图像引导放射治疗位置保证的研究进展

图像引导放射治疗位置保证的研究进展

张海芹李珠明

张海芹李珠明（内蒙古包头市肿瘤医院放疗科内蒙古包头014010）

【中图分类号】R815【文献标识码】A【文章编号】1672-5085（2013）14-0405-03

【摘要】作为治疗肿瘤的外照射，放射治疗方式不断改进，从传统放疗到三维适形放疗（3D-CRT），再到调强适形放射治疗（IMRT）技术。IMRT技术在肿瘤的治疗上具有突出的优势，靶区和剂量的适形有效地提高了患者的生存质量，为肿瘤患者带来了福音。由于靶区的高剂量和对周围危及器官的保护，使得剂量梯度变大，对治疗位置的准确性要求更高。如果治疗位置偏差较大，IMRT的优势将完全丧失。近年来发展的图像引导放射治疗（IGRT）技术为IMRT治疗提供了可靠的保证，减少摆位误差，提高放疗精确度。因此近年来放射治疗位置验证模式在临床上被越来越多的研究与应用，本文就放射治疗位置验证在临床研究与应用方面的进展作以简要综述。

【关键词】调强适形放射治疗图像引导放射治疗位置验证

1引言

外照射精确放疗的不断进展极大地促进了影像引导工具和放疗技术的发展，许多临床研究和模拟显示，这些更加适形，更高剂量的治疗,既能减少疾病的播散,又能降低正常组织并发症。使用计划CT重建图像来代表整个疗程中治疗床上的患者,其真实性程度制约了所给剂量的精确性。考虑到正常解剖的变化,以及患者对治疗的反应,肿瘤缩小或体重减轻等,器官的大小、形状和位置每天、每周都在变化。因此，在治疗实施前获取当前患者实际的解剖和位置信息就变得极其重要。

2位置验证模式的临床研究与具体应用

2.1一维验证

一般认为，放疗前利用彩色多普勒可以对患者盆腔和腹部放疗摆位精度进行有效验证。首先利用三维激光定位系统根据定位中心点按放着治疗计划系统（TPS）计算数据进行移位,找出治疗中心点；放疗前在直线加速器上调出TPS所设0°野，打开加速器模拟灯,在患者体表画出此野计划靶区（PTV）的轮廓线；然后使用彩色多普勒超声仪在一维方向探测肿瘤与PTV位置，仪器探头垂直于患者水平线进行检查,观察肿瘤位置、大小，同时可用彩色脉冲多普勒进行检查，在肿瘤处观察彩色多普勒血流显像情况,选择血流最亮处放置取样容积,彩色多普勒超声能同时实现解剖结构与血流状态2种实时显像，可全面观察肿瘤形态与血流动力学情况,从而能准确反映肿瘤是否在所勾画的轮廓线内。据报道，对25例复发性宫颈癌利用彩色多普勒超声检查所探测到的肿瘤边界完全在患者体表所画轮廓线内，并且均与轮廓线有一定的距离，其中有2例患者肿瘤边缘接近轮廓线，最小处为0.5cm。由此可见，利用模拟定位系统对患者确定放疗中心点，放疗前结合彩色脉冲多普勒检查能清楚地知道肿瘤在一维方面的边界,能大大提高放疗的治疗精度，减少摆位误差。

2.2二维验证

（1）应用MV级CR进行射野验证的临床研究

MV级CR系统主要应用直线加速器中高能射线的成像，其具有分辨率高，动态范围广的特点，并有强大的图像后处理功能，可以对图像进行组合处理，包括窗宽/窗位的调整，边缘增强，图像放大，图像标记测量等，由于影像数字化，可实现无胶片化保管并能通过DI-COM与其它图像信息设备联网。有报道[1]，对15例肿瘤患者进行研究，其中头颈部肿瘤患者6人，胸体部肿瘤患者9名，均采用网格型体膜固定，放疗前利用MV级CR技术在机架角为0°和90°时拍摄放疗病人模拟定位片和射野验证片，进行摆位误差测量。有两位医生采用双盲法对15例病人进行比较，得出的两组数据没有统计学差异（在左右、头脚、前后方向上，P＞0.05）。结论：利用MV级CR技术拍摄病人模拟定位片和射野验证片，成像满意，操作简便，认为MV级CR可以有效减少放疗摆位误差，提高摆位的准确性，及时纠正摆位误差，是质量控制和质量保证的有力工具，作为放射治疗病人位置的验证，实现放射治疗数字化具有积极的意义。

（2）利用二维的EPID进行适时的位置验证

电子射野成像装置（EPID）主要应用于患者摆位精度的验证，靶区和器官位移的检查和评估，治疗机的精度检验等，是近年来发展起来的用于进行射野定位验证，减少照射误差的新技术。已有项研究表明EPID片是保证摆位精度的有效手段，使用EPID做患者治疗前的位置验证可控制摆位误差，保证IMRT治疗的准确。有研究[2]，EPID在颈、胸上段食管癌调强放疗中的应用价值方法放疗前先采集定位片图像为参照,与治疗过程中实时采集的验证图像对比,测量摆位误差。结果入组30例患者共进行了120次治疗重复摆位,采集验证片120张比较每次摆位的体位误差。X轴(左右方向)3mm以内误差有29例(96.67%),3～5mm误差有1例(3.33%)；Y轴(头足方向)3mm以内误差有28例(93.33%),3～5mm误差有2例(6.67%)；Z轴(前后方向)3mm以内误差有27例(90%),3～5mm误差有3例(10%)；X轴、Y轴、Z轴3个方向误差超过5mm者未发现,我们对误差在3～5mm患者进行重新摆位验证。结论利用电子射野影像系统可以有效减少放疗摆位误差,提高摆位的准确性,是质量控制和质量保证的有力工具。

另EPID在盆腔肿瘤，乳腺癌以及头颈部肿瘤等放疗中摆位误差也有研究，均提高摆位的准确性,保证质量。

2.3三维验证

（1）应用KV级CBCT进行射野验证的临床研究

目前在临床上KV级CBCT主要用于患者治疗位置的修正，与EPID系统相比，有着图像质量清晰，采集，配准方便，患者吸收剂量小，自动化程度高等优点。不仅可进行DR图像与DRR图像的二维骨性标记配准，而且还可以进行CT图像与CBCT图形的三维低密度组织（如：实体肿瘤）配准，进一步提高了图像在三维方向的配准精度。

采用Varian公司的OBI-14版本系统的kV-CBCT引导腹部调强患者位置验证的应用分析。利用Varian-OBI系统的三维验证模式CBCT每周1次位置验证，记录参考图像和采集图像的平移和旋转偏差，统计计算均值，标准差及CBCT配准模式比较的差异。研究表明kV-CBCT对于腹部调强患者的位置验证具有重要的临床意义，kV-CBCT能够有效减小摆位误差，能够有效提高治疗精度，较常规二维验证能够获得更多的信息，但采集时间较长，自动加手动配准方式较其他配准方式更加快速和准确，综合时间和精度CBCT配准宜选择自动加手动方法。

(2)应用MV级CBCT进行射野验证的临床研究

兆伏级锥形束CT(MVCBCT)由一台标准直线加速器外加配备以非晶硅平板型EPID,能够适合兆伏级光子射线，其射野成像不仅可根据骨性解剖或金粒确保摆位准确性,而且可根据其图像显示的骨性标记及软组织影所确定的特定解剖部位进行三维摆位,并指导日后的个体化分次治疗。

MV级CBCT在鼻咽癌患者治疗时可评估摆位中脊髓的复杂移位，使用MV级CBCT和计划CT进行校准。不仅能进一步评估整体位置及不同结构的相对位置并测量大小，还可发现导致错位的原因（如颈部曲度等）并对其予以纠正，使得患者得以重新计划并获得更精确的治疗。

MV级CBCT还可以用于肺癌的摆位，虽然大多数肺肿瘤随呼吸而运动,但在进行模拟定位时发现该患者肺内肿瘤位移不明显,因此定位时将同中心置于肿瘤内并进行非门控CT扫描并获得计划CT图像。肺部肿瘤大分割放疗为近年来研究的热点，大分割放射治疗的采用使摆位的准确性及确保肿瘤处于照射野内显得尤为重要，有研究认为每日使用MV级CBCT进行摆位和验证,可保证患者安全接受大分割的照射。试验要求在治疗首日分别采集1对正交的射野图像和1套MV级CBCT图像,并根据肿瘤将MV级CBCT图像与计划CT校准；在移位后与治疗完毕时分别采集两套MV级CBCT图像以评估在IMRT治疗的20min内发生的位移。结果显示移位后及治疗结束后的兆伏锥形束CT图像对位均仍保持良好。该患者在随后的治疗中每日使用MV级CBCT图像进行摆位。

MV级CBCT在治疗前列腺患者的摆位，为提高定位的精确性，加州大学旧金山分校（UCSF）放疗专家对大多数需外照射前列腺患者预先在前列腺中植入3枚金粒，并每天利用正交射野图像根据金粒校准体位。在治疗前根据射野图像上的3枚标志校准患者体位后进行MV级CBCT扫描。采集图像时前列腺中心部位的吸收剂量为10.8cGy，在图像重建时,使用视野中的固体水(组织等效物)进行增益校准以消除大部分散射线造成的不均匀效应以修正面板中心的额外信号。结果显示，尽管直肠充盈略有变化，但治疗时前列腺的形状和位置与诊断CT非常匹配，且只需不足2MU即可采集到MVCBCT图像可直接用于三维校准。

虽然应用MVCBCT对头颈部，胸部和盆腔肿瘤仅30例患者进行摆位误差测定的研究，但实例足以证明MV级CBCT增进治疗中对患者治疗体位及解剖结构的了解，并提高肿瘤放疗的靶向性。

3总结

尽管二维位置验证不能准确测量体位旋转，无法进一步预知体位变化对剂量分布的影响，三维验证因采集和分析时间太长，以及对患者额外剂量而限制CBCT的放射治疗位置验证模式，但是图像引导放疗技术的确为调强放射治疗等精确放疗提供了减少摆位误差、增加治疗的精确性的保证。其临床应用的潜力将取决于成像的性能，其中，许多系统的成像性能方面都在不断改善，随着我们使用室内三维成像对患者解剖变化的认识更多，IGRT在临床上的应用意义会更加明显，使患者摆位更精确，重复性更好。

MV级CBCT有了较快的发展,现在的图像质量完全可以满IGRT应用的需要。MV级CBCT可提供KV级射野成像无法获得的影像学信息，目前还在探讨剂量验证与室内成像结合的可能性，这将使放疗过程得到更高层次的验证。

参考文献

[1]李兆斌,陆耀红，孙宜，等.应用KV级CBCT进行射野验证的临床研究[J].中国医学物理学杂志,2009,26(5):1389-1408.

[2]胡俊，刘海，王晓平等.EPID在颈、胸上段食管癌调强放疗中的应用价值[J].中国医疗设备，2012，6（27）：164-166.