食管癌图形引导的放射治疗(IGRT)6个自由度摆位误差研究

目的肿瘤患者在接受放射治疗的过程中,会因各种原因引起摆位误差,影响放射治疗的准确性。因此有必要利用锥形束CT在线研究食管癌六个自由度的摆位误差,为临床提供数据。方法采用图像引导的放射治疗(imageguidedr adiotherapy,IGRT)的锥形束CT(cone—beam computedtomography,CBCT)影像技术获得患者左右(X)、头脚(Y)、前后(Z)3个方向的线性摆位误差以及分别以X、Y、Z轴旋转形成相应的U、V、W旋转摆位误差。对食管癌患者146次治疗前摆位后、摆位误差调整后及治疗后获取348个CBCT信息,通过系统配有的匹配功能,获取的CBCT图像与计划CT图像相匹配,获取线性误差和旋转误差,分析其摆位误差。结果将计划CT作为参考标准,治疗前摆位后的摆位误差呈近似正态分布,系统误差(均数)±随机误差(标准差)在X、Y、Z、U、V、W6个自由度分别为(0.85±3.56)mm、(1.82±4.00)mm、(-2.31±2.10)mm、(0.59±0.85)°、(0.29±1.30)°、(0.40±0.86)°。误差调整后再次CBCT,结果显示摆位误差明显缩小(P<0.05)。结论食管癌放射治疗摆位误差在Y、Z方向上较为明显,个别患者还有较大的旋转误差,通过CBCT测量食管癌患者治疗前的摆位误差,并行6个自由度的在线调整误差,可明显减小平面误差和旋转误差,提高放疗准确性。

基于IGRT技术的宫颈癌调强治疗摆位误差重复性研究

目的:利用IGRT技术采集的宫颈癌调强放射治疗前三次的摆位误差,研究宫颈癌的摆位重复性。方法:入组17例进行调强放射治疗的宫颈癌患者。治疗的前三次进行锥形束CT扫描,配准获得患者的摆位误差。分析摆位误差的变化和对三天之内的数据进行两两配对t检验,以获得宫颈癌摆位的重复性规律。结果:数值绝对值矫正后,平移的误差中沿着患者头脚方向的误差大于另外两个方向的误差。任意两组的对比均无统计学意义。结论:宫颈癌摆位中应特别注意沿身体头脚方向的平移误差。治疗中的摆位重复性无规律。再次摆位并没有减少摆位差。应进行多次的CBCT扫描及体位矫正。

In Room CT与电子射野影像系统在头颈部肿瘤图像引导放射治疗中配准的对比研究

目的应用In Room CT与电子射野影像系统(EPID)技术测量分析头颈部肿瘤图像引导放射治疗(IGRT)的摆位误差,并评价In Room CT在放疗中摆位修正的应用价值。方法选取施行IGRT的头颈部肿瘤患者20例,每周1次于放疗前行EPID摄片后,行In Room CT扫描,将EPID图像与DRR、In Room CT图像与计划CT图像配准得出摆位误差值。以In Room CT的误差值进行修正后放疗,放疗后再行EPID片的拍摄并与DRR配准。计算三组数据的均值、标准差,进行统计学处理。结果放疗前EPID组与In Room CT组在X,Y轴方向配准结果较为相近(P>0.05),Z轴方向(P<0.05);通过修正前后EPID配准比较,应用In Room CT修正,缩小了放疗摆位误差,Y、Z轴方向具有统计学意义(P<0.05)。结论 In Room CT与EPID图像都能很好地验证放疗靶区位置。In Room CT图像可以分析三维方向的影像误差,降低了EPID图像因影像重叠对摆位误差所产生在影响。

胸段食管癌图像调强放疗的摆位误差和近期疗效评价

目的探讨图像引导调强放疗(image guided radiation therapy,IGRT)治疗胸段食管癌的疗效。方法采用KV级的锥形束CT(cone beam CT,CBCT)获取摆位误差纠正前/后患者左右(X)、头脚(Y)、腹背(Z)3个方向的线性摆位误差进行对比并研究其对靶区和危及器官剂量分布的影响;同时选择接受调强放疗(intensity modulated radiotherapy,IMRT)的胸段食管癌患者,分为IGRT组(80例,IGRT治疗)、IMRT组(82例,IMRT治疗),比较2组患者的急性放射反应及近期疗效。结果 (1)IGRT摆位误差纠正前/后X、Y、Z 3个方向摆位的系统误差和随机误差均显著降低(P<0.05),模拟计算得出原发肿瘤平均剂量变化为-4.32%～2.24%,心脏剂量变化为-4.57%～23.54%,肺脏剂量变化为-1.86%～12.45%,脊髓剂量变化为-10.05%～21.43%。(2)IGRT组与IMRT组比较,0级+Ⅰ级的急性皮肤反应、上消化道反应和呼吸道反应分别为:92.5%、86.25%、88.75%和91.46%、53.65%、43.90%,其中0级+Ⅰ级上消化道反应和呼吸道反应比较差异有统计学意义(P<0.05);2组患者的近期疗效总有效率分别为98.50%和96.34%,差异无统计学意义(P>0.05)。结论应用IGRT能够明显提高靶区及危及器官剂量分布的精确性,减少患者毒副反应并取得了良好的疗效。

图像引导调强放疗在食管癌治疗的应用

目的探讨食管癌影像引导的放射治疗(image guided radiation therapy,IGRT)中的摆位误差对靶区和危及器官物理剂量变化的影响。方法选择2010年9月—2011年11月我院用美国瓦里安公司的具有机载影像系统(on-borad-imager,OBI)的23EX直线加速器治疗机治疗食管癌患者28例。所有患者在首次摆位后、摆位误差纠正后及治疗后,用KV级的锥形束CT(cone beam CT,CBCT)扫描获取患者的3种容积图像,每位患者每周验证1次,采集3次CBCT图像。28例患者共扫描411次。每例患者的每次CBCT图像均与其原始计划CT图像进行靶中心匹配,计算首次摆位后、摆位误差纠正后及治疗后在X(左右)、Y(腹背)、Z(头脚)方向偏移误差,获得3组X、Y、Z三维方向的移床数据。将每位患者每次CBCT校正的偏移误差,通过Eclip se 8.6Version治疗计划系统研究摆位误差在食管癌放疗中对靶区和危及器官剂量分布的影响。结果 (1)28例食管癌患者每次首次摆位后的CBCT共137次,系统误差±随机误差在X、Y、Z方向分别为(0.696 3±2.794 7)、(0.688 9±2.250 9)、(0.859 3±3.425 5)mm,对这些摆位误差均进行实时纠正,纠正后X、Y、Z 3个方向摆位误差的系统误差和随机误差均低于首次摆位误差。(2)摆位误差纠正前、纠正后的数据比较差异有统计意义(P<0.05),摆位误差纠正后与治疗后相比差异无统计学意义(P>0.05)。(3)计算模拟得出原发肿瘤(GTV)平均剂量变化为-3.52%～2.44%,心脏剂量变化为-4.18%～25.53%,肺脏剂量变化为-1.82%～13.93%,脊髓剂量变化为-10.50%～20.87%。结论采用IGRT对食管放疗的摆位误差纠正有明显的作用,且能较大幅度减少摆位误差。应用OBI-CBCT系统,进行实时摆位误差校正,使靶区及周围正常组织器官剂量分布准确,提高靶区剂量而减少正常组织的受量,为临床放疗提供质量保证。

兆伏级扇形束CT在头颈部肿瘤放射治疗中的扫描策略研究

目的:探讨螺旋断层放射治疗(HT)系统兆伏级CT(MVCT)在头颈部肿瘤放射治疗中扫描条件的设定。方法:选取11例头颈部肿瘤患者,行MVCT扫描时采用不同层厚与范围组合,将扫描和计划图像配准后,对配准部位的进出(LNG)、左右(LAT)、升降(VRT)及旋转(ROLL)4个方向的偏差值进行分析。结果:对于鼻咽癌等靶区长的患者,相同扫描范围4 mm和6 mm的不同扫描层厚在LAT、LNG、VRT和ROLL的4个方向偏差值均无统计学差异;当不同扫描范围为颅底-下颏及喉-锁骨上时,在LAT、VRT和ROLL的3个方向的偏差值有明显统计学差异(t=-5.48,t=-2.56,t=-3.82;P<0.05)。对于垂体瘤等靶区短的患者,采用不同的扫描层厚及范围,配准结果无统计学差异。结论:靶区较长的头颈部肿瘤,可选择较宽层厚减少扫描时间,需关注不同配准区域形成结果的差异;对于靶区短的肿瘤,可采用较窄的层厚提高图像质量,使其易于临床配准。

螺旋断层放射治疗腹部肿瘤治疗误差分析

目的探讨螺旋断层放射治疗腹部肿瘤的物理学选择参数和MVCT影像引导下的治疗误差。方法采用螺旋断层治疗20例上腹部肿瘤患者,照射野宽度(field width,FW)为2.5cm,螺距比(pitch)选择0.3,调制因子(modulation factor,MF)为2.5;每次治疗前实行靶区MVCT扫描并与治疗计划靶区进行自动配准后再实现剂量靶区的手动调节,获得治疗误差及分布规律。结果治疗误差最小值和最大值在x、y和z轴分别为:(1.205±0.207)mm和(6.496±2.165)mm;(2.600±0.671)mm和(9.0075±1.5017)mm;(0.880±0.188)mm和(5.151±1.821)mm。结论影像引导确实提高了肿瘤治疗精度和准确性,同时为正确设定上腹部肿瘤计划靶区提供了依据。

IMRT联合锥形束CT技术治疗颅内危险区肿瘤病灶

目的采用兆伏级锥形束CT(cone-beam computed tomography,CBCT)技术图像引导调强放射治疗(intensity modulated radiotherapy,IMRT)颅内危险区肿瘤病灶,评估其摆位误差及PTV外扩范围。方法对36例颅内肿瘤患者设计IMRT放疗计划,采用西门子ONCOR直线加速器配备的MVi-sion兆伏级CBCT进行三维方向(左右、上下、前后)容积成像并与计划CT图像相匹配获取前5次放射治疗摆位后和摆位误差调整后CBCT数据,分析摆位误差及PTV外扩范围。结果 36例患者三维方向摆位误差分别为,左右(2.22±1.37)mm、上下(2.62±1.50)mm和前后(2.77±1.34)mm。摆位误差调整后较调整前摆位误差相比在三维方向均有降低,并且差异均具有统计学意义(P<0.05)。5次CBCT分次间摆位误差在三维方向上差异均无统计学意义(P>0.05)。若不行CBCT摆位误差校准,PTV在三维方向的外扩范围,左右:2.94mm,上下:3.31mm,前后:3.52mm。若行CBCT摆位误差校准,PTV在三维方向的外扩范围,左右:1.00mm,上下:1.19mm,前后:1.68mm。结论各个方向的摆位误差边界小于4mm,采用兆伏级CBCT技术对颅内肿瘤IMRT治疗分次间摆位误差的纠正和PTV边界的评估对提高颅内危险区肿瘤IMRT治疗的精度有重要意义。

三种图像自动配准技术在头颈部肿瘤放射治疗摆位偏移检测中的对比研究

目的:比较影像追踪(iSCOUT)、锥形束电子计算机断层扫描(CBCT)图像及千伏级数字X射线摄影(KVDR)3种图像自动配准技术在头颈部肿瘤图像引导放射治疗摆位偏移检测中的配准精度和效率,探讨iSCOUT图像引导放射治疗定位系统的临床应用价值。方法:使用仿真人头颈模体模拟肿瘤放射治疗摆位偏移,分别通过iSCOUT、CBCT和KVDR的3种图像自动配准技术获得配准图像,与系统导入的计划CT图像或数字重建X射线摄影(DRR)图像进行自动配准得到摆位偏移,完成移床测量出配准误差,比较3种图像配准的误差及所需时间(T)。结果:摆位偏移在2 mm、4 mm和6 mm时,iSCOUT、CBCT及KVDR配准误差两两比较均无统计学差异;摆位偏移在8 mm、10 mm、12 mm和14 mm时,CBCT与KVDR相比差异具有统计学意义(F=4.664,F=2.554,F_(1)=4.209,F=2.193;P<0.05),iSCOUT与CBCT、iSCOUT与KVDR相比均无统计学差异;摆位偏移在16 mm时,CBCT与iSCOUT、CBCT与KVDR相比均有统计学差异(F=3.745,P<0.05),而iSCOUT与KVDR相比无统计学差异。配准所需时间为TiSCOUT(96.34±4.30)s,T_(CBCT)(191.89±6.25)s,T_(KVDR)(155.30±6.59)s,两两比较差异均有统计学意义(F=1105.060,P<0.01)。结论:iSCOUT图像引导放射治疗定位系统在模拟摆位偏移检测中的配准精度与CBCT和KVDR相当,但配准效率最优。

锥形束CT系统的散射校正方法分析

目的:在锥形束CT成像系统中,对投影数据进行适当的散射校正是一步重要的数据校正。方法:本文对目前关于锥形束CT图像散射的软件校正方法做了综述,其中包括了卷积法、反卷积法、蒙特卡罗模拟法以及基于散射校正板(beam stop array,BSA)的散射校正法,并对各种方法进行了比较和讨论。结论:基于BSA的散射校正方法对三维锥形束CT系统进行散射校正是一种实用有效的校正方法。

锥形束CT自动化图像QA软件的设计与实现

为了提升锥形束CT图像质量保证的速度和准确性,该文设计并实现了一种基于特征提取的自动化图像质量保证软件。该文介绍了软件如何通过Canny算法和Hough变换圆检测实现Catphan500模体的定位和各个组件中ROI的选取。针对Catphan500模体中的不同组件,该文分别介绍了软件中HU准确性、空间线性度、HU均匀性、空间线性度的计算方法。最后,该文通过实验验证了软件的可行性。

光学表面成像系统在肿瘤放射治疗中的临床应用

基于电子直线加速器的放射治疗已进入图像引导放射治疗时代。图像引导方式有电离辐射及非电离辐射两类,前者包括电子射野影像系统、锥形束计算机断层扫描引导系统;后者包括超声引导系统、电磁追踪系统、核磁引导系统及光学表面成像(Optical Surface Imaging,OSI)系统。在临床应用成本、临床使用范围、临床准确性和重复性、患者使用舒适度及患者辐射安全性方面,OSI系统都具有自身独特的优势。本文总结近年来OSI系统在不同部位肿瘤放疗中的应用及存在的问题,以期为临床提高靶区治疗精确度提供帮助。

锥形束CT的常规检测方法和质量保证

目的探讨图像引导放疗中锥形束CT的常规检测方法和质量保证(QA)。方法从加速器中锥形束CT的相关项目验收程序入手,对锥形束CT系统进行日检、周检、月检,完成锥形束CT的系统安全、机械精度、图像质量等项目的质量保证。结果锥形束CT的系统安全性能正常,机械精度和图像质量的误差均在允许范围。锥形束CT的等中心与加速器机架等中心的误差为0.3 mm,SAD检测结果为85.2 cm,均在允许的误差范围内。锥形束CT在OBI模式下2D图像的低对比度分辨率和空间分辨率均合格,CBCT模式下CT图像空间分辨率在Ful-Fan和Half-Fan扫描模式下分别为7 lp/cm和6 lp/cm,低对比度分辨率合格,HU值的线性和一致性均合格,几何失真度小于1 mm,CT图像质量检查均为正常。结论锥形束CT的常规检测和质量保证可确保锥形束CT系统安全、精确。

kV—CBCT图像引导鼻咽癌调强放疗的精确性研究

目的探讨千伏级锥形束cT（kV—CBCT）图像引导技术对鼻咽癌调强放疗精确性的影响。方法331例鼻咽癌调强放疗患者每周行kV-CBCT校正扫描。计算系统误差（∑）和随机误差（σ），摆位扩边按照VanHerk公式计算（2．5∑＋0．7σ）。结果分析3972个CBCT扫描图像。校正前在x、y、z方向上的平移误差和旋转误差分别为（0．95±0．79）、（1．04±0．66）、（1．14±0．63）mm和1．32°±0．99°、1．45°±1．37°、1．25°±1．35°，校正后分别为（0．56±0．44）、（0．56±0．51）、（0．42±0．63）mm和0．78°±0．76°、0．62°±0．85°、0．75°±0．64°。在x、y、z方向校正前的计划靶区扩边值（MPTV）分别为2．93、3．06和3．30mm，校正后为1．71、1．76和1．49mm。结论应用kV-CBCT校正鼻咽癌调强放疗摆位中的线性和旋转误差明显缩小系统和随机误差，使得MPTV缩小到2mm以内，提高了放疗的精确性。

应用锥形束CT研究盆腔肿瘤放射治疗分次间及分次内的摆位误差

[目的]研究盆腔肿瘤放疗分次间及分次内的摆位误差,计算临床靶区(CTV)到计划靶区(PTV)的外放边界(MPTV)。[方法]应用ELEKTA Synergy IGRT直线加速器系统治疗盆腔肿瘤24例,通过锥形束CT(CBCT)影像技术获得患者左右(X)、头脚(Y)、前后(Z)方向线性摆位误差以及分别以X、Y、Z轴旋转形成相应的U、V、W旋转摆位误差,分析分次间、分次内的摆位误差,计算MPTV。[结果]24例患者共行365次首次摆位后CBCT扫描,系统误差(均数)±随机误差(标准差)在X、Y、Z方向上分别为(0.73±1.67)mm、(0.11±4.69)mm、(-1.77±2.60)mm,U、V、W方向上分别为(0.81°±1.11°、-0.01°±1.18°、0.39°±0.88°;纠正后摆位误差显著低于首次摆位后摆位误差(P<0.05),治疗后摆位误差较纠正后显著增加(P<0.05);纠正前X、Y、Z方向的MPTV分别为4.93mm、12.63mm、7.06mm,纠正后X、Y、Z方向的MPTV分别为1.25mm、2.43mm、1.67mm。[结论]盆腔肿瘤放疗时Y方向摆位误差最大,Z方向次之,X方向最小,旋转误差一般不超过3°;应用CBCT实施IGRT,可在线实时纠正分次间的摆位误差,提高放疗的精确度;应用CBCT引导放疗时,MPTV可缩小至所有方向均为3mm。

机载锥形束CT的质量控制

机载锥形束CT主要通过放疗在线获得图象,并根据在线与计划参考图象对比,校正位置误差和离线分析肿瘤及器官运动,以辅助提高和确保精度放疗的效果。因此同样需要规范的质量控制,并定期执行。文章简要介绍目前形成的较为合理规范的机载锥形束CT质量控制内容、基准和执行频度。

基于容积旋转弧形调强放疗技术的肝癌立体定向放疗方案评估与位置误差分析

目的 基于容积旋转弧形调强放疗（VMAT）技术，对肝癌立体定向放疗（SABR）方案进行评估，并结合图像引导技术及呼吸管理技术，分析执行中患者位置误差。方法 回顾性分析接受基于VMAT技术的SABR治疗并配合自主深呼气末屏气技术（vDEBH）进行呼吸管理的15例肝癌患者。VMAT计划采用2个部分弧，对治疗方案评估剂量参数，比较VMAT与调强放疗技术（IMRT）的计划质量差异。所有优化方案均经质量保证（QA）验证，包括点剂量和面剂量验证、机器跳数（MU）和出束时间记录。每次治疗时，锥形束CT（CBCT）影像采集2次，包括治疗前1次评估两次治疗间误差和治疗结束后1次评估当次治疗内位移。结果 VMAT和IMRT优化方案的各剂量学参数均满足临床治疗要求，差异无统计学意义（P〉0.05）；相比IMRT，VMAT方案的平均MU降低了28.1%（t=3.064，P〈0.05），且治疗时间缩短了31.6%（t=2.278，P〈0.05）。CBCT图像引导结果显示，采用vDEBH技术可有效减少当次治疗内的位置误差，各方向上的偏移均控制在可容许范围内（〈3 mm）。结论 基于VMAT技术的肝癌SABR治疗计划在靶区体积剂量分布和正常组织受量等剂量学表现与IMRT技术相当，可行性良好且在治疗效率方面优势明显。

光学表面监测系统在胸部肿瘤调强放疗的初步应用

目的探讨光学表面监测系统在胸部肿瘤调强放疗的摆位精度及其应用价值。方法选取28例胸部肿瘤患者,应用体表标记与激光灯进行治疗前摆位,治疗前行锥形束CT(CBCT)扫描,扫描时通过光学表面监测系统获取表面影像,并与参考影像配准,记录x(左右)、y(头脚)与z(前后)轴的平移误差与旋转误差;扫描后CBCT图像与计划CT图像配准并记录x、y与z轴的平移误差与旋转误差,校正误差后治疗。应用Pearson法分析两组摆位误差的相关性,计算两组摆位误差的系统误差(Σ)与随机误差(σ);应用Bland-Altman法评估两种影像系统的一致性,并计算95%的可信区间。结果两组摆位误差有较好的相关性,相关系数在x、y、z轴分别为0.79、0.62、0.53,光学表面监测系统(OSMS)的Σ/σ(mm/mm)在x、y与z轴分别为0.7/1.5、0.9/1.8、0.9/1.5;CBCT的Σ/σ(mm/mm)在x、y与z轴分别为0.8/1.6、1.3/1.9、0.7/1.5;95%的可信区间在x、y与z轴的平移方向分别为(-2.0~2.3)、(-3.4~3.6)与(-3.3~2.4)mm,旋转方向分别为(-2.0~1.6)°、(-2.0~1.4)°与(-1.6~1.6)°。结论OSMS是一种有效的图像引导工具,能快速准确地验证患者位置,提高摆位精度,可用于胸部肿瘤患者调强放疗的治疗摆位。