锥形束CT图像引导系统在放射治疗中的应用

谭 飞 凌 莹 陈苏平*

锥形束CT图像引导系统在放射治疗中的应用

谭 飞①凌 莹①陈苏平①*

目的：研究锥形束CT(CBCT)图像引导系统在精确放射治疗中提高摆位的精度，减少摆位的不确定性的作用。方法：对头颈部肿瘤患者(30例)和胸部肿瘤患者(40例)用CBCT扫描，其中头颈部肿瘤患者扫描90次，胸部肿瘤患者扫描113次，统计患者前后、头脚及左右方向的摆位偏差。结果：对于头颈部肿瘤患者前后方向的最大偏差值为6 mm，3个方向中＞3 mm偏差的均在10%以下；对于胸部肿瘤患者的头脚方向摆位误差最大，＞5 mm的达21.51%。前后方向的误差≤5 mm，左右方向＞5 mm的为4.53%。结论：采用CBCT图像引导系统对患者体位实时修正，极大的提升了放射治疗的精度和疗效。相对于电子射野影像验证系统(EPID)，CBCT对患者的累积剂量的影响更小，图像分辨率更高，图像匹配更精确，但是和普通螺旋CT相比，其分辨率和扫描范围还需要更进一步的提高。

锥形束CT；放射治疗；摆位误差；电子射野影像验证系统

谭飞,男,(1981- ),本科学历，工程师。苏北人民医院肿瘤科，从事放射物理和加速器维修工作。

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

目前，放射治疗已走向精确时代，即精确定位、精确计划及精确放疗[1]。因此，放射治疗过程中的质量保证和质量控制极为重要[2]。因为肿瘤和周围正常组织的位移，摆位的误差都会影响放射治疗精度，从而影响最终的治疗效果。为解决这些问题，将放射治疗设备和影像成像设备结合在一起，在治疗时采集有关图像信息，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校正，被称为图像引导放射治疗[3-4]。本研究应用VARIAN IX直线加速器机载影像系统(on-board imager，OBI)在放射治疗时实行锥形束CT(cone beam CT，CBCT)扫描，对收治的头颈部肿瘤患者30例和胸部肿瘤患者40例用CBCT系统进行了共203次扫描，产生的容积图像与治疗计划的三维重建图像进行三维方向对比，得出摆位误差，为临床精确治疗提供依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2012年3月至2013年10月苏北人民医院收治的头颈部肿瘤患者30例和胸部肿瘤患者40例，采用CBCT图像引导系统共进行203次扫描，其中头颈部肿瘤患者扫描90次，胸部肿瘤患者扫描113次。

1.2 设备与图像引导方法

瓦里安CBCT图像引导系统是通过在加速器机架两侧加装千伏级锥形束CT、非晶硅数字化X射线探测板、PaxScan、计算机工作站及图像处理软件组成。瓦里安CBCT系统运行流程如下：①在治疗计划系统中调出患者的放射治疗计划，添加患者的摆位野；②计划确认，并在Arial工作站上添加此计划和摆位野，使得加速器能够从服务器上调出患者的计划和摆位野；③从4D intergated treatment console上调出此患者的计划和摆位野对患者进行摆位后可通过机载千伏级影像系统获取患者的实时断层图像和重建的三维图像；④扫描所得图像与治疗计划CT图像用软件自动匹配后由有经验的医师参照明显的骨性标志手动配准，直到在水平、冠状及矢状面上获得最佳重叠为止[5-6]；⑤配准得出前后、头脚和左右方向的位移数值，对头颈部肿瘤任意方向＞3 mm、胸部肿瘤任意方向＞5mm的患者进行移床操作，纠正摆位误差[7-10]。

1.3 统计学方法

采用SPSS 15.0统计分析软件对CBCT系统所采集到的数据进行分析，所有摆位位移误差平均值用∑表示，所有分次摆位误差的标准差用s表示。

2 结果

头颈部肿瘤患者前后方向摆位的最大偏差值为6 mm，3个方向＞3 mm偏差的均＜10%，前后方向为8.97%，头脚方向和左右方向分别为5.83%和7.96%。对于胸部肿瘤患者的头脚方向摆位误差最大，＞5 mm的达21.51%，前后方向的误差均≤5 mm，左右方向＞5 mm的为4.53%。头颈部肿瘤的前后、头脚、左右方向位移误差∑±s(mm)分别为(1.93±1.45)mm、(1.78±1.52)mm、(1.86±1.65) mm，胸部肿瘤的前后、头脚、左右方向位移误差∑±s(mm)分别为(1.82±1.36)mm、(3.87±2.46) mm、(1.57±1.81)mm，见表1。

表1 头颈部和胸部肿瘤CBCT误差分析

3 讨论

目前，精确放射治疗具有重要临床意义，随着放射治疗定位与放射治疗计划的精确度不断提高，放射治疗中的摆位误差会直接影响肿瘤靶区的剂量分布，甚至“脱靶”，对于靶区周围的正常组织器官产生不必要的照射，降低放射治疗中的增益比，也可能导致局部肿瘤控制失败。摆位误差包含系统误差和随机误差，系统误差为机器随着使用时间的增长导致的机械精度的下降；图像配比过程中计算机产生的系统误差。随机误差为机器设备的不稳定、患者进行放射治疗时摆位的体位重复性误差、技师摆位时产生的操作误差以及患者体型、体重的变化对治疗体位的影响等。CBCT图像引导系统的应用，极大的减小了摆位误差特别是随机误差对于精确放射治疗的影响，通过对患者体位在线实时位置修正，提升了治疗的精度，提高局部肿瘤控制率，提高了放射治疗的疗效[11]。

CBCT与电子射野影像验证系统(electronic portal imaging device，EPID)相比具有以下优点：①图像分辨率高，图像质量清晰；②图像采集方便，可以进行图像的三维重建，EPID只能对患者进行正、侧位的平片拍摄；③患者吸收剂量小，CBCT是千伏级的射线装置，而EPID是MV级的射线装置。有文献报道，一幅标准模式的CBCT影像采集所需要的剂量，头部为9 cGy，体部为3.8 cGy，如果采用低剂量模式，吸收剂量仅为标准模式的20%，因此每周1～2次CBCT位置验证所产生的辐射剂量的累积影响对于患者而言可以忽略不计[12]；④图像比对更精确，CBCT所采集的图像不仅可以通过骨性标志配准，还可以通过低密度的软组织器官影像进行图像配准，EPID只能进行正、侧位的骨性标志的比对，对比精度较差。

机载千伏级影像设备的弱点为CBCT的图像的分辨率与传统的螺旋CT相比差距较大，因此CBCT的图像不能直接用来进行剂量计算。由于机载设备的限制，CBCT的扫描范围较小，虽然大焦点的扫描范围已经有了很大的扩展，但是遇到体型相对较大的患者，依然不能将部位扫全。

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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苏北人民医院肿瘤科 江苏 扬州 225001

*通讯作者：csp0205@163.com