头颈部肿瘤调强放疗中摆位偏差的测量与分析
头颈部肿瘤调强放疗中摆位偏差的测量与分析
作者：沈君姝，王健琪，张宜勤，翟振宇，荆西京
【摘 要】目的：测定头颈部肿瘤在调强放射治疗中的摆位偏差，分析计划设计中从临床靶区(CTV)到计划靶区(PTV)的外扩边界. 方法：随机抽取76 名头颈部肿瘤患者，在治疗时用电子射野影像装置(EPID)拍摄射野片，将射野片和计划系统中的数字重建射野(DRR)图像片进行误差比较. 结果：在左右、头脚、腹背方向的摆位误差分别是( - 0. 62 1 1. 46) mm，( - 0. 41 1 1. 54)mm，( - 0. 31 1 1. 67)mm，外扩边界分别是2. 27 mm，1. 87 mm，1. 98 mm. 结论：对于头颈部调强治疗的患者，CTV 到PTV 的外放边界在左右方向需要2. 5 mm，头脚方向和腹背方向需要2 mm. 并且随着治疗时间的递进，摆位误差没有规律性的变化.
【关键词】头颈部肿瘤;摆位误差;电子射野影像装置;数字重建图像
0 引言
放射治疗过程中患者的摆位偏差是影响精确治疗的关键因素，越是精确的放射治疗，对照射体位和照射野的准确性要求越高. 了解摆位偏差的大小和来源对减少摆位偏差和确定照射野合适的外放边界是非常有意义的. 本研究对电子射野影像装置(eIectronic portaI imaging device，EPID)拍摄的患者治疗射野图像与计划系统所生成的数字重建射野图像(digitaI reconstructed radiography，DRR)进行了比较，对调强放射治疗( intensity moduIated radiation therapy， IMRT)的头颈部肿瘤的摆位偏差进行测量和误差分析，并且计算出计划设计时从临床靶区( cIinicaI target voIume ，CTV)到计划靶区( planning target volume， PTV)的外扩边界的具体数值.
1 材料和方法
1. 1 材料 2004-11 / 2005-09 随机抽取江苏省肿瘤医院放疗科住院患者76 例，年龄4 ~ 68(中位45)岁，其中鼻咽癌57 例，头颈部肿瘤19 例，包括喉癌、脑瘤、腮腺瘤等. 热塑面罩及底板，比利时Orfit 公司产品;MX8000 螺旋CT，荷兰PhiIips 公司产品;放疗专用激光系统，德国Lap 公司产品;23EX 医用直线加速器(配备120 叶多叶光栅)，EcIipse 治疗计划系统，模拟定位机，Portal Vision TM 型电子射野影像装置，图像分析软件Vision6. 1 均为美国Varian 公司产品.
1. 2 方法
1. 2. 1 采集图像时间设置 76 例患者共获取了147组数据. 患者调强治疗的时间分布是l wk 照射5 次，l 次/ c，休息2 c，共计32 次治疗. 患者第l 次治疗时医生参与摆位，核对体位的准确性，每人第l 次治疗都拍射野片，总共有76 组第l 次的数据;其中8 例患者在放疗的同时还进行化学治疗，体质量变化比较大，每周都拍l 次射野片，每人有7 组的数据;其中 6 例患者同时进行放化疗，体质量变化不大，每隔l0 c 拍l 次射野片，每人有4 组的数据;其中5 例患者也同时进行放化疗，但体质量几乎没有变化，所以只在治疗第l 次和最后l 次拍射野片，每人2 组数据. 其余患者只进行放射治疗，只拍摄第l 次治疗的射野片.
l. 2. 2 图像获取和比较 DRR 图像是误差比较的基准，在做定位CT 时，扫描范围从头顶部到锁骨下端下3 cm ~ 4 cm，以层厚5 mm，层距5 mm 平扫，通过网络系统将图像传输到计划系统中. 治疗计划完成后，设计和治疗野同中心的验证野，正前野和左侧野，大小l5 cm X l5 cm，每个野分别设置为骨窗和软组织窗的效果，得到DDR 图像存储到图像工作站上. EPID 图像是误差比较的参考图像，在加速器治疗时，出束前通过放疗网络系统调出验证野计划，设置机器跳数为2 Mu，剂量率调整到l00 Mu / s，设置机架为0 度和90 度，启动EPID 装置，出束拍下射野图像，存储到图像工作站中
用图像处理软件Vision 6. l 对图像进行分析，在每个患者的文件目录下，存储了DRR 图像和EPID 图像. 在系统中设为两个窗口，一个放置重合在一起的图像，另一个放置EPID 图像. 按照射野边界匹配两幅需要比较的图像，使得两幅图像基本吻合. 在EPID 图像中勾画比较明显的骨性解剖标记点，例如，在正野图像中勾画鼻中隔、眼眶等，在侧野中勾画蝶窦、枕骨、椎体前弓、后弓、椎体后缘等. 在重合的两副图像中就显示所勾画的标记点，比较EPID 图像中解剖标记点和DRR 图像中相应解剖点的位置差异，就得到该平面二维方向上的位置偏移.
l. 2. 3 摆位误差的分析 摆位偏差来源于分次治疗摆位过程的系统误差和随机误差，用所有误差的平均值表示系统误差，用所有误差的标准差表示随机误差分析误差数值时采用国际辐射单位及测量委员会(ICRU)62 号报告中的坐标系，采用矢量表示各方向上的偏移，分别是X( IateraI)表示左右方向，左方向为正，Y( cranial-caucal)表示头脚方向，头方向为正，Z(ventraI-corsaI)表示腹背方向，腹方向为正. 使用统计软件Spssl0. 0 进行数据分析.
2 结果
2. 1 摆位误差的计算 统计分析的误差中X，Y，Z 分别代表了左右，头脚，腹背方向的误差数值，其中第 l 组数据表示76 例患者第l 次治疗时的EPID 片和 DRR 片比较的误差，第2 组数据表示所有的测量数据除去第l次测量数据后的EPID 片和DRR 片比较的误差，第3 组数据表示所有的测量数据的EPID 片和DRR 片比较的误差. 正负号表示其矢量性(表l).
对8 例患者统计分析结果(图l)，每隔l wk 进行l 次拍片，共32 次治疗，每人有7 组数据，将8 例患者的第l 次到第7 次的数据分别进行分析，得到每次治疗时的X，Y，Z 分别代表左右，头脚，腹背方向的误差数值;每幅图中的点表示每次的平均值，竖线表示.
2. 2 CTV 和PTV 间应扩边界的计算 Stroom 等[3]采用DVH 和靶区覆盖可能性分析，指出为保证至少 95%的剂量包含99% 体积的CTV，CTV 到PTV 边界至少应为(2+ 0.7)mm( 其中数据取正值，不带有方向性)，用表l 中第3 组所有的误差测量数据进行计算，得到X2. 27 mm，Yl. 87 mm，Zl. 98 mm.
3 讨论 ICRU50 号报告提出光子线照射的靶体积概念，主要包括实体肿瘤区( gross tumor voIume，GTV)， CTV 和PTV。ICRU62 号报告又对此进行了补充，指出PTV 是一个集合概念，指所有可能几何变化所确定的，使由此所设定野的大小和分布能使CTV 获得规定剂量的容积，包括CTV 本身、照射中患者器官移动( internaI target voIume，ITV)以及由于日常摆位不确定引起的治疗中靶位置和靶体积变化( set up margin，SM)等因素引起的扩大照射的组织范围。
对采用适形放疗、使用多叶光栅的患者，其照射野中心移位误差严格控制在3 mm 以内，说明设备的精度很高;而随机误差在1 mm 左右，说明每次摆位的重复性高. 结果表明摆位所带来的偏差主要来源于随机误差.
从表1 数据可看到，单方向误差3 mm 的在 10%以内，只有极个别的几个数值超过了5 mm. 本研究是对头颈部肿瘤进行研究，调强治疗属于精确治疗，对摆位的要求很高，若拍片时发现误差> 3 mm，就到模拟机重新核实，保证体位一致性，确保治疗效果. 通过图1 可以发现，三个方向的系统误差和随机误差没有随着治疗时间的递进，逐渐变大或是变小，没有规律性的变化. 分析原因可能是对于有的患者，在治疗过程中体质量减轻，导致面罩不能很好的和身体保持一致，带来摆位的不准确，但有些患者体质量没有变化，并且在治疗过程中始终保持体位的精确性，这样误差就很小.
头颈部肿瘤的调强治疗中，靶区和危及器官之间很邻近，照射靶区的精确性是疗效的保障. 我们使用 EPID 验证系统，进一步提高了摆位的精度，保证靶区得到高剂量而周围关键器官受到保护，这对于局部控制率的提高和并发症发生率的降低都有很重要的作用.
来自第四军医大学学报2006年第27期第12卷
作者：沈君姝，王健琪，张宜勤，翟振宇，荆西京
【摘 要】目的：测定头颈部肿瘤在调强放射治疗中的摆位偏差，分析计划设计中从临床靶区(CTV)到计划靶区(PTV)的外扩边界. 方法：随机抽取76 名头颈部肿瘤患者，在治疗时用电子射野影像装置(EPID)拍摄射野片，将射野片和计划系统中的数字重建射野(DRR)图像片进行误差比较. 结果：在左右、头脚、腹背方向的摆位误差分别是( - 0. 62 1 1. 46) mm，( - 0. 41 1 1. 54)mm，( - 0. 31 1 1. 67)mm，外扩边界分别是2. 27 mm，1. 87 mm，1. 98 mm. 结论：对于头颈部调强治疗的患者，CTV 到PTV 的外放边界在左右方向需要2. 5 mm，头脚方向和腹背方向需要2 mm. 并且随着治疗时间的递进，摆位误差没有规律性的变化.
【关键词】头颈部肿瘤;摆位误差;电子射野影像装置;数字重建图像
0 引言
放射治疗过程中患者的摆位偏差是影响精确治疗的关键因素，越是精确的放射治疗，对照射体位和照射野的准确性要求越高. 了解摆位偏差的大小和来源对减少摆位偏差和确定照射野合适的外放边界是非常有意义的. 本研究对电子射野影像装置(eIectronic portaI imaging device，EPID)拍摄的患者治疗射野图像与计划系统所生成的数字重建射野图像(digitaI reconstructed radiography，DRR)进行了比较，对调强放射治疗( intensity moduIated radiation therapy， IMRT)的头颈部肿瘤的摆位偏差进行测量和误差分析，并且计算出计划设计时从临床靶区( cIinicaI target voIume ，CTV)到计划靶区( planning target volume， PTV)的外扩边界的具体数值.
1 材料和方法
1. 1 材料 2004-11 / 2005-09 随机抽取江苏省肿瘤医院放疗科住院患者76 例，年龄4 ~ 68(中位45)岁，其中鼻咽癌57 例，头颈部肿瘤19 例，包括喉癌、脑瘤、腮腺瘤等. 热塑面罩及底板，比利时Orfit 公司产品;MX8000 螺旋CT，荷兰PhiIips 公司产品;放疗专用激光系统，德国Lap 公司产品;23EX 医用直线加速器(配备120 叶多叶光栅)，EcIipse 治疗计划系统，模拟定位机，Portal Vision TM 型电子射野影像装置，图像分析软件Vision6. 1 均为美国Varian 公司产品.
1. 2 方法
1. 2. 1 采集图像时间设置 76 例患者共获取了147组数据. 患者调强治疗的时间分布是l wk 照射5 次，l 次/ c，休息2 c，共计32 次治疗. 患者第l 次治疗时医生参与摆位，核对体位的准确性，每人第l 次治疗都拍射野片，总共有76 组第l 次的数据;其中8 例患者在放疗的同时还进行化学治疗，体质量变化比较大，每周都拍l 次射野片，每人有7 组的数据;其中 6 例患者同时进行放化疗，体质量变化不大，每隔l0 c 拍l 次射野片，每人有4 组的数据;其中5 例患者也同时进行放化疗，但体质量几乎没有变化，所以只在治疗第l 次和最后l 次拍射野片，每人2 组数据. 其余患者只进行放射治疗，只拍摄第l 次治疗的射野片.
l. 2. 2 图像获取和比较 DRR 图像是误差比较的基准，在做定位CT 时，扫描范围从头顶部到锁骨下端下3 cm ~ 4 cm，以层厚5 mm，层距5 mm 平扫，通过网络系统将图像传输到计划系统中. 治疗计划完成后，设计和治疗野同中心的验证野，正前野和左侧野，大小l5 cm X l5 cm，每个野分别设置为骨窗和软组织窗的效果，得到DDR 图像存储到图像工作站上. EPID 图像是误差比较的参考图像，在加速器治疗时，出束前通过放疗网络系统调出验证野计划，设置机器跳数为2 Mu，剂量率调整到l00 Mu / s，设置机架为0 度和90 度，启动EPID 装置，出束拍下射野图像，存储到图像工作站中
用图像处理软件Vision 6. l 对图像进行分析，在每个患者的文件目录下，存储了DRR 图像和EPID 图像. 在系统中设为两个窗口，一个放置重合在一起的图像，另一个放置EPID 图像. 按照射野边界匹配两幅需要比较的图像，使得两幅图像基本吻合. 在EPID 图像中勾画比较明显的骨性解剖标记点，例如，在正野图像中勾画鼻中隔、眼眶等，在侧野中勾画蝶窦、枕骨、椎体前弓、后弓、椎体后缘等. 在重合的两副图像中就显示所勾画的标记点，比较EPID 图像中解剖标记点和DRR 图像中相应解剖点的位置差异，就得到该平面二维方向上的位置偏移.
l. 2. 3 摆位误差的分析 摆位偏差来源于分次治疗摆位过程的系统误差和随机误差，用所有误差的平均值表示系统误差，用所有误差的标准差表示随机误差分析误差数值时采用国际辐射单位及测量委员会(ICRU)62 号报告中的坐标系，采用矢量表示各方向上的偏移，分别是X( IateraI)表示左右方向，左方向为正，Y( cranial-caucal)表示头脚方向，头方向为正，Z(ventraI-corsaI)表示腹背方向，腹方向为正. 使用统计软件Spssl0. 0 进行数据分析.
2 结果
2. 1 摆位误差的计算 统计分析的误差中X，Y，Z 分别代表了左右，头脚，腹背方向的误差数值，其中第 l 组数据表示76 例患者第l 次治疗时的EPID 片和 DRR 片比较的误差，第2 组数据表示所有的测量数据除去第l次测量数据后的EPID 片和DRR 片比较的误差，第3 组数据表示所有的测量数据的EPID 片和DRR 片比较的误差. 正负号表示其矢量性(表l).
对8 例患者统计分析结果(图l)，每隔l wk 进行l 次拍片，共32 次治疗，每人有7 组数据，将8 例患者的第l 次到第7 次的数据分别进行分析，得到每次治疗时的X，Y，Z 分别代表左右，头脚，腹背方向的误差数值;每幅图中的点表示每次的平均值，竖线表示.
2. 2 CTV 和PTV 间应扩边界的计算 Stroom 等[3]采用DVH 和靶区覆盖可能性分析，指出为保证至少 95%的剂量包含99% 体积的CTV，CTV 到PTV 边界至少应为(2+ 0.7)mm( 其中数据取正值，不带有方向性)，用表l 中第3 组所有的误差测量数据进行计算，得到X2. 27 mm，Yl. 87 mm，Zl. 98 mm.
3 讨论 ICRU50 号报告提出光子线照射的靶体积概念，主要包括实体肿瘤区( gross tumor voIume，GTV)， CTV 和PTV。ICRU62 号报告又对此进行了补充，指出PTV 是一个集合概念，指所有可能几何变化所确定的，使由此所设定野的大小和分布能使CTV 获得规定剂量的容积，包括CTV 本身、照射中患者器官移动( internaI target voIume，ITV)以及由于日常摆位不确定引起的治疗中靶位置和靶体积变化( set up margin，SM)等因素引起的扩大照射的组织范围。
对采用适形放疗、使用多叶光栅的患者，其照射野中心移位误差严格控制在3 mm 以内，说明设备的精度很高;而随机误差在1 mm 左右，说明每次摆位的重复性高. 结果表明摆位所带来的偏差主要来源于随机误差.
从表1 数据可看到，单方向误差3 mm 的在 10%以内，只有极个别的几个数值超过了5 mm. 本研究是对头颈部肿瘤进行研究，调强治疗属于精确治疗，对摆位的要求很高，若拍片时发现误差> 3 mm，就到模拟机重新核实，保证体位一致性，确保治疗效果. 通过图1 可以发现，三个方向的系统误差和随机误差没有随着治疗时间的递进，逐渐变大或是变小，没有规律性的变化. 分析原因可能是对于有的患者，在治疗过程中体质量减轻，导致面罩不能很好的和身体保持一致，带来摆位的不准确，但有些患者体质量没有变化，并且在治疗过程中始终保持体位的精确性，这样误差就很小.
头颈部肿瘤的调强治疗中，靶区和危及器官之间很邻近，照射靶区的精确性是疗效的保障. 我们使用 EPID 验证系统，进一步提高了摆位的精度，保证靶区得到高剂量而周围关键器官受到保护，这对于局部控制率的提高和并发症发生率的降低都有很重要的作用.
来自第四军医大学学报2006年第27期第12卷
