单次曝光技术在放疗全程位置验证中的应用

胡艳微，谷晓华，杨留勤

新乡市中心医院 放疗科，河南 新乡 453000

引言

肿瘤放射治疗中位置验证是质量保证的重要环节和措施，一般采用双曝光成像技术拍摄放射治疗射野位置验证片，大多选择整个疗程的首次、治疗中、末次治疗或对第一周的五次治疗连续拍摄治疗位置验证片与治疗计划的数字重建图像（Digitally Reconstructed Radiograph，DRR）比对，确定治疗位置的误差来诠释整个疗程治疗位置的重复性和准确性[1]。本文采用单次曝光成像技术进行放射治疗全程位置验证，了解整个疗程患者治疗位置准确性和重复性的真实状况，探讨单次曝光成像技术在全程位置验证的临床价值。

1 材料与方法

1.1 设备材料

西门子Primus plus(K)加速器，放射治疗图像引导系统（TiGRT IVS 平板探测器成像区域为410 mm×410 mm、分辨率为 2688×2688、像素大小为 154 μm），Las Vegas Phantom模体，CT电子密度模体，雷泰集成质控模体（TiGRT IQC）PTWUNIDOS E剂量仪、0.6指型电离室。XIO，TiGRT放射治疗治疗计划系统。

1.2 方法

1.2.1 验证模体影像，制定治疗计划

分别用0.6 MU 和1 MU拍摄的位置验证片及CT电子密度模体影像，测量不同密度物质的灰度值，使用Las Vegas Phantom模体及雷泰集成质控模体检测对比度分辨率及空间分辨率，评价对临床应用的影响：选取经主管医师、物理师确认的头部、胸部、腹部调强治疗计划各一例，在原治疗计划上增加0、90°或270°机架角度，射野25 cm×25 cm，治疗次数与治疗处方一致，跳数为1 MU，重新计算该治疗计划，对比两个计划靶区及危及器官的最大、最小、平均剂量的变化。

1.2.2 不同跳数真实吸收剂量的测量

使用PTWUNIDOS E剂量仪、0.6指型电离室，在探测模体上加5 cm固体水、25 cm×25 cm射野、剂量率为300 MU/min，源到探测器的距离 100 cm，对100、60、10、6、1、0.6 MU吸收剂量测量10次，取平均值比较。

1.2.3 拍摄正侧位位置验证片

病人体位固定方式：头颈部采用U形或头颈肩板加热塑膜固定，胸腹部使用真空垫固定。首次摆位时，以皮肤表面标记点为参考，按照计划系统给出的三维坐标值，依据激光线指示移动治疗床将靶区中心送至等中心位置。打开图像引导系统的图像采集板，机架分别位于0和90°（270°），射野为25 cm×25 cm，跳数为0.6 MU，剂量率为50 MU/min，源到影像采集板面的距离为156 cm，以单幅图像采集模式拍摄正侧位位置验证片。

1.2.4 首次位置误差纠正过程

采用单次曝光成像技术拍摄病人正、侧位的治疗位置验证片，经医师、物理师、技师三者共同与计划DRR片对比，使用IVS软件选择明显骨性标识为配准点，采取手动+自动配准方法确定治疗位置误差范围是否符合要求。误差限值的设定：头部患者的左右方向2 mm、腹背方向2 mm、头脚方向3 mm；胸腹部患者的左右方向2 mm、腹背方向2 mm、头脚方向5 mm。

1.2.5 首次摆位图像的用途

首次位置验证片与DRR片比对经医师、物理师、技师确认后添加到该病人基准图像库备用，之后每次治疗前拍摄的位置验证片与首次位置验证片采取自动+手动配准方法比对，误差超出限值则纠正后经再次拍片确认位置误差在限值内再进行治疗。

1.2.6 全程位置验证数据获取

每次治疗摆位：病人左右和头脚方向依据激光线指示按体表标记摆位、腹背方向按首次摆位验证后记录的治疗床升床数值为准；将病人治疗体位摆好后，采用单次曝光成像方法拍摄正、侧位位置验证片；随机对33例患者（头颈部8例、胸部16例、腹部9例）全程放疗拍摄位置验证片。

2 结果

使用IVS软件测量6 MV-X射线1 MU和0.6 MU拍摄验证片图像的同一坐标点的灰度值，以及CT电子密度模体中不同密度物质的灰度值：1 MU条件高密度材料为30～40左右、水为44左右、空气为70～80左右，0.6 MU条件高密度材料为12～15左右、水为19左右、空气为20～35左右；而位置验证片图像同一坐标点的灰度值：1 MU条件为20000左右、0.6 MU条件为10000左右、数值与辐照组织厚度及图像显示模式有密切关系，而治疗计划的DRR片为100左右、与CT定位扫描成像条件有关。二者同一坐标点的灰度值1 MU远高于0.6 MU，对比度分辨率二者均可以观察到7 mm的E（19洞），空间分辨率为0.67 lp/mm，通过调节窗宽、窗位二者图像清晰程度经3位医师盲评无明显区别，不影响临床图像对比（图1）。

图1 位置验证片

使用PTWUNIDOS E剂量仪、0.6指型电离室，实际测量100、60、10、6、1、0.6 MU吸收剂量平均值是103、61.8、10.3、6.1、0.8、0.3 cGy，0.6 MU的平均吸收剂量比1 MU少39.8%。当使用1 MU曝光剂量获取正、侧位位置验证片时，吸收剂量经XIO治疗计划计算两个计划靶区及危及器官的最小、最大及平均剂量差值分别为1、2和2 cGy，目前治疗计划系统最小计算单位为1 MU。因此，0.6 MU拍摄一组验证片病人吸收剂量应小于2 cGy，利用0.6 MU拍摄全程位置验证片对治疗计划剂量分布的影响较小；通过LQ公式计算生物效应剂量，治疗计划按30次，单次剂量为2 Gy，生物剂量分别是72、72.5、72.84 Gy（图2）。

图2 全程拍摄位置验证片对治疗计划剂量分布影响的DVH图

据统计采用次曝光成像技术拍摄正交放疗位置验证影像，并使用图像引导系统纠正一次误差的平均时间约为90 s，图像比对与熟练程度及比对方法有关（图3），相对延长病人在治疗室的滞留时间。

图3 纠正位置前后的验证片示例

使用SPSS软件对33例患者首次摆位准确性情况分析，头颈部8例病人中2例需要位置纠正；胸部16例病人中6例需要位置纠正；腹部9例病人中7例需要位置纠正（表1）。

表1 33例病人首次摆位精度分析（mm）

随机对33例（头颈部8例、胸部16例、腹部9例）患者全程治疗位置误差分析结果如表2所示。

表2 33例病人在整个放疗过程中的误差

33例（头颈部8例、胸部16例、腹部9例）患者全程治疗位置误差具体分析结果如表3所示。

表3 33例病人在整个放疗过程中的摆位误差详细分析（%）

通过对33例患者放疗全程治疗位置的验证发现，头颈部8例病人中最少治疗25次最多治疗32次，其中2例病人全程没有进行位置纠正、最多的一个病人需要纠正11次；25例胸腹部病人中最少需要纠正5次、最多的需要纠正24次，有13例需要纠正超过10次以上，且误差多出现在病人的左右方向和头脚方向，与体位固定方式和手上举抱头方法有密切关系；病人前后方向的误差60次中有2位病人占了31次，原因是按距离灯指示升床，通过平面反应某一深度的方法受呼吸、器官蠕动等因素影响较大。

3 讨论

目前治疗计划系统计算剂量分布时最小单位是1 MU，西门子Primus plus(K)加速器在拍摄位置验证片时可以给出的最小跳数是0.6 MU。通过对比6 MV-X射线0.6 MU和1 MU拍摄条件拍摄的治疗位置验证片图像清晰程度方面二者无明显区别；同一点的灰度值大说明成像板受到辐照的剂量高、能量沉积的多，灰度值小则反之[2]；加速器运行状态、性能稳定情况影响会影响实际输出剂量，根据《医用电子加速器辐射源》计量检定规程：吸收剂量的检定结果与实际使用的数值的偏差不应超过±3%，辐射野的平坦度和对称性的变化不应超过±3%；再者治疗计划的设计要求靶区剂量的总不确定度不超过±5%。受电离室的工作特性的影响，故以100、60、10、6 MU的测量结果来诠释1 MU和0.6 MU吸收剂量的差别，结果显示0.6 MU的吸收剂量比1 MU少39.8%，也就是说使用0.6 MU拍摄验证片对靶区及危及器官剂量的影响增加1.2 cGy；治疗计划按30次，单次剂量为2 Gy，通过LQ公式计算生物剂量是72.5 Gy，对于恶性肿瘤的致死剂量而言微乎其微，而靶区和危及器官的受照体积无变化，对治疗计划影响小[3]。

为方便肿瘤患者在接受放射治疗时，进行放疗全程位置验证，保证每次治疗位置的准确度，使治疗摆位误差控制在规定的误差阈值范围内，保证放射治疗计划准确的执行，提高放疗效果。主要是利用放射治疗机机载影像验证装置，使用拍片功能，采用单次曝光成像技术，拍摄肿瘤患者的冠状面和矢状面影像，与治疗计划的DRR片或首次治疗位置验证片比对；辐射野大小一般在25 cm×25 cm左右，拍摄条件：最低档MV级X线，0.6 MU/次，剂量率50 MU/min；KV级X线根据拍摄部位及患者体厚决定所需电压、电流及曝光时间[4-6]。所采集的位置验证片为不同呼吸时段影像，误差限值应为一定范围，CT定位时病人应保持自由呼吸状态，治疗摆位时应与定位时一致，将体位固定器具通过适配器与治疗床结合成一体，按照治疗床的x、y、z坐标进行摆位，激光线指示与体表标记的重合度为摆位参考，摆位时注意病人体表标识与体位固定器具的标识应完全符合一致[7-8]。

单次曝光成像技术用于拍摄放疗位置验证片，操作简单，尽可能减少位置验证给患者带来不必要的辐照剂量。使用体位固定器具加热塑膜方式固定的病人每次的治疗位置误差值均在误差允许范围内，重复性非常好，可以选择只在整个疗程的首次、治疗中、治疗末进行位置验证[9]；使用真空垫固定的病人每次的治疗位置误差值超出允许范围的几率达到全部治疗次数的50%以上，原因是当以体表标记为参考，按激光灯指示移动治疗床时，体表标记除受呼吸、器官运动等客观因素影响外，左右和头脚方向误差的因素与患者体位固定方式有关。病人双手上举抱头的位置与方式以及体位固定器具选择是否合理均会对体表标记位置有较大影响[10-11]。建议改进真空垫固定方式，与胸腹部的固定器具和胸腹热塑膜配合使用，规范病人定位和摆位时双手的放置位置与方式，注意膀胱充盈程度及肠内容物多少，减少引起摆位误差的因素，提高放疗全程治疗位置精确性及重复性[12-13]，治疗摆位时应当调整患者体位，在腹背方向应以治疗床面到治疗中心层面的距离为参考，从而缩小腹背方向的误差。特殊体型或体位固定方式，应合理选择位置验证方法，必要时进行治疗全程位置验证[14]，真实的反映了患者每次治疗的精确程度，指导本单位计划靶区外放范围。国家癌症中心和国家肿瘤诊疗质控中心于2017年11月11日发布的《放射治疗质量控制基本指南》[15]规定首次治疗必须进行位置验证，每周至少一次位置验证以确保治疗精确性，特殊技术如SBRT需要每次验证。虽然会延长病人在治疗室的滞留时间，可保证医疗质量[16]。误差限值的设定可根据本单位实际情况合理设定，可参考《肿瘤放射治疗学》[17]放射物理学基础，第三节放射治疗过程及其对剂量准确性的影响，给出的综合摆位误差值<10 mm。不同误差限值的全程位置验证纠正次数占验证次数的比例情况有待进一步研究。