锥形束CT成像技术及其在放疗中的应用

图像引导放疗(image-guided raduotherapy,IGRT)是继三维适形、调强放疗之后,又一新的放疗技术,它在分次治疗摆位时和(或)治疗中采集图像和(或)其他信号,利用这些图像和(或)信号,引导此次治疗和(或)后续分次治疗~([1]).     

分次放疗中靶区和危及器官不确定性的研究

分次放疗过程中,靶区和周围危及器官的解剖结构及相对位置会产生不同程度的变化,这些不确定性因素的存在将会影响整个放疗计划的正常实施.在临床上通过影像验证系统可以观察到这些不确定性发生的程度,其不确定性产生的原因可能是在放疗过程中肿瘤出现容积变化,器官运动或形状改变、患者体重和体形发生变化以及存在摆位误差等.而图像引导放疗、剂量引导放疗和自适应性放疗技术的开发和临床应用为解决分次放疗期间靶区以及周围危及器官的不确定性创造了有利的条件.     

对比3DCRT和IGRT技术对肝癌放射治疗的作用与评价

目的 通过比较三维适形放疗(3DCRT)和影像引导放疗(IGRT)两种治疗技术,评价两种治疗技术对肝癌放疗患者生存质量的影响。方法 2009年3月—2010年7月22例肝区病灶放疗患者,其中3DCRT组12例,常规放射治疗;IGRT组10例,每日治疗前以CBCT+ABC技术采集患者CBCT图像,根据靶区及邻近器官进行治疗计划CT图像和CBCT容积图像的配准,记录X(TableShiftLat)、Y(TableShiftLong)、Z(TableShiftVert)三个方向的偏移数据,并校正摆位误差,记做CBCT_前,为包含摆位误差的放疗分次间的重复性;治疗结束后再次行CBCT扫描记做CBCT_后,表明在照射期间内靶区及脏器位置的重复性,即个体化放疗分次内肿瘤运动。利用SPSS软件计算IGRT+ABC技术在线治疗校正下的肝脏肿瘤放疗的平均误差及标准差。结果 应用ABC技术时,放疗分次间的重复性较差,而放疗分次内的重复性较好。计算得到的现有无影像引导的摆位规范下CTV-PTV外放为X为0.8 cm、Y为0.9 cm、Z为0.9 cm;现有影像引导(IGRT)的摆位规范下CTV-PTV外放为X为0.3 cm、Y为0.4 cm、Z为0.2 cm。1、2年生存率3DCRT组和IGRT 组分别为58.3%和16.7%、70% 和 20%,中位生存期分别为12、16个月。结论 肝脏作为软组织体,在器官运动过程中各点的位移幅度不同,治疗过程中,因软组织内部不同位置的形变差异无法估量,治疗误差将会有很大不确定性。3DCRT与IGRT两种治疗结果相比,从近期疗效看,IGRT组局部控制率有提高,放疗反应明显减轻。1,2年生存率IGRT组有提高,中位生存期延长。IGRT的应用使肝癌的放射治疗进入一个新的阶段,值得临床进一步研究。     

基于患者出射EPID剂量验证的在体调强放疗质控技术研究

背景与目的：调强放疗（intensity-modulated radiation therapy,IMRT）中剂量投照失误可导致严重后果,而目前常用的治疗前计划验证方法并不能反映患者真实投照剂量。实现一种评估患者在体剂量执行准确度的方法,能够在分次治疗中及时发现较大剂量错误,避免发生患者投照剂量过高或不足。方法：复旦大学附属肿瘤医院收治的患者首次实施治疗前行锥形束计算机断层成像（cone beam computed tomography,CBCT）扫描,与定位CT图像进行配准保证治疗体位与模拟定位时一致,实时治疗中使用电子射野影像装置（electronic portal imaging device,EPID）获取患者出射剂量影像,并把首次出射EPID影像作为剩余分次治疗的基准值,后续分次实时治疗野结束后快速将其出射EPID影像与对应基准影像进行γ分析比较,以验证治疗计划是否准确执行于患者身上。设计模体实验对治疗部位错误和摆位误差情况进行分析,来评估本方法识别放疗差错的准确性。结果：本方法可有效地识别出IMRT放疗中患者治疗部位错误和非平行于射野角度方向的摆位误差,但对平行于射野角度方向的摆位误差并不敏感,30例鼻咽癌患者临床应用结果中能够直观显示分次治疗间摆位重复性情况。结论：基于EPID实现的一种在体剂量验证方法能够对调强放疗中患者实时剂量的准确性进行评估,在单个治疗野结束后可快速检测出较大治疗错误。     

超声成像在放疗中的临床应用

超声图像引导放疗（image guided radiation therapy,IGRT）是通过采集靶区二维超声断层图像或三维重建技术,辅助减小分次治疗的摆位误差、分次治疗间的靶区移位和变形以及同一分次中的靶区运动的技术。本文将系统回顾三维超声成像作为日常图像引导工具在放疗中的应用,并讨论这种成像技术在多种部位（如前列腺癌、妇科肿瘤和乳腺癌）中包括详细的扫描、采集技术及使用步骤的运用。最后,简要回顾放疗中用于靶区定位的其他成像技术,并比较这些成像技术之间的差异。     

自适应放疗研究进展

自适应放疗(adaptive radiotherapy,ART)是建立在图像引导放疗(image-guided radiotherapy,IGRT)基础之上的又一新型放疗技术。IGRT技术通过影像设备采集患者治疗影像信息,在线或离线纠正摆位误差,以确定治疗靶区与计划靶区相一致,提高肿瘤治疗精度以及更好保护危及器官。ART技术根据个体化差异设定个体化治疗计划,纠正患者摆位误差的同时测量剂量偏差,通过修正治疗计划纠正剂量偏差。ART是目前放疗领域研究的热点,也是未来精确放疗发展的方向,笔者就ART技术在临床治疗中的研究进展和存在问题综述如下。     

光学表面成像(OSI)在放疗中的应用与展望

IGRT是目前放射肿瘤学领域最先进的技术。但是,目前最常用的图像引导技术如CBCT、EPID等由于额外辐射、影像质量差、不能实时监控等缺点而受到限制。OSI无额外辐射且能实时监测,经过大量研究评估和验证,其在引导摆位、实时监测放疗分次间和分次内运动、减少CBCT扫描频次以及呼吸门控等方面表现出巨大优势。本文就该类新技术及其在放疗中的应用作一综述和展望。     

适形和调强放疗摆位误差的个体化分析

0引言随着医学影像和放射物理的飞速发展,目前基于三维计划系统的精确放疗已成为目前临床放疗的成熟技术,患者体位的控制,其分次摆位的准确性是其中关键的环节。本文利用电子射野影像系统(electronic portal imaging device,EPID)技术寻找适形调强患者摆位误差的规律,探讨开展放疗患者摆位误差个体化测量的可行性,并进一步个体化外放靶区(PTV)。     

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。     

千伏锥形束CT引导放疗系统质量保证体系的建立

千伏锥形束CT(kVCBCT)引导放疗技术通过其CT影像与计划CT比较,实现在线影像引导摆位,减少放疗误差,从而保证现代放疗技术的治疗质量[1,2].本科2006年10月引进医科达Synergy(R) kVCBCq、引导放疗系统,在正式投入临床使用之前,需要建立检测该系统准确性和稳定性的方法,形成定期监测的质量保证体系,用于保证系统的正常运行[3].     

锥形束CT对鼻咽癌调强放疗的摆位误差的影响

目的 利用锥形束CT(CBCT)分析鼻咽癌调强放疗分次间和分次内的摆位误差,并分析计划靶区(PTV)的合适边界(MPTV).方法 选取30例鼻咽癌患者,放疗过程中定期应用CBCT于放疗修正前、修正后以及放疗后进行扫描,将CBCT与计划CT配准,记录分析分次间和分次内的摆位误差.结果 修正前的摆位误差≤2 mm在左右、上下和前后方向上分别为:87.4％、79.7％和85.3％.修正后三个方向均没有出现＞2 mm的误差,而放疗后在三个方向上出现＞2 mm的次数分别为1、2、3次.日常放疗中,不应用CBCT引导放疗时MPTV在左右、上下和前后的三个方向上分别为3.8 mm、4.3 mm和3.3 mm,而放疗前CBCT引导放疗可以将MPrv减小至1.8 mm、2.4 mm和1.9 mm.结论 CBCT可以有效提高鼻咽癌调强放疗患者的摆位精确度,CBCT引导放疗可以明显缩小靶区外扩边界.     

56例腹盆腔肿瘤锥形束CT图像引导放疗在线与离线摆位调整频率比较

千伏级X线锥形束CT图像引导放疗可通过调整摆位来提高放疗精确性。本研究用其测量腹盆腔肿瘤放疗分次间、分次内摆位误差,回顾比较不同阈值在线调整与无阈值离线调整对放疗精度的影响。     

分次内和分次间摆位误差在宫颈自适应放疗中的研究

目的:在图像引导的自适应放疗中,评估宫颈癌患者分次内、分次间的摆位误差。方法:从2014年1月至9月选取16例诊断为IIb-IIIb期的宫颈癌患者,所有病人均未行手术治疗,而是采用三维调强放疗作为根治性治疗。每个病人在放疗前后行10次20个CBCT扫描图像,与计划CT进行配准融合,得到三维方向矢量误差,用X（左右）、Y（腹背）、Z（头脚）、CR（旋转角度）表示。计算摆位误差的平均变化及标准差。结果:收集320套CBCT图像,每个病人平均20套。所选CBCT扫描图像显示:患者在左右、头脚、腹背方向的分次内摆位误差分别为(0.11±0.14)cm、(0.17±0.18)cm、(0.20±0.19)cm;在左右、头脚、腹背方向的分次间摆位误差分别为(0.11±0.13）cm、（0.17±0.20）cm、（0.25±0.20）cm。结论:在图像引导的自适应放疗中,患者在各个方向的摆位误差均数为0.15cm,这一大幅度的误差需要在放疗中被考虑到。     

食管癌放疗两种不同固定体位对摆位误差的影响

目的 探讨双臂平放置身体两侧(A组)与双臂交叉抱肘上举置额前(B组)两种不同体位对食管癌分次放疗摆位误差的影响。方法 采用病例对照研究,患者仰卧双臂A或B体位,热塑体膜固定。放疗前3次及其后至少1 次/周CBCT扫描,骨配准并结合人工校对获得患者左右、上下、前后方向线性摆位误差并行成组t检验。结果 每组各 11例,A组CBCT共92人次,B组共87人次。摆位绝对误差只有左右方向(x轴) A组大于B组,分别为(2.46±1.79)、(1.91±1.71) mm (P=0.036)。摆位相对误差只有上下方向(y轴) A组小于B组,分别为(0.09±3.90)、(1.91±4.12) mm (P=0.003)。三维矢量摆位误差A、B组相近(P=0.751)。放疗中每周绝对摆位误差和三维矢量摆位误差A、B组均相近(P>0.05)。结论 两种体位对食管癌分次放疗的摆位误差各有优劣,但均在可控范围内。可根据临床实际选用合适的治疗体位。     

利用锥形束CT图像分析非小细胞肺癌临床靶区外放的研究

目的 探讨非小细胞肺癌三维适形放射治疗临床靶区的外放范围。方法 8例非小细胞肺癌患者均采用三维适形放疗或调强放疗。分次放疗前、后患者在治疗床上进行锥形束CT扫描,并将锥形束CT图像与计划CT图像进行在线配准,根据配准得到的平移矢量调整治疗床的位置,从而修正摆位误差,并分别记录各个方向上平移矢量。结果 8例患者共计160组配准数据。如果放射治疗过程中未进行在线图像引导校正,在实际应用中临床靶区外放10.9 mm;如果每次放射治疗均进行在线图像引导校正,在实际应用中临床靶区外放2.2 mm。结论 非小细胞肺癌三维适形调强放疗时具有一定的摆位误差。基于锥形束CT图像分析的在线校正方法能减小该摆位误差,并有助于确定合适的临床靶区外放。     

锥形束CT测量食管癌放射治疗的摆位误差

目的利用锥形束CT在线研究食管癌放疗时的摆位误差,计算CTV到PTV的外放边界（MPTV）。方法应用医科达Synergy系统对食管癌患者治疗11例148次,分别在首次摆位后、摆位误差纠正后及治疗后行CBCT扫描,共获取444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,获取患者左右（X）、头脚（Y）和前后（Z）等3个方向的线性摆位误差,分析其摆位误差。结果 11例患者共行444次CBCT,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（-0.17±3.62）、（1.82±3.97）、（-2.34±2.10）mm,误差纠正后再次行CBCT,结果显示摆位误差明显缩小（P〈0.05）。与纠正后比较,治疗后摆位误差增大,差异有统计学意义（P〈0.05）。纠正前X、Y、Z轴上MPTV分别为8.49、9.09、5.67mm,纠正后X、Y、Z方向的MPTV分别为1.80、2.47、2.21mm。结论本组病例食管癌放疗时Y方向摆位误差最大,X方向次之,Z方向最小;分次内误差在食管肿瘤治疗过程中变化明显,这在设计治疗计划时应予以考虑;通过CBCT获取食管癌患者的摆位误差并对其进行纠正,能显著降低分次间的摆位误差,提高放疗精确度,减小PTV外放边界。     

锥形束CT测量食管癌放射治疗的摆位误差

目的 利用锥形束CT在线研究食管癌放疗时的摆位误差,计算CTV到PTV的外放边界(MPTV).方法 应用医科达Synergy系统对食管癌患者治疗11例148次,分别在首次摆位后、摆位误差纠正后及治疗后行CBCT扫描,共获取444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,获取患者左右(X)、头脚(Y)和前后(Z)等3个方向的线性摆位误差,分析其摆位误差.结果 11例患者共行444次CBCT,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(-0.17±3.62)、(1.82±3.97)、(-2.34±2.10)mm,误差纠正后再次行CBCT,结果显示摆位误差明显缩小(P＜0.05)。与纠正后比较,治疗后摆位误差增大,差异有统计学意义(P＜0.05)。纠正前X、Y、Z轴上MPTV分别为8.49、9.09、5.67mm,纠正后X、Y、Z方向的MPTV分别为1.80、2.47、2.21mm。结论本组病例食管癌放疗时Y方向摆位误差最大,X方向次之,Z方向最小;分次内误差在食管肿瘤治疗过程中变化明显,这在设计治疗计划时应予以考虑;通过CBCT获取食管癌患者的摆位误差并对其进行纠正,能显著降低分次间的摆位误差,提高放疗精确度,减小PTV外放边界.     

颈段、胸上段食管癌容积弧形调强放疗与固定野调强放疗分次内误差的比较

目的 分析颈段、胸上段食管癌容积弧形调强放疗（VMAT）和固定野调强放疗（IMRT）的分次内误差,比较两种治疗技术在减少摆位误差方面的优劣。方法 收集2013年6月至2014年12月在我科接受VMAT与IMRT的颈段、胸上段食管癌患者各25例,所有患者分别在每次治疗摆位纠正前、摆位纠正后及治疗后行锥形束CT（CBCT）并与计划CT匹配,获取分次内误差,对两种治疗技术进行对比分析。结果 IMRT组在X（左右）、Y（头脚）、Z（腹背）3个轴方向的摆位纠正后误差分别为（0.63±0.47）mm、（0.84±0.35）mm、（0.67±0.41）mm,治疗后误差依次为（1.01±0.42）mm、（1.08±0.89）mm、（1.07±0.70）mm,治疗后误差高于纠正后误差,差异有统计学意义（P＜0.05）;VMAT组在X、Y、Z 3个轴方向的摆位纠正后误差分别为（0.62±0.50）mm、（0.78±0.40）mm、（0.72±0.54）mm,治疗后误差依次为（0.71±0.52）mm、（0.84±0.41）mm、（0.79±0.63）mm,治疗后误差略高于纠正后误差,差异无统计学意义（P＞0.05）。1～6周每周获得的分次内误差,随着治疗周数的增多,两组各方向的平均误差均有所增加,且IMRT组数据高于VMAT组,差异有统计学意义（P＜0.05）。VMAT组的治疗时间和加速器跳数为（2.85±0.73）min和589.00±63.00,均优于IMRT组的（8.14±1.06）min和792.00±83.00,差异有统计学意义（P＜0.05）。结论 在颈段、胸上段食管癌的放疗中,VMAT能大大缩短治疗时间,减少治疗中不确定因素的影响和患者不舒适度,有效降低患者分次内误差,但放疗分次内误差仍随着治疗时间延长逐渐增大。     

面罩固定与整体挡铅技术在头颈肿瘤放疗中的应用及质量控制

头颈部集中了许多重要器官,在放射治疗过程中,对放疗技术的准确性和精确性要求极高。传统的头颈肿瘤放疗多采用头垫软枕SSD垂直照射技术摆位,患者不自主体位变动很大。文献报告传统摆位技术患者不自主体位移动发生率达到15％,最大位移7mm,因此无法保证实施分次放疗和重复摆位的准确性。同时临床医师在设计照射野时,由于位移等因素的影响,使照射野过大或偏小,正常组织不能得到很好保护,或肿瘤部分遗漏,其精度达不到放疗质量控制的质量保证要求。为此我科对头颈肿瘤放疗的患者采用面罩固定加整体挡铅技术,取得了满意效果,现报告如下。     

肺癌影像引导放疗图像配准标记点的研究

目的:探讨非小细胞肺癌影像引导放射治疗时图像匹配的参考标记点.方法:8例非小细胞肺癌患者均应用影像引导技术进行三维适形放疗或调强放疗.放疗前进行锥形束CT扫描,并将锥形束CT图像与计划CT图像分别以胸椎、隆突、肿块为标记点进行图像匹配,根据配准调整治疗床,分别记录各个方向上平移矢量,分析摆位误差.结果:8例患者共计160组配准数据,胸椎组的摆位误差最小,隆突组居中,肿块组摆位误差最大.结论:肺癌图像引导放疗图像配准的标记点选择建议使用胸椎,可选择隆突,但不推荐肿块为图像配准的标记点.