肿瘤放射治疗物理技术上应注意的一些问题.docx

肿瘤放射治疗物理技术上应注意的一些问题医疗设备伤喜 肿瘤放射治疗物理技术上应注意的一些问题 胡杰,陶建民,张莹,张颖 (同济大学附属铁路医院放疗科,上海200072) 【摘要】本文结合作者的实际工作,主要讨论了肿瘤放射治疗,尤其是在适形放疗,立体定向放射治疗物理技术上应特别注 意的一些问题,如激光定位灯质量校验;诊断CT用于放射治疗计划时可能存在的问题;适形放疗CT扫描及图像三维重建时应注 意的问题;CT扫描时CT标尺和扫描层间距指示值的校验问题;病人影像数据的传输与转换问题以及计划评估时使用剂量体积 直方图(DVH)时应注意的问题等. 【关键词】放射治疗;CT模拟;放射治疗计划系统;剂量体积直方图 【中图分类号】R815【文献标识码】C【文章编号】100775t0(2002)08003003 Somespecialproblemsaboutthephysicstechniqueintheradiotherapyoncology HUJie.TA0Jianmin.ZHANGYin.ZHANGYing (ShanghaiRailwayHospitalaffiliatedwithTongjiUniversity,Shanghai200072,China) Abstract:Thisarticlepresentssomeimportantproblemsaboutthephysicstechniqueintheradiotherapyoncologyin cludingtheadjustmentoflaser.theusageofdiagnosisCTinthetreatmentplanning(CTS),theCTscanningincon formal,theadjustmentofCTrulerandsliceintervalsandtheusageofdosevolumehistogram(DVH)inTPS. Keywords:radiotherapy;CTsireulation;CTS;CTS 现代放射治疗已进入精确定位,精确计划和精确 治疗的”三精”时代,目标是达到高精度,高剂量,高疗 效和低损伤的三高低放疗模式.随着计算机技术和 医学影像新技术在肿瘤放疗临床上的应用,先后出现 了适形放疗,立体定向放射治疗和逆向凋强放射治 疗,使三高一低的放疗目标成为可能.但是,我们都知 道,精度越高,风险也越大,实际工作中每一个环节的 些许误差,都可能造成严重的后果.物理技术是放射 治疗的技术源泉和质量的可靠保证,因此对物理技术 的每一步都必须认真细致,本文根据作者的实际工作 经验,对放射治疗物理技术上一些应特别注意的问题 作些探讨. l激光定位灯质量校验时应注意的一些问题 模拟定位机房和治疗机室均安装有激光定位灯, 在常规放疗时它们是实现从定位到摆位重复病人体 位的关键性因素之一,在CT模拟定位中,治疗室激 光定位灯是将病人靶区等中心置于加速器等中心的 关键,如果它们存在较大误差,则治疗可靠性无从谈 起.根据放射治疗学教科书上的要求,许多单位在做 此项校验时,均认为两侧及天花板上的3个激光定位 灯重合于一点,此交点与治疗机的等中心重合,精度 在2mm内即可.实际上存在两个问题一(1)对适 f收稿日期1200203l9 形放疗,立体定向放射治疗而言,该精度应好于 1mm,否则无法保证适形放疗,立体定向放疗的治疗 精度好于2mm;(2)如果仅保证3个激光定位灯的交 点与治疗机的等中心重合,还会存在由于激光定位灯 本身的倾斜和扭转而造成的不水平不垂直现象,尽管 激光定位灯的交点与治疗机的等中心已重合,而激光 定位灯在病人体表或定位框架的指示标记实际上已 经偏离了治疗机等中心的真实位置口.因此,在作激 光定位灯的校验时.必须检查它的垂直度和水平平行 度,在治疗范围内,即治疗机等中心上下20cm范围 内,检查并保证两侧激光定位灯的水平平行精度好于 1mm,在治疗机等中心上下20cm范围内,检查并保 证天花板激光定位灯的垂直精度好于1mm. 2关于放射治疗计划系统(TPS)使用CT图像时应 注意的问题 2.1诊断CT用于放射治疗计划时可能存在的问题 CT床一般是凹形的,而加速器治疗床是平板形 的,如果把诊断CT图像用来做计划,对胸腹部肿瘤 的治疗在治疗深度上将产生较大的误差,一般来说, 深度误差相差lcm.引起剂量误差达3%左右,胸腹部 肿瘤的诊断CT用于放射治疗计划,如对中下段食管 癌的放射治疗,两个后斜野的深度误差在23era左 右,引起的剂量误差高达6%一9%;对头部肿瘤,如鼻 ? 3O?2002年第8期帮 压疗设备僧鸯 咽癌的治疗,照射时要求颅底线与治疗床面垂直,而 在作诊断CT时,不可能刚好是这样的体位,体位不 同,组织深度不同,照射野的形状和大小也不同.此 时,如果仍用诊断CT作治疗计划,患者体内组织的 实际受照射剂量与计划剂量之间必然会存在较大的 误差.因此,我们认为,无论是常规放疗还是适形放疗 均不能用诊断CT来作放射治疗计划,而必须让患者 按治疗时的体位,先躺在CT适配平板床上,进行体 位固定,再做CT扫描,只有这样的CT图像才可以 应用于计划系统.否则,所作计划不但无意义,还会误 导临床医师对预后的判断. 2.2适形放疗CT扫描及图像三维重建时应注意的 问题 由于适形放疗中常常使用非共面照射技术,它采 用治疗床和机架的不同位置,通过旋转或多个固定照 射野来进行治疗,入射线和出射线涉及范围大,因此, 在作CT扫描时扫描范围应远大于诊断CT的扫描 范围,至少包括人体纵向肿瘤上下边界外各5cm的 组织,否则,在进行剂量计算时,会存在组织缺损而造 成较大的剂量误差.适形放疗一般是对小病灶进行, 因此,应尽量采用薄层扫描,只有这样,才能在三维重 建后得到比较清晰的DRR图像,一般肿瘤区扫描层 厚应在13mm之间,否则三维重建的图像质量差, 且在靶区勾画时容易存在遗漏现象.但是,这样以来, 扫描的层数必然很多,扫描时间长,患者受照射剂量 大.夏延毅等采用的混合扫描技术,即肿瘤区扫描层 厚25mm,肿瘤区外组织扫描层厚lcm,应该是一 种解决问题的可行方法.但我们认为,对适形放疗和 立体定向照射,肿瘤区的扫描层厚还是在13mm间 为好. 3关于CT扫描时CT标尺和扫描层间距指示值的 校验问题 在作放疗计划进行图像重建时要用CT标尺来 确定横断面内像素的大小,用扫描层间距指示值来确 定人体纵轴方向像素的大小.很少有人对这两个因素 的准确性表示过怀疑,一般都是认为它们是准确可靠 的而不加怀疑地使用.实际上,CT标尺和扫描层间距 指示值也不可能是完全准确的,特别是一些使用时间 长和使用频繁的CT机,磨损现象严重,CT标尺和扫 描层间距指示值必然会存在一定的误差,这时,如果 仍继续使用CT标尺和扫描层间距指示值而不修正, 将引起严重的后果,试想,一个肿瘤,它的真实大小是 3cm3cm3cm,而图像重建后由于CT标尺和扫 描层间距指示值存在误差而显示为2.5cm 2.5cm2.5cm,结果会怎么样?必然是治疗失败,甚 至是治疗失败的原因都不清楚,因此,我们认为,应像 放疗物理技术其它项目一样,作为一项质量控制和质 量保证的措施,定期校验CT标尺和扫描层间距指示 值的准确性,如果这两项存在较大的误差,在图像重 建时应进行必要的修正. 4病人影像数据的传输与转换中的问题 病人原始影像数据可以通过不同的方式传输到 放疗计划系统,主要有以下几种方式:网络,光盘机/ 磁带机,透射式胶片扫描仪.其中前两种方式是按数 字一数字的1:1传输,是无误差的传输方式.而第三 种方式是先将图像拍成胶片,然后通过透射式胶片扫 描仪将胶片输入计划系统工作站进行三维重建,是按 数字一模拟一数字方式进行传输的,在这一系列过程 中,显定影随机差异,胶片污迹,不同批次的胶片本底 灰度的不同,都会导致灰度与像素的缺损和失真;在 CT图像重建时,手工对多层CT进行对中,不仅效率 低,而且容易存在错层现象,重建后的图像存在明显 的阶梯状表面,因此,后一种图像的传输重建方式不 可避免地会带来定位和照射时的位置误差.根据邱学 军等人的研究,以常用扫描条件512512矩阵而言, 一 个像素的大小在0.751.0mm左右,由于扫描输 入引起的综合误差累计达1.52.0mm,多层对中错 层现象使得位置误差在原基础上变得更大b.因此, 为减少定/摆位的位置误差,在适形放疗时,应采用网 络或光盘机/磁带机进行图像的传输,当然,使用网络 更方便,且效率也更高.对拟购置适形放疗和立体定 向放疗系统的单位,尤其要注意这一点,在计划设备 时就应心中有数. 5计划评估使用剂量体积直方图(DVH)时应注意 的问题 三维立体放射计划系统,均有剂量体积直方图 (DvH)作为计划评估和计划比较的根据,高级计划 系统还可以根据剂量体积直方图(DVH)计算肿瘤控 制率TCP和危险器官放射并发症概率NTCP.剂量 体积直方图(DvH)有两种表现形式,微分DVH是某 一 个剂量区间(范围)出现的体积单元数即频率,积分 DvH是求出高于某一特定剂量的体积占整个器官或 靶区体积的百分比.积分DVH对同一个计划中不同 组织器官间的剂量分布评估非常有用,微分DVH则 在了解同一器官内受照体积与剂量间的相对关系时 比较有用,因为它能告诉我们有多少体积单元受到某 2002年第8期?31? 一 剂量范围的照射. 由于剂量体积直方图(DVH)没有剂量空间分布 概念,用它来比较不同的计划,存在一定的缺陷,必须 同时结合使用空间剂量分布图,如任意斜切面内截面 剂量分布,多层面联合剂量分布,才能客观地评价一 个计划的合理性.剂量体积直方图不能指明高剂量区 或低剂量区在器官中的具体位置,如两个计划的 DVH图相同,计划靶区内均存在一定的欠剂量区,此 时,如果偏低剂量在亚临床范围,则对肿瘤的控制无 太大的影响,相反如果偏低剂量在GTv范围,则对 肿瘤的控制明显不利,会引起肿瘤的复发.显然,此时 的计划评估不能只依赖于剂量体积直方图,而应结合 截面剂量分布. 更重要的是,求DvH时,CT图像必须包括全部 所要计算的组织或器官,如果仅靠少数几层CT图像 就计算DvH,结果是不准确的,尤其是在计算肿瘤控 制率TCP和危险器官放射并发症概率NTCP时,靶 区或器官总体积内很低的百分比部分中的剂量改 变都会明显影响计划优劣的评级】.如在胸部肿瘤 的放疗中,不可避免地要累及到肺组织,此时,常用 20Gy的受照肺组织体积来预测肺炎的发生概率,如 果所用CT只有少数几层,而没有包括全部肺组织, 在这种情况下计算到的肺的DvH图是不正确的,用 它来预测肺炎的发生概率也就失去了意义.此外,像 肺癌的放射治疗,由于肿瘤包含在正常肺组织中, 在计算正常肺的DVH图时,必须减去癌组织的受 照剂量,否则计算的结果将误导临床医师对计划的评 级. 6放射物理技术上一些待研究完善的问题 界面效应就是一个典型的问题,它是指不同组织 界面区域处颇为复杂的剂量分布的歧变特性,尤其是 对气腔与软组织,软组织与肺,骨界面等各种状况.迄 今为止,尚没有一个明确的数学模型可以对此现象进 行精确的计算.物理师和医师必须对此有充分的认 识,像鼻咽癌的放射治疗,气腔效应肯定存在,在与气 腔临界的组织中,由于界面效应,会存在一个低剂量 区,根据肖泽久等的研究,影响气腔效应大小的主要 因素是照射野的大小,在病人条件允许的情况下,采 用较大的照射野,如6cm6cm,则气腔效应可以忽 屡疗设备僧垂 略不计.但是,在立体定向放射治疗上,使用的又恰 恰是小野集束方式.显然,这种情况下,气腔效应不可 以忽略.这就引申出两个问题:(1)如何对界面效应引 起的剂量歧变进行精确的计算,需要有一个成熟准确 的数学模型;(2)在精确计算出界面处组织的低剂量 时,如何去弥补这部分组织的欠剂量. 计划系统TPS的应用,使放射治疗发生了质的 飞跃.但是,我们必须清醒地意识到,TPS计算出的 剂量分布实际上是一种理想的状况,患者体内的实际 剂量分布,还必须进行体内剂量验证,采用电子射野 影像系统来进行剂量验证是当前的研究热点.但实际 上,电子射野影像系统所记录的是射野方向观察到的 出射线两维剂量分布,如何把它们转化为患者体内三 维剂量分布,同时,如何把物理学上的剂量分布转化 为生物学上的剂量分布,在此基础上,进行内外照射 的剂量叠加,也是一个有待完善的课题. 以上我们讨论了放射治疗,尤其是对适形放疗, 立体定向放射治疗物理技术上应特别注意的一些问 题.实际上,物理技术是肿瘤放疗中的技术源泉和治 疗质量的可靠保证.特别是对立体放射治疗,不仅 需要有经验的医师,还必须有娴熟的物理师,细致 的技师等一整套受过良好培训的技术队伍的通力协 作,才能安全地使用这些高新技术,否则,其中任何 一 个环节发生偏差,都将造成不可估量的严重后 果.因此,对医院物理工作者来说,仍是任重而道 远 【参考文献 【1谷铣之,殷蔚伯