IGPS-O图像联合CT重建图像在头颈部肿瘤患者放疗中的应用研究

梁广立，崔永刚，杜 武

(天津医科大学肿瘤医院放射治疗科/国家肿瘤临床医学研究中心/天津市肿瘤防治重点实验室/天津市恶性肿瘤临床医学研究中心 300060)

在头颈部恶性肿瘤的治疗中有80.0%的患者会接受放疗。鼻咽癌等头颈部恶性肿瘤治疗方法上首选放疗[1]。头颈部肿瘤患者在放疗期间虽采用个体化头枕、热塑性面罩等多种体位固定装置进行体位固定，但在分次放疗过程中容易存在体位摆位误差等问题[2]。当前普遍采用的图像引导下的放疗技术可纠正患者体位误差[3]。头颈部恶性肿瘤中鼻咽癌利用图像引导下调强放疗有效提高了局部控制率[4]。目前，国内各放疗中心常用锥形束CT图像引导放疗技术[5]。该技术方法是加速器大机架从22°连续旋转至178°，kv-X线球管每间隔4°～6°曝光1次，至 200°弧形曝光停止。鼻咽癌疗程一般为33次。在每天的锥形束CT位置验证过程中，患者受到额外的辐照剂量需要慎重考虑[6]。2018年本院放射治疗科安装使用了江苏瑞尔公司生产的IGPS-O图像引导放疗定位系统,该系统2个球管1次曝光即可获得配准影像。患者额外辐照仅为锥形束CT的1/10。本研究选取在本院接受调强放疗的头颈部恶性肿瘤患者50例，每天利用IGPS-O图像采集实时图像联合CT定位重建图像评估患者在分次间和分次内的误差，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2018年8-12月本院放疗科收治的头颈部恶性肿瘤患者50例，其中男35例，女15例；鼻咽癌38例，喉癌7例，口腔癌3例，甲状腺癌2例。50例患者均经病理检查确诊，治疗前Karnofsky功能状态评分(KPS评分)大于或等于80 分。患者具有良好的自控能力，无其他高危基础疾病或第二原发肿瘤。所有患者均采用调强放疗。

1.2 仪器设备及材料

选用飞利浦大孔径CT、瓦里安(Varian)Ⅸ医用电子直线加速器、IGPS-O图像引导放疗定位系统、Medtec 全碳素纤维头颈肩固定板、热塑体模等。

1.3 IGPS-O图像引导放疗定位系统工作原理

该系统采用交角立体平面成像技术，通过计算机控制两组由kV级(诊断级)X射线管组件、高压发生器、平板探测器、曝光控制器组成的成像硬件系统，对患者的解剖结构或外部植入标记进行2个方向的透视投影，取得一对交角X射线投影图像。对获得的二维X射线投影图像和用于放疗计划的三维CT图像进行2D-3D图像配准和2D-3D几何转换，精确探测患者(病灶)在放疗设备上的摆位误差，据此引导放疗设备移动治疗床，校正患者位置，实现对患者在治疗前的精确定位(图1)。

左侧竖向排列为CT的三幅图像，中间竖向排列的2幅为CT重建的DRR图像，最右侧竖向排列2幅为IGPS-O系统实际扫描采集的Xray图像。图1 IGPS-O图像系统扫描的工作界面

1.4 IGPS-O图像引导放疗定位系统特点

该系统采用kV级X射线成像技术，应用先进的图像处理方法，直观和准确地探测患者体位误差，具有定位精度高、定位时间短、成像剂量低、图像质量高、操作简便等特点。

1.5 检查方法

1.5.1大孔径CT模拟定位及体位固定

患者取仰卧位，选择合适的头枕，头部后仰，保持两外耳孔连线平行于床面，双手掌心贴于体侧。采用头颈肩热塑面罩和全碳素纤维头颈肩固定板进行体位固定。固定过程中面罩与面部的贴合紧密，患者呼吸通畅。扫描层厚2 mm;扫描后患者CT图像传至pinnacle计划系统，进行靶区与重要危及器官的定义、勾画和计划设计。

1.5.2IGPS-O图像获取与CT重建图像配准

IGPS-O图像引导放疗定位系统曝光时2个球管同时工作，且无须转动球管，一次曝光即可获得正交位置的2幅影像，系统自动选取靶区周围明显的骨性标志为配准的感兴趣区，联合CT重建图像与IGPS-O图像实时采集kV级X线影像，电脑可自动计算出摆位误差。在此基础上技师、医师核对配准图像的准确性，手动微调直至完全配比成功最终确定配准结果。得出患者位置误差RL(左右方向)、SI(头脚方向)、AP(腹背方向)3个方向的分次间误差值。当3个方向任一误差大于3 mm时进行在线移床位置校正。校正后再次进行IGPS-O图像扫描，并重新与定位CT重建影像进行匹配，得到校正后的误差即为分次内误差。若治疗前体位旋转误差 大于3°需治疗技师为患者重新摆位[7]。然后再次进行IGPS-O图像扫描采集。由于瓦里安 (Varian)Ⅸ直线加速器治疗床不能修正旋转误差，故本研究仅分析RL、SI、AP 3个方向的平移误差。

2 结 果

共采集摆位、校位移床后IGPS-O图像400幅，RL、SI、AP分次间误差小于2 mm分别为48.2%、33.6%、56.3%，移床校位后RL、SI、AP分次内误差小于2 mm分别降至14.7%、17.3%、23.6%。RL、SI、AP分次间误差2～3 mm分别为38.5%、42.2%、21.6%，移床校位后RL、SI、AP分次内误差2～3 mm分别降至0、0、3.5%。RL、SI、AP分次间误差大于3 mm分别为13.3%、24.2%、22.1%，移床校位后RL、SI、AP分次内误差均没有大于3 mm的情况。IGPS-O图像3个方向平移误差统计见表1。

表1 IGPS-O图像3个方向平移误差统计(mm，n=400)

3 讨 论

图像引导热塑膜面罩定位系统可较好地修正摆位误差，但仍有残差[8]。图像引导定位系统用于检测肿瘤患者位置验证时分次间误差为调强放疗的不确定性主因[9]。本研究应用IGPS-O图像引导放疗定位系统联合CT重建图像进行头颈部肿瘤患者精准放疗的结果显示，RL、SI、AP分次间误差小于2 mm分别为48.2%、33.6%、56.3%，2～3 mm分别为38.5%、42.2%、21.6%，>3 mm分别为13.3%、24.2%、22.1%。移床校位后RL、SI、AP分次内误差均没有大于3 mm的情况。有研究对28例头颈部肿瘤患者进行了类似研究发现，在左右、上下和前后方向上治疗前摆位误差大于3 mm分别占11.0%、14.0%、17.0%。通过应用IGPS-O图像引导放疗定位系统联合CT重建图像进行立体图像引导定位，在线校位可降低平移误差，平移误差大于2 mm降低误差效果明显。但研究中也发现，平移误差在1 mm时降低误差效果不明显。所以,使用IGPS-O图像引导放疗定位系统联合CT重建图像校正位置时平移误差大于2 mm建议使用在线校正误差；当误差在1 mm时不建议进行在线位置校正。

放疗过程中仅对平移误差进行修正并不足够，患者旋转误差也应考虑[10-11]。在头颈部肿瘤中即使小的旋转误差，也可能导致靶区边缘出现大的位移[12]。这种大的位移，最终可能会导致靶区照射剂量不足而正常器官照射剂量过高[13]。本研究中瓦里安Ⅸ加速器治疗床仅能在三维水平方向运动，仅修正水平方向误差，不能修正旋转误差。故建议实现头颈部肿瘤患者精准放疗时加速器6维治疗床应是标配硬件。

综上所述，头颈部恶性肿瘤患者应用IGPS-O图像引导放疗定位系统联合CT重建图像进行立体图像引导定位能实现调强精准放疗，对患者的额外辐照极低且安全。贾卫娟等[14]研究表明，在线校正可使靶区外扩边界减小。患者行图像引导下调强放疗能保证靶区足够剂量，同时也要做到减少正常组织不必要的照射[15]。

IGPS-O图像具有降低患者额外受照剂量、缩短体位校正时间、提高患者治疗过程舒适度等优势，没有装配CBCT扫描的直线加速器，是一种值得推荐的放疗图像引导技术。在今后工作中IGPS-O图像联合CT重建图像进行立体图像引导下的精准放疗值得继续深入研究应用。