位误差检测 整个治疗过程中每周治疗前对患者的摆位进行检测，检测时激光线、源皮距与皮肤体模标记相符合。CBCT在不同机架角度扫描获取一系列图像，重建成三维容积图像，将CBCT图像与计划CT所生成的三维图像进行配准，利用获得的配准差值分析摆位误差的大小及其在不同周次间的差异。

1．2．3 摆位误差分析及调整 使用Varian公司的机载影像系统(on-board imager，OBI)图像配准软件。胸部肿瘤采用软组织自动匹配。腹部肿瘤采用骨性或软组织匹配。以照射野中心点为坐标原点，设水平侧野照射时患者左右方向为x轴，头脚方向为y轴，体部前后方向为 z轴，旋转位移为 r。每周治疗前获取的CBCT图像，与计划CT中相应的三维体积进行匹配，OBI系统图像分析软件自动显示误差结果。为了避免测量过程中不同观察者对测量所带来的差异，测量时由2人同时观察每一幅图像，确定其误差的大小。照射野与标准参考图位置一致为摆位正确(0移位)，移位≤5 mm为摆位偏差，可以执行放疗，摆位误差＞5 mm，需分析原因，以等中心点作为参考点移动治疗床纠正误差，再次验证合格后进行治疗。

1．2．4 统计学处理 采用SPSS 13．0软件进行统计分析。根据文献［1]推荐方法，用均值表示系统误差，标准差表示随机误差。

2 结果

2．1 全组摆位误差 全组患者在每周放疗前CBCT拍摄255次图像(胸部肿瘤196次，腹部肿瘤59次)，并将此图像与计划CT图像进行匹配，有152次在x、y、z轴方向上平移误差小于5 mm，其中胸部肿瘤115次，腹部肿瘤37次;有211次旋转误差小于2°，其中胸部肿瘤165次，腹部肿瘤45次。

2．2 胸部肿瘤摆位误差分布 43例患者共进行196次CBCT图像匹配，4个方向均值、中位数和众数差别很小，说明数据呈正态分布。见表1。

2．3 腹部肿瘤摆位误差分布 12例患者共进行59次匹配，4个方向均值、中位数和众数差别很小，说明数据呈正态分布。见表2。

3 讨论

适形调强放疗提高了放疗的定位精度、摆位精度和照射精度，使靶区的照射剂量最大、靶区外周围正常组织受照射剂量最小、靶区的剂量分布最均匀。其临床结果是:明显提高肿瘤的局控率，并减少放疗毒副反应。但放疗过程中的一些不确定因素影响肿瘤实际照射剂量的分布包括摆位误差，即使是固定较好的头颈部肿瘤也不能完全避免;肿瘤和周围正常组织的移位;有可能在影像诊断和计划阶段及实际治疗阶段出现错误资料传送，其中摆位误差是设定边界的最主要因素［2－3]。

表1 胸部肿瘤x、y、z方向平移摆位误差结果(mm)和旋转摆位误差结果(°)

表2 腹部肿瘤x、y、z平移摆位误差结果(mm)和旋转摆位误差结果(°)

通常将摆位误差分为系统误差Σ、随机误差σ。系统误差与设备有关，如不可靠的摆位设备、CT定位机、放疗机，以及不同材料造成缓冲能力的不一致等。该误差可以通过经常性地校准设备、降低CT扫描层厚、层距等来降低。随机误差与患者及摆位有关，主要包括:器官运动、变形，患者的运动、体形的变异，体表划痕的宽度和技术员的因素。IGRT是近年发展起来的用于进行射野定位验证以减少照射误差的新技术，使用IGRT进行验证并校正是减少摆位误差的最好办法。

OBI系统在每周治疗前通过对照射野影像与模拟定位片或治疗计划系统产生的数字重建影像进行比较，清楚显示照射区内肿瘤靶区、周围正常组织的三维结构图像，验证患者治疗时照射野位置的准确性，并能精确计算出每次等中心的三维方向上的实际误差值，对有效提高治疗精度有重要价值［4－6]。摆位误差不仅表现为三维方向的平移，还表现为靶区的旋转。

本研究结果显示，使用OBI测量体部肿瘤常规放疗的摆位误差具有较好的临床应用价值。胸部肿瘤患者每周治疗前测量的196组数据中，所有误差数据均呈正态分布，在 x、y、z、r方向的最大误差分别为 8．9 mm、14．8 mm、14．0 mm、3．8°，x、y、z方向 ＞5 mm 的误差所占百分比分别为 11．00%、34．77%和 20．01%。＞2°的旋转误差所占百分比为15．12%。腹部肿瘤患者测量共59组数据中，在x、y、z、r方向的最大误差分别为5．7 mm、14．9 mm、5．8 mm、3．9°，x、y、z方向 ＞5 mm的平移误差所占百分比分别为6．56%、24．84%和8．31%，＞2°的旋转误差所占百分比为23．63%。以上数据表明，在体部肿瘤放疗摆位时，每周治疗前CBCT对发现较大的摆位误差并及时纠正有重要的临床意义。我们对误差＞5 mm的患者在CBCT下进行了实时摆位误差纠正。使用机载影像系统，在治疗时采集有关的影像资料，确定治疗靶区和重要结构的位置、运动，并在必要时进行位置和剂量分布的校正，既能直接客观地反映整个放射治疗过程的摆位情况，指导正确摆位，又能及时纠正明显的摆位误差，方便准确，提高了摆位的精度。

实际工作中，体部肿瘤放疗时产生的摆位误差是不可避免的，我们认为可以通过以下几种方式减小摆位误差:1)采用呼吸限制的方法来减少呼吸运动的影响;2)加用呼吸压束带或腹部加压以减少膈肌运动;3)使用上肢固定装置，腹盆部肿瘤可使用腿部固定装置;4)治疗时，尽量使胃肠道、膀胱的充盈程度和定位时相似;5)患者每周称体质量，如有体质量下降或增加应重新CT定位，重新设计治疗计划;6)肥胖患者的摆位误差往往大于正常人，若条件允许，每天摆位时行CBCT并及时纠正。

［1]Gilhuijs KG，van de Ven PJ，van Herk M．Automatic three-dimensional inspection of patient setup in radiation therapy using portal images，simulator images，and computed tomography data［J]．Med Phys，1996，23(3):389 －399．

［2]Jin JY，Ajlouni M，Chen Q，et al．A technique of using gated-CT images to determine internal target volume(ITV)for fractionated stereotactic lung radiotherapy［J]．Radiother Oncol，2006，78(2):177－184．

［3]Yan D，Lockman D，Martinez A，et al．Computed tomography guided management of interfractional patient variation［J]．Semin Radiat Oncol，2005，15(3):168 －179．

［4]Mackie TR，Kapatoes J，Ruchala K，et al．Image guidance for precise conformal radiotherapy［J]．Int J Radiat Oncol Biol Phys，2003，56(1):89 －105．

［5]Brock KK，Dawson LA，Sharpe MB，et al．Feasibility of a novel deformable image registration technique to facilitate classification，targeting，and monitoring of tumor and normal tissue［J]．Int J Radiat Oncol Biol Phys，2006，64(4):1245 －1254．

［6]Létourneau D，Wong JW，Oldham M，et al．Cone-beam-CT guided radiation therapy:technical implementation［J]．Radiother Oncol，2005，75(3):279 －286．

Clinical Observation of the Setup Errors by on Board Imager in Body Tumors Treated with Radiotherapy

Liang Yongjun，Jing Xiaohui，Liu Yugang，Guo Yunjie，Yang Lili，Kong Haiyan
(Department of Oncology，the First People’s Hospital of Pingdingshan，Pingdingshan 467000，China)

Objective To analyze the setup errors by a linear accelerator on board imager in body tumors treated with radiotherapy，measuring the clinical target volume(CTV)to planning target volume(PTV)the size of the border．Methods The application of linear accelerators to treat 55 patients with body tumors．Radiotherapy for cone-beam CT(CBCT)images，the images and planning CT images to match，to calculate the translational and rotational errors．Results Chest tumor translation error on left-right(x)，head-feet(y)，before-after(z)direction were( －0．309 8 ±3．706 7)mm，(0．500 1 ±5．958 7)mm，(0．161 0 ±4．512 6)mm，respectively;abdominal tumors were( －0．392 7 ±2．601 2)mm，(0．872 1 ±5．600 1)mm，(0．110 3 ±3．297 8)mm，respectively．Rotation errors in the chest and abdominal tumors were(0．218 3 ±1．502 8)°，( －0．198 9 ±1．596 6)°，respectively．Conclusion For the chest tumor，the appropriate CTV to PTV putting boundary value in the x direction，y direction and z direction are 7 mm，11 mm，8 mm，respectively;abdominal tumors，5 mm，10 mm，6 mm，respectively;it can include the setup errors of 90%．

setup error;on board imager system;cone beam CT

R730．55

A

1673－5412(2012)04－0335－04

2012－02－11)

梁永君(1970－)，男，硕士，主治医师，主要从事肿瘤放化疗研究。E-mail:liangyj700608@163．com