精确放疗的质量保证

精确放疗的质量保证 放射治疗近20多年来重要进步 医学影像学的发展 提供了三维影像重建及数字化重建影像 DDR 放射治疗设备的不断改进与三维治疗计划系统的产生 令放射治疗有可能使高剂量通过三维空间 适形分布于靶区内 3DCRT IMRT IMRT的结果是高剂量区分部与靶区的三维形状的适合度较常规治疗大有提高 进一步减少了周围正常组织和器官卷入射野的范围 它是放射治疗技术的必然发展 是放射肿瘤学发展的方向与未来 是上世纪最后二十多年间先进科学与技术的结晶 标志着肿瘤放射治疗进入 精确定位 精确设计 精确治疗 的时代 3DCRT IMRT步骤 体位固定CT扫描 采用CT增强 MRI图像 PET等融合 靶区及敏感器官勾画处方剂量 包括靶区及敏感器官等 计划设计 射野及优化计算等 计划评估及计划遴选治疗计划验证 几何及剂量 治疗计划实施治疗 3D影像 靶体积和敏感器官定义 照射野设计 剂量计算及优化 剂量验证 生物学模式 患者体位确认 实施治疗 3DCRT IMRT实施过程 Chain CT扫描及图像传输 扫描体位摆位要准确 要做到扫描与治疗一致薄层扫描一般3mm左右扫描范围根据临床需要确定 但至少要在肿瘤上下缘各外放5cm图像源传输数据丢失 错误 TPS依赖CT扫描得到的CT值建立CT 密度转换曲线 并根据转换所得的组织密度 或电子密度 进行组织不均匀性剂量校正计算 从而得出放射治疗计划的剂量分布 TPS中CT值与物质密度转换 图像登记及配准 图像登记 病人信息 医生 物理师等 图像配准 患者坐标系与治疗机坐标系建立 图像融合采用CT平扫与CT增强CT平扫与MRI图象融合CT平扫与PET融合 IMRT要求靶区定义准确 IMRT提供了与靶区高度适形剂量分布的物理手段 这意味着正确的靶区 正确的适形 错误的靶区 错误的适形 常规Box IMRT PTV 靶区 target 的定义 GTV肿瘤区一般诊断手段 包括临床检查 CT MRI PET 能够诊断出的 可见的 具有一定形状和大小的恶性病变的范围 包括原发灶 转移淋巴结和其他转移灶组成 CTV 临床靶区临床经验表明 在肿瘤区附近通常有亚临床侵犯 也就是说 存在不能由分期手段查明的个别恶性细胞 小细胞团或微扩散 PTV 计划靶区临床靶区 CTV 照射中患者器官的移动 ITV 由于摆位 治疗中患者体位的重复性误差 ICRU50 ICRU62 靶体积的不确定度 靶区定位的不确定度器官运动医学影像设备分辨率能力的局限患者摆位误差患者体位变化患者身体变化如体重变化激光灯和光距尺的误差射野位置误差 摆位误差参考 部位左右前后头足盆腔3 0 8 3 2 3 3 3 1 8 8 0 胸部2 3 7 8 3 3 10 3 3 1 9 1 腹部2 1 5 4 2 4 5 8 3 0 5 8 头颈1 9 4 5 1 9 5 6 2 4 5 0 平均值 最大值 mm 照射野野的设计 等中心位置射线束能量头颈部肿瘤 6 8MV 胸部肿瘤由于肺的影响 拟采用低能而不是高能RTOG建议4 12MV 腹部肿瘤可考虑用低能代替高能以采用奇数射野对称分布为起点布置射野 避免对穿照射为了形成凹形分布 无需危及器官照射通常不采用非共面布野照射野数目和方向 鼻咽癌采用7 9个共面等机架角均分的布野方案 前列腺癌采用5 7个射野 给定处方剂量要求 给定靶区 剂量应给定在PTV而不是CTV 处方剂量 该剂量应至少包括95 体积的靶区 给定危及器官的耐受剂量要求串联组织Dmax约束并型组织DV约束其它类型Dmax和DV约束 Norequirements NoConsiderations 治疗计划能否实施 实施难度和效率治疗计划是否满足临床的处方剂量要求靶区剂量及均匀度危及器官受量适形指数正常组织并发症概率NTCP肿瘤控制概率TCP无并发症的净控制概率Putc治疗计划是否已无改进的余地 如何评价治疗计划 等剂量分布 绝对剂量分布 相对剂量分布 剂量体积直方图 DVH 描述正常组织及肿瘤组织受特定剂量或百分剂量照射的体积百分比 IMRT治疗计划的评估 等剂量线分布 计划是否满足临床的处方剂量要求 患者治疗前的验证 病人剂量验证电离室 点剂量 二维探测器阵列 通量图 病人位置验证 2D 3D MV级电子射野影像系统 EPID 超声系统KV级在轨道CTKV级锥形束CT ConebeamCT CBCT CBCT 其中KV级CBCT系统发展最为迅速 应用最广泛 射野的方向和数目 PortalVision IMRT积分图像 治疗计划的剂量验证 验证所受剂量的分布是否与治疗计划一致包括治疗计划系统的运算和治疗设备的性能 绝对剂量测量 IMRT病人计划移植到测量模体中 计算出体模内的剂量分布和电离室测量点的剂量 按实际治疗方式进行照射 用电离室作实际照射剂量比较测量点计划系统计算剂量和实测剂量相对误差 百分相对误差 测量值 计算值 测量值 100 AAPM认为对于IMRT计划系统剂量准确性的验收 电离室测量的结果与计划系统计算值的误差在3 4 之间 国内开展IMRT技术的单位其误差精度控制在5 以内 二维剂量仪 计划系统 定量分析 照射野注量图验证 剂量验证的误差分布情况 2010年8月至2011年7月共治疗肿瘤患者共214例 其中头颈部肿瘤103例 胸部肿瘤患者74例 腹部肿瘤患者37例 男性132例 女性82例 年龄8 90岁 所有的患者都了点剂量和射野图的验证 射野通量图96 6 2 75 点剂量 0 91 2 21 KV CBCT影像引导的位置验证 安徽省立医院放疗科于2010年8月在安徽省内首家正式开展IGRT的临床应用及研究我院所有调强病人都根据治疗安排行一定次数的ConebeamCT CBCT 扫描 进行三维图像引导放疗治疗 ElektaSynergy加速器 KV级探测器阵列 KV级X射线球管 MV级探测器阵列 40对叶片MLC 摆位误差的研究 研究214例患者中的次照射前CBCT扫描 其中头颈部面罩患者CBCT扫描356次 体部真空袋患者CBCT扫描377次 头颈部面罩患者摆位误差测 X轴 1 67 1 72mm 0 0 84 大于3mm占16 3 Y轴 1 66 1 96mm 0 1 05 大于3mm占18 5 Z轴 1 69 1 59mm 0 0 89 大于3mm占15 1 体部真空袋患者摆位误差测值 X轴 3 04 2 10mm 0 0 99 大于5mm占16 2 Y轴 3 75 2 70mm 0 1 13 大于5mm占17 3 Z轴 2 73 2 14mm 0 0 96 大于5mm占15 4 临床常用的误差修正办法 在临床靶区 CTV 外放一定的间距形成内靶区 ITV 和计划靶区 PTV 通常还包括摆位误差 此法较简单 但它以牺牲周围正常组织尤其是危及器官为代价 从CTV到PTV边界缩小是放射治疗能否取得成功的重要因素 一般来说 照射体积越大 肿瘤治疗剂量需要越高 实验证明 肿瘤治疗剂量若有近10 的增加 肿瘤控制概率几乎5倍的增加 15 75 临床常用的误差修正办法 解决靶区运动的有效方法是采用某种技术手段探测靶区运动 并采取相应措施应对 那就是采用图像引导放疗 IGRT 量化摆位和靶区运动引起的误差 即根据摆位误差结果合理分析 反过来指导治疗计划设计时计划靶体积边界大小的确定 减少正常组织的受照剂量 提高肿瘤控制概率 这是保证现代放疗技术治疗质量的关键环节 CTV PTV外放边界大小的研究 ICRU50号和62号报告对放疗的各种靶区体积做了定义 CTV PTV外放边界的大小对放射治疗影响明显 过小会使局部区域漏照 影响肿瘤的局部控制率 过大则导致周围正常组织受照过多 OAR并发症率相应增高 研究参照Remeijer相关定义 对于患者个体而言 系统摆位误差是分次摆位误差的平均值 随机摆位误差是分次间摆位误差的波动 用分次摆位误差的标准偏差表示 CTV PTV外放边界大小的研究 Stroom 1999 等采用DVH和靶区覆盖可能性分析指出 为使99 的CTV受到95 的处方剂量 由CTV到PTV的大小至少应为2 0 7 VanHerk 2000 等也给出了相应的公式 2 5 0 7 0 3 本次研究根据CTV外放 2 0 7 公式 计算PTV外放边界大小为头颈部 X 3 3mm Y 3 3mm Z 3 4mm体部 X 6 6mm Y 7 5mm Z 5 5mm 患者摆位误差的原因 不同技术员摆位 多次摆位等因素具有随机性和偶然性 摆位技术责任心 患者自主和不自主的运动 治疗过程中病情的变化不同治疗单位采用的设备精度和摆位技术的差异 无疑将导致系统误差差异 而随机误差因素的偶然性 即使同质研究对象间固有抽样误差等因素亦导致不同研究结果中随机误差不同 头颈部患者的固定采用头枕和热塑膜 患者经此固定后各个方向上动度较小 胸腹部患者采用真空体模固定 固定效果较热塑面罩差 基于上述原因 不同研究单位的误差结果仅对本单位治疗系统放疗计划的制定和实施具有参考意义 CBCT IGRT系统质量保证必要性 kV CBCT的主要功能是辅助提高肿瘤放射治疗的位置精度 而在锥形束CT不断的使用过程中 由于存在机械运动磨损和电子器件的使用老化 所以有可能会引起以下几个方面的改变 1 系统安全性问题 2 图像质量问题 3 硬件参数问题 4 几何特性问题因此锥形束CT的质量保证 QA 是日常工作中不容忽视的问题 CBCT系统QA实施 安全性 kV CBCT安全性和应用性的检查是每天非常重要且必要的工作检查内容 检测加速器的各项连锁是否正常 转动机架时确保防撞连锁不会因为重力而激活 触动防撞开关 检查连锁是否被激活 检测机器的各个机械结构是否正常 KV平板与KV X线球管的位置及联锁定期检查和备份病人数据及系统数据 测试和计划系统的传输连接是否正常 CBCT系统QA 图像质量 病人经过锥形束CT扫描后得到CT图像 重建后与计划系统传输的参考CT图像进行3 D配准 XVI系统可以进行自动配准 骨性配准和灰度配准 或手动配准 因此配准的精确度主要取决于图像质量 而kV CBCT的图像对比度和空间分辨率与计划参考CT 诊断CT 不同 但是高质量的kV CBCT图像和保证kV CBCT图象质量稳定对于提高配准精度有重要意义 图像质量差会导致配准误差增大 CBCT系统QA 图像质量 图像质量QA需要使用图像质量检测模体 将每次获得的图像质量参数与基准值进行比较 监测图像质量是否发生改变 如果得到的参数值超过了规范要求 则需要进行校正 图像质量QA主要有7个检测项目 CatphanCTP503phantom内置有多个密度和尺寸已知的模块 CBCT系统QA 图像质量 1 3 D灰度分辨率检测 使用XVI容积成像 扫描Catphan模体并三维重建后 在横断面窗口 找到 对比测试模块 部分 检测装有聚苯乙烯和低密度聚乙烯 LDPE 的横截面中心的像素平均值和标准差 标准 1 5 polystyrene LDPE CBCT系统QA 图像质量 2 3 D横断面水平 垂直方向失真度检测 在横断面窗口中的 对比测试模块 部分 测量装有聚甲醛树酯与低密度聚乙烯截面圆心间的实测距离 标准 117mm 1 04mm 4个像素点 CBCT系统QA 图像质量 4 3 D图像一致性检测 在横断面窗口 找到 一致性检测 模块部分 采集图像中心位置和图像其他任意3个点的像素值 获取抽样图像像素值 记录3点的平均像素值 计算3 D图像一致性 要求结果 1 5 CBCT系统QA 图像质量 5 3D空间分辨率检测 在横断面窗口 找到 空间分辨率模块 部分 调节窗宽和窗位到一个比较合适的 记录可分辨的线对数量 要看到线对黑白相间 要求至少可看到10lp cm 10lp cm 13lp cm CBCT系统QA 图像质量 6 3 D矢状位几何精确性检测在矢状窗口 找到 矢状位几何精度检测 模块 测量左侧第一个点到最后一个点的距离 调节适当窗宽和窗位 结果要求 实测距离 110 1 04mm CBCT系统QA 图像质量 7 图像伪影检测 常见的图像伪影包括截断伪影 环状伪影 帽状条状伪影 这些伪影的出现通常是由于成像系统硬件参数出现问题造成的 要求不可以见到这些伪影 CBCT系统QA 图像质量 二维影像系统QA2 D灰度分辨率检测2 D空间分辨率检测 11 16Lp cm 16 1 35 CBCT系统QA实施 硬件参数 3 KV探测器平板坏点检测 一个全新的KV接收板 都会存在坏点 这些坏点会导致图像产生环状伪影 需要找出并剔除 所以需要每年扫描得到一个 坏点分布图 badpixelmap 4 KV发生器稳定性检测 需相关检测设备 曝光电压 电流 时间的重复性和准确性检测 加速器机载式锥形束CT 几何特性 投影图像的角度与加速器射野中心轴呈90 夹角成像等中心与治疗等中心的校正是一致的 CBCT系统QA实施 几何特性 几何精度的QA对于精确放疗意义重大 应该重视使用的情况定期检查 使误差控制在允许范围内 否则会影响放疗的精确性 甚至产生矫枉过正的后果 CBCT系统QA实施 几何特性 1 3 D配准准确性检测 检测用于评估KV系统的等中心是否与加速器等中心一致性 ball bearing模体 CBCT系统