电子射野影像系统测量鼻咽癌调强放疗的摆位误差(一)

1、电子射野影像系统测量鼻咽癌调强放疗的摆位误差(一)    作者：潘才住， 潘建基， 陈传本， 张秀春， 李金莲 【关键词】 鼻咽肿瘤；,放射疗法；,体位；,图像处理,计算机辅助关键词: 鼻咽肿瘤； 放射疗法； 体位； 图像处理，计算机辅助ABSTRACT: ObjectiveTo investigate the setup verification using electronic portal imaging for nasopharyngeal carcinoma intensity modulated radiation(IMRT)Methods

2、Thirty six patients were enrolled in study.Electronic portal images(EPI) were acquired once every week in the radiation course and a total 372 anterior or lateral isocentric EPI were compared to digitally reconstructed radiograph(DRR) using electronic portal imaging device(EPID). Results About 90.6%

3、 of all translational setup errors were 3 mm, and 99.2%5 mm. The overall systematic error was -0.5 mm(±1.2 s) in Xaxis(rightleft direction), -0.5 mm(±1.4 s) in Yaxis(superiorinferior direction) and -0.9 mm(±1.5 s) in Zaxis(anteriorposterior direction). The corresponding s of the rando

4、m errors were ±0.3, ±0.2 and ±0.3 mm. The estimated margins required for CTVPTV were calculated according to the van Herk formula was 3.2, 3.6 and 4.0 mm, respectively. Conclusion There exists some extent of setup error in nasopharyngeal carcinoma IMRT. Online correction of setup erro

5、r using EPID in order to reduce systematic error and random error and then improve setup precision.KEY WORDS: nasopharyngeal neoplasms; radiotherapy; posture; image processing,computer assisted鼻咽癌是我国常见恶性肿瘤之一，生物学特点和解剖学位置决定调强放射治疗（intensity modulated radiation therapy，IMRT）是其主要的治疗手段之一。IMRT可使肿瘤靶区得到准确的剂量

6、，同时周围正常组织和危及器官可得到充分的防护。但是该技术实施的同时也对摆位的精确度提出了更高的要求，摆位误差不仅会导致部分靶区不能得到足够的剂量，降低肿瘤的局部控制率，还可能使得高剂量区移到危及器官的区域内，造成严重并发症或后遗症13。目前国内外已有多家医院先后采用电子射野影像系统（electronic portal imaging device, EPID）测定放射治疗的摆位误差，证实其具有较好的临床应用价值46。笔者通过测量2005年7月2005年12月鼻咽癌IMRT的摆位误差，探讨鼻咽癌IMRT摆位扩边的大小并对EPID的临床应用价值作进一步评价。1 对象与方法1.1 对象 36例鼻咽癌

7、IMRT患者中，男性26例，女性10例，中位年龄47岁（2768岁）。根据1992年福州分期标准：期3例，期12例，期15例，期6例。1.2 体位固定、定位方法和放疗方式 1.3 电子射野影像片（EPI）的获取 1.4 摆位误差的测量 摆位误差的测量采用直线加速器（precise直线加速器，瑞典医科达公司）自带的EPID系统，以治疗计划系统形成的数字重建射线影像(digitally reconstructed radiograph，DRR)作为治疗参考位置，以蝶鞍、外耳孔、第12椎体前缘、下颌骨及鼻中隔等骨性解剖标志作为标记点。EPID系统下将EPI与DRR配准（先射野边框配准，然后标记点配准

8、），EPID系统即可自动计算出每次摆位的三维移动度（X轴代表左右方向，Y轴代表头尾方向，Z轴代表前后方向，向后、右、上方向移位为正值，向前、左、下方向移位为负值）。1.5 统计学处理 分别测定每位病人每次摄片X轴、Y轴和Z轴的摆位误差（由于正侧位片上均有Y轴的摆位移动度，故采用二者的均数作为Y轴的摆位误差）。每位病人的摆位系统误差以每次摆位误差的平均值表示，摆位随机误差以每次摆位误差的标准差表示。总体摆位系统误差为每位病人系统误差均值（），系统误差的标准差记为，随机误差的标准差记为。根据文献CTVPTV扩边公式（MPTV2.5+0.7）分别计算X轴、Y轴和Z轴的MPTV值79。2 结果2.1

9、每次摆位误差的情况 36例患者中,24例拍摄EPI 5次，9例拍摄6次，3例拍摄4次，总共拍摄372张，即X轴、Y轴和Z轴分别有372个摆位误差测定值。在所有测定值中，大约90.6%3 mm，99.2%5 mm（图13）。2.2 每位病人的摆位系统误差和随机误差 每位病人各个方向的摆位系统误差以每次摆位误差的平均值（mean）表示，摆位随机误差以每次摆位误差的标准差（SD）表示。结果见表1。表1 36例患者摆位系统误差和随机误差表（略）2.3 总体摆位系统误差、随机误差和MPTV值的估计36例患者总体摆位误差和MPTV值见表2。表2 总体摆位误差情况和摆位扩边的估计（略）3 讨论鼻咽癌是我国常

10、见恶性肿瘤之一，放射治疗是鼻咽癌的主要治疗手段。放射治疗的目标是努力提高放射治疗增益比，即最大限度地将放射线的剂量集中到病变（靶区）内，杀灭肿瘤细胞，而使周围正常组织和器官少受或免受不必要的照射。IMRT不仅能使照射野的形状与肿瘤靶区的形状基本一致，其照射野内不同点的剂量也不同，高剂量线更加集中于计划靶区，而需要保护的危险器官剂量则迅速跌落至允许范围内。研究表明，在整个放射治疗过程中，每次治疗时患者的摆位位置会有所变化，而这种摆位的不精确性不仅可能造成靶区漏照，也可能使得高剂量区移到危险器官的区域内，造成严重并发症或后遗症13。因此，如何降低放射治疗中的摆位误差已成为当今肿瘤放射治疗界医师、物

11、理师和技术员研究的重点和难点。国际辐射单位与测量委员会（International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU）50号报告指出, 由于存在摆位误差和器官运动等因素的影响，临床靶区（clinical target volume，CTV）外需加个边界以包括CTV位置相对射野的变化，即计划靶区（planning target volume，PTV）10。ICRU62号报告还明确将摆位误差与器官移动引起的误差加以区分，同时引入了摆位扩边（setup margin,SM)的概念11。头颈部肿瘤（包括鼻咽癌）因受颅底结构的限制，器

12、官移动度很小，PTV外扩范围大小主要决定于摆位误差。一般将总摆位误差分为系统误差（又称治疗准备误差）和随机误差（又称治疗执行误差）。为了便于描述，Stroom等将系统误差和随机误差分别定义如下2：系统误差为每个病人在整个治疗过程中误差的均值，一般以表示系统误差的标准差（standard deviation,s）。随机误差为每个病人的每次总误差减去该病人的系统误差，其样本量等于病例数与拍片次数的乘积，一般以表示随机误差的标准差。他们同时还指出，CTV到PTV的外扩边界至少应为MPTV2+0.723。van Herk等也基于以上假设对PTV外扩范围进行了统计学理论推导，得出使90%病人CTV最低剂

13、量达处方剂量>95%的PTV外扩范围，公式为为MPTV2.5+0.779。尽管两个公式有所差异，但是都表明放射治疗过程中系统误差对摆位精度的影响比随机误差较大。目前测量摆位误差的方法主要有两种，即射野照相(portal radiograph，PF)法和EPID法12。 EPID主要用于患者治疗前或治疗中的位置验证。与PF相比，EPI是实时射野成像，可实时显示照射过程中的体位和照射野与靶区问的关系，使误差得以及时纠正。EPID法能实时有效地测量放射治疗过程中的摆位误差。本研究结果表明，EPID法测量鼻咽癌IMRT摆位误差具有较好的临床应用价值。然而，笔者发现，尽管采用热塑形面罩等体位固定技

14、术，鼻咽癌IMRT仍具有一定程度的摆位误差，个别病例误差甚至接近5 mm，建议于EPID系统下进行实时摆位误差纠正，以便进一步降低摆位系统误差和随机误差，提高摆位精度。此外，EPID和PF一样，其共同缺点是图象对比度低，解剖结构不够清晰。头颈解剖结构(如椎体、蝶鞍、下颌骨等)在正位上能清晰显示的某一点在侧位片上往往不能准确确定其坐标，而且即使是骨性解剖结构在电子射野影像片上也显示不佳，所以以解剖结构作为内标记来精确测量摆位误差可能会造成一定的人为误差。对此，郑步宏等研究发现“牙合垫内置标记点法(牙合垫法)”可较精确地测量鼻咽部肿瘤的摆位误差13。本研究者也正准备将牙合垫法和EPID结合，实时纠

15、正鼻咽癌IMRT的摆位误差，以期减少摆位的系统误差和随机误差。此外，目前国外已有附加在加速器上的锥形束CT(conebeam CT)1415,研究发现其可实时在线测定放射治疗过程中的摆位误差，且不存在人为因素的影响，但费用较高，目前国内还没有医院引进此设备。当然，近年来一些呼吸门控技术（如ABC法）和影像引导的调强放射治疗（IGRT）在限制放射治疗过程中器官移动和提高摆位精度方面已取得较大的进展1618。由于鼻咽癌IMRT具有一定程度的摆位误差，因此笔者建议于EPID下进行实时摆位误差纠正，以便进一步降低摆位系统误差和随机误差，提高摆位精度。同时，由于电子射野图象对比度低，解剖结构不够清晰，放

16、射治疗过程中摆位误差的测定和纠正技术还有待于进一步改进。参考文献：1Hunt M. The effect of positional uncertainties on the treatment of primary nasopharynx cancerJ. Med Phys, 1989,16:456464.2Stroom J C,de Boer J C,Huizenga H, et al. Inclusion of geometrical uncertainties in radiotherapy treatment planning by means of coverage probabi

17、lityJ. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 1999,43:905919.3Stroom J C,Heijmen B J. Geometrical uncertainties,radiotherapy planning margins,and the ICRU62 report J. Radiother Oncol, 2002,64(1):7583.4Jef M M,Mary V G,Waller R B,et al. Prospective clinical eva lution of electronic portal imaging deviceJ. Int

18、 J Radiat Oncol Biol Phys, 1996,34:943951.5Hurkmans C W,Remeijer P,Lebesque J V,et al. Setup verification using portal imaging: review of current clinical praticeJ. Radiather Oncol, 2001,58(2):105120.6Mandy H M,Urbano T G,Mubata C,et al. Assessment of a customized immobilization system for head and neck IMRT using electronic portal imagingJ. Radiother Oncol, 2005,77:3944.7McKenzie A,van Herk M,Mijnheer B. Margins for geometric uncertainty around organs at risk in radiotherapyJ. Radiother Oncol, 2002,62(3):299307.8van Herk M,Remeijer P,Leb