应用EPID提高放疗摆位精确性的临床研究

东南大学（徐州）肿瘤研究所

刘 凌   管 峦   孙凌飞  阎 勇  张献春

徐州市中心医院放疗科

摘要：目的：利用射野影像系统研究放疗过程中人体不同部位摆位误差和空腔脏器不同充盈状态及有无体位固定装置对摆位准确性的影响。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：头颈部肿瘤靶区摆位误差较小；胸部肿瘤靶区由于呼吸心跳运动的影响，误差较大；在平静呼吸状态下，腹腔和盆腔的肿瘤靶区摆位误差与各脏器的不同充盈状态关系不大。结论：利用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，及时纠正摆位误差，是质量控制和质量保证的有力工具；有体位固定措施的摆位误差较无体位固定措施的误差明显减小。

关键词：放射治疗  摆位重复性  电子射野影像

放射治疗是常见的肿瘤治疗手段之一，经过近百年的不断研究，疗效有显著提高。现代放疗利用各种射线最大限度杀灭肿瘤组织，尽可能减少周围正常组织的损伤。随着γ刀、Ｘ刀、适形放疗、调强适形放疗技术在临床上的广泛应用,肿瘤放疗进入了“精确定位、精确计划、精确治疗”的新时代。因此，肿瘤放疗的质量控制和质量保证就显得尤为重要。自2005年1月起我科对237例不同部位、空腔脏器不同充盈状态下及有无体位固定装置的患者适形放疗以及部分常规放疗患者，拍摄了模拟定位片或(和)适形放疗的数字重建影像(DRR)片，和加速器的电子射野影像系统(electronic portal imaging device,EPID)射野验证片，根据两片中人体解剖标记，通过专用软件对治疗中心在患者坐标系3个方向的移位误差进行分析，达到减少误差，提高精确性的目的。

1 设备与临床资料

1.1设备：ELEKTA直线加速器（Precise型，6MVX线，配置iVIEW一GT射野影像验证系统；40对多叶光栅），国产新华模拟定位机，Philips16排螺旋CT机，美国产RAHD三维治疗计划系统，各种真空体位固定袋，定位体架和热塑体膜，激光灯等。

1.2临床资料：237例患者根据治疗部位分为头颈组，胸组，腹组和盆腔组，年龄15-74岁，KPS均大于70。头颈组47例，包括鼻咽癌，扁桃体癌，喉癌，上颌窦癌，脑肿瘤，均采用热塑面罩固定。胸组86例，包括食管癌，肺癌，胸腺瘤，淋巴瘤。腹组55例，包括肝癌，胰腺癌，胆囊癌，软组织肉瘤。盆腔组49例，包括直肠癌，膀胱癌，宫颈癌，前列腺癌。

表一：不同部位肿瘤体位固定方式

 

热塑体膜固定

真空袋固定

无固定措施

头颈组47例

47

 

 

胸组86例

35

25

26

腹组55例

23

20

12

盆腔组49例

18

11

20

合计

123

56

58

2.基本方法：

2.1.三维适形放疗的定位

2.1.1定位：根据患者病情选择X线模拟定位或使用CT定位。参照孔令玲等[1]的三维适形放疗的定位方法进行适形放疗前的定位。在模拟机下摆位,用真空袋或体膜固定患者的体位（均为平静呼吸状态），明确肿瘤与其邻近的移位性小、易辨认的骨性标志（例如蝶鞍，椎体，棘突，髋臼，耻骨联合，气管隆突等）的空间位置关系，找出照射野等中心，使等中心位置尽可能位于肿瘤中心，沿激光灯指示在病人体表皮肤或体模上以不透射线物质作出十字标记，以此确定模拟靶区中心，以相同体位进行CT扫描。扫描时应使体架保持水平，肿瘤区扫描层厚可3～5mm。

2.1.2 应用美国产RAHD三维治疗计划系统制定治疗计划。

2.1.3放疗前复位及精确定位验证：先在加速器治疗床上复核模拟位，再根据TPS算出的实际靶心坐标与模拟靶心在Ｘ、Ｙ、Ｚ轴上的差距进行移位，找出实际野等中心。继之逐一审核预设的3个不同角度的实际野，确认每个计划野的ＳＳＤ与实际摆位的误差都<5ｍｍ后，确定实际野等中心。标出实际野等中心激光摆位线。

适形放疗通过对CT图像融合重建产生的DRR片的BEV (Beam's eye view)图像，选取适当的参照物作为参照。

2.2 普通放疗的患者在X线模拟机下定位，定位图像保存在X线模拟机的计算机内。用染料在体表做出相应标志，不规则野用1mm铅丝仔细沿射野边缘勾画出挡铅的形状然后验证。

2.3 图像采集方法：

2.3.1 我科的放疗加速器、X线模拟定位机、CT扫描定位机的激光灯系统误差经过反复调整，控制在1mm以内。

2.3.2  iVIEW一GT射野影像验证系统直接安装在加速器的中心轴与机头相对的正下方，先输入X线模拟定位片或DRR定位片参考图，与首次摆位图像进行对比。利用激光灯，热塑体膜，真空袋等定位装备严格按照定位时的体位在加速器治疗床上摆位。放疗前使用EPID系统对照射野进行验证，先按照射野照射的实际形状曝光2MU，然后将照射野四周边界适当扩大10cm-20 cm，再次曝光3-4MU，所获图像用专用图像分析软件与定位图进行对比，利用肿瘤邻近的移位性小、易辨认的骨性标志判断误差大小。为了便于误差分析，对于放射治疗计划中无0度和90度照射野的，专门设计0度和90度两个正交照射验证野，适形放疗则根据照射野DRR片的BEV为参考依据。

3 结果判断：照射野误差在0-5mm的患者为摆位偏差，可以执行放疗，对误差超过5mm的患者为摆位失误，要分析原因及时纠正，再次验证合格后进行放疗。患者每周验证1次，同一病人每次均由放疗科同一位医生及放疗技术员进行验证，以减少人为误差。

4 结果

4.1 对237例患者拍摄验证片共1303张，平均每位患者验证5.49次， 验证片的图像质量良好，虽然无法达到常规X线定位片的清晰度，但足以分辨主要的临床解剖结构，如前床突，后床突，蝶窦，椎体，棘突，隆突，闭孔，耻骨联合等。定位片或(和)DRR片与射野验证片能清晰直观显示射野的大小，形状，中心和各参照解剖结构在空间的相对位置，直接显示射野中心和四周边界的误差大小（见插图）。

    表2：不同部位摆位误差（mm）

 

头颈组

胸组

腹组

盆腔组

X

2.5±1.0

4.8±2.1

3.8±1.5

3.1±1.1

Y

1.8±0.7

3.5±1.2

3.8±1.0

3.0±1.0

z

0.7±0.2

5.3±1.3

3.9±1.2

3.6±1.2

 

   表3：胸组和腹组是否加用体位固定措施中心点摆位误差(mm)

 

未用体位固定装置

使用体位固定装置

 

热塑体膜固定

真空袋固定

胸组

5.0±2.3

3.9±1.1

3.8±1.1

4.0±1.2

腹组

4.9±1.8

3.7±1.2

3.6±1.0

3.8±1.3

 

4.2 头颈组患者由于均采用热塑面罩固定，无不自主运动，体位固定好，摆位较为准确。47例患者共拍摄验证片258张，未见较大移位，摆位准确，是放疗误差最小的部位。胸组由于呼吸心跳运动，体位重复性差，是放疗摆位误差最大的部位。这和吴开良等[2，3，4]的报道一致。腹腔脏器中以肝脏的移动度最大，于甬华，Lax等[5，6]的研究显示肝脏的最大移位可达7±2 mm。本组资料显示在平静呼吸状态下利用体位固定装置可有效减少肝脏的移动度。

有体位固定措施的患者误差较无体位固定措施的患者摆位误差明显减小。腹组和盆腔组患者虽然体表皮肤移动度大，但摆位误差小于胸部，主要原因是没有呼吸心跳运动。总体来看使用体位固定措施能明显提高摆位的精确性，减少治疗误差,无法保持平静呼吸状态的患者则不能保持体位重复性。

5 讨论

当前放射治疗已进入了精确定位，精确计划,精确治疗的三精时代,如何实施精确的治疗是确保放疗计划的关键,否则以前的努力将变的毫无价值,不但能使肿瘤漏照,也可能使重要器官受到超量照射。如何验证照射野的准确性一直是放疗无法解决的难点。放疗过程中能对放疗靶区精确性产生影响的因素很多，除系统固有误差外，人体器官的不自主运动和不同的充盈状态引起的移位，摆位误差，治疗中肿瘤体积的变化等是引起放疗误差的常见原因。常见肿瘤如肺癌、消化道肿瘤多发生在胸腹部，由于呼吸心跳运动、胃肠道和膀胱的蠕动和不同充盈状态都可引起肿瘤的移位。因此在设计放疗计划时为确保照射野能够完全包括靶区而额外扩大照射野，这种方法可能引起较多正常组织受到过量照射，增加并发症，而且剂量限制性器官的存在使肿瘤靶区无法达到根治量。以往通过验证片验证照射野准确性的方法费时费力，无法观察整个器官运动周期中靶区移位情况，目前国际上最先进的加速器治疗机已经开始装备电子射野影像验证（EPID）系统，该系统是近年来才发展起来的用于射野定位和验证，减少照射误差的新技术。其图像处理的显著特点是可以将模拟定位机和TPS输出的DRR图像与加速器治疗的实时验证图像对比，尤其是使用“双图全览”功能，可以很方便判断误差。而EPID除了用于射野验证外，还可用于加速器的常规质量保证。

加速器产生的兆伏级高能X线穿透力极强，穿透人体后无法像诊断用X线机那样产生清晰的影像。EPID系统主体是一个非晶态硅影像阵列,当治疗用高能射线穿过人体后被EPID的发光二极管转换成数字图像,该系统能提供大面积高效率、高分辨率的图像,通过照射野自动跟随和误差自动分析软件实时显示实际照射野和误差，并根据情况及时纠正。其空间分辨率虽比诊断X光胶片低，但较验证片高，其对比度，信噪比，扫描时间，FOV，显示矩阵大小方面具有优势，而专用误差分析软件更是显示出巨大的优势[7]。

从我们的研究结果来看，在放疗过程中头颈组的摆位精确性最好,中心点误差小于5mm，胸组和腹组的误差相对较大，主要是不自主运动引起。盆腔靶区的治疗精度较高。利用EPID系统对肺部病灶在整个呼吸过程中的移位分析显示下肺病灶的呼吸移动度可达20-26mm，肺尖部病灶也可达5 mm，即使采取限制呼吸幅度的措施，下肺的移动度也可达10 mm。杨波等[8]的研究显示体膜较真空垫准确，但在本组病人均要求保持平静呼吸，精度未见明显差异。

利用EPID能提示误差产生的常见原因，通过对误差的分析，能将临床常见误差消灭在萌芽状态，在无法给每个照射野进行验证的情况下减少误差。

由于EPID系统是由非晶态硅制造，有一定的使用寿命，高能射线反复轰击后将产生坏点，2-3年后会影响图像质量。对于射野内体厚超过20cm的患者有时分辨率不够，对此可以采用单曝光和增加曝光2-3MU来解决。

参考文献：

1.孔令玲，唐虹。保证三唯适形放疗精度的简易方法. 中华放射肿瘤学杂志，2005，14：130-140

2.吴开良，蒋国梁，王鹏等.肺癌三唯适形放疗靶体积确定的影响因素.中华放射肿瘤学杂志，2003，12：233-234.

3陈兴秀，刘广升，李强等.呼吸移动度对适形放疗射野的影响.肿瘤防治杂志.2003，10：973-974

4.于甬华，罗立民于金明等。呼吸运动对胸部肿瘤精确治疗的影响. 中华放射肿瘤学杂志，2001，10：283-285

5.于甬华，于金明，赵月环等。呼吸运动对肝部占位性病灶位置的影响及数学模型的建立. 中华放射肿瘤学杂志，2002，11：245-247.

6.Lax I,BlomgrenH，NaslundI，et  al.Stereotactic radiotherapy of malignancies in the abdomen ,Acta Oncogia,1994,33:677-703

7.胡逸民，戴建荣等。肿瘤放射治疗物理学.北京：原子能出版社，1999：456-463

8.扬波，赵涤非，张福正等。改良放疗体膜固定装置的临床应用.南京医科大学学报2004，24：549-550

作者地址：江苏省徐州市解放南路199号徐州市中心医院放疗科   邮编：221009