千伏级锥形束计算机断层扫描低剂量扫描模式的应用
发布时间：2021-02-19 点击：
发布：本期刊
摘 要：目的 探究图像引导放射治疗(IGRT)中千伏级锥形束计算机断层扫描(kV-CBCT)低剂量扫描模式的应用价值。方法 选择2018年6-11月于医院临床肿瘤中心放疗科接受IGRT的45例体部肿瘤患者作为研究对象，应用医科达公司Synergy®直线加速器自带的kV-CBCT系统及XVI软件，于放射治疗前采用低剂量扫描模式获取患者的kV-CBCT容积影像并自动重建成三维CT图像，再与计划CT图像进行匹配，从而获取左右(X)、前后(Y)、上下(Z)轴方向的摆位误差，分析并纠正。结果 45例患者共实施了727次kV-CBCT扫描(226次胸部摆位误差、126次腹部摆位误差、375次盆腔摆位误差)，胸部、腹部和盆腔X、Y、Z轴方向的平均摆位误差均<0.5 cm，其中，胸部X、Y、Z轴方向的平均摆位误差分别为(-0.0008±0.2897)、(-0.0414±0.4428)、(-0.0194±0.2163)cm；腹部X、Y、Z轴方向的平均摆位误差分别为(-0.0571±0.2651)、(-0.0999±0.4476)、(-0.0108±0.1972)cm；盆腔X、Y、Z轴方向的平均摆位误差分别为(-0.0413±0.2561)、(-0.1016±0.4451)、(0.0948±0.2626)cm。结论 低剂量扫描模式可获得与标准模式下一致的摆位误差范围，同时能有效降低kV-CBCT的辐射剂量。
关键词：图像引导放射治疗 辐射剂量 千伏级锥形束计算机断层扫描 摆位误差 随机性效应
放射治疗设备和技术的进步与发展极大地提高了放射治疗的准确性，有效改善了治疗的增益比，尤其是图像引导放射治疗（image guided radiotherapy,IGRT）的出现，使得放射治疗真正进入到精确、精准治疗的时代[1-4]，因此，越来越多的患者开始接受和选择这种新的放射治疗技术。千伏级锥形束计算机断层扫描（k V-cone beam computed tomography,k V-CBCT）技术虽然可提高放射治疗的精度与准确性，但也额外增加了患者的受辐射剂量，且在不同的扫描条件下辐射剂量也存在较大的差别，因此，合理地选择k V-CBCT的扫描条件能够有效降低辐射剂量[5]。基于此，本研究探讨IGRT中k V-CBCT低剂量扫描模式的应用价值，现报道如下。
选择2018年6-11月于我院临床肿瘤中心放疗科接受IGRT的45例患者作为研究对象，其中，胸部肿瘤14例（男7例，女7例，年龄28～76岁，中位年龄51.5岁），腹部肿瘤8例（男6例，女2例，年龄41～59岁，中位年龄51.0岁），盆腔肿瘤23例（男6例，女17例，年龄35～82岁，中位年龄54.0岁）。所有患者的卡诺夫斯凯计分（Kanofsky performance score,KPS）均≥80分。本研究已获得医院医学伦理委员会的审核批准，患者均自愿参与研究且已签署知情同意书。
1.2 方法
设备和软件系统：医科达公司Synergy®医用电子直线加速器、机载k V-CBCT系统及XVI软件，SIEMENS SOMATOM Sensation Open大孔径16排螺旋CT,Pinnacle放射治疗计划设计系统，MOSAIQ治疗计划系统。
CT定位与体位固定：胸部肿瘤患者（乳腺癌患者除外）和腹部肿瘤患者均取仰卧位，双手置头顶抱头，使用胸腹体架加热缩膜固定，乳腺癌患者取仰卧位，背部统一垫专用1#斜枕，使用胸腹体架加热缩膜固定[6]；盆腔肿瘤患者取俯卧位，双手平行放置过头顶，使用俯卧位体架加热缩膜固定[6]。胸部肿瘤患者CT定位图像采用放射治疗＿胸部（RT＿Thorax）螺旋模式（管电压、管电流、层厚分别设置为120 k V、95 m As、4 mm）获取；腹部肿瘤患者CT定位图像采用放射治疗＿腹部（RT＿Abdomen）螺旋模式（管电压、管电流、层厚分别设置为120 k V、190 m As、4 mm）获取；盆腔肿瘤患者CT定位图像采用放射治疗＿盆腔（RT＿Pelvis）螺旋模式（管电压、管电流、层厚分别设置为120 k V、190 m As、层厚4 mm）获取。所有定位图像均传输至Pinnacle计划系统进行放射治疗计划的设计。
k V-CBCT图像采集与获取：所有患者每次治疗前均在与CT定位时体位固定一致的条件下，应用机载XVI软件采集k V-CBCT容积影像并自动重建成三维CT图像，并均选择辐射剂量最低的头颈扫描条件进行扫描（常规扫描条件参数见表1）。
表1 常规扫描条件参数
图像匹配和测量摆位误差：k V-CBCT扫描完毕自动重建三维CT图像后，在匹配框中选择比较明显的骨性结构与CT定位图像先进行骨配准[7-9]，判断两种CT图像对应的结构组织是否获得最佳重叠影像，若靶区配准不够满意，再进行手动微调匹配配准，直至获得最佳影像重叠作为最终配准结果；图像配准完成后，系统会自动生成左右（X）、前后（Y）、上下（Z）轴方向的平移误差和旋转误差；所有患者在首次放射治疗前均行1次IGRT，随后每周做3次IGRT。
1.3 统计学处理
采用SPSS 19.0统计软件进行数据分析，分别计算胸部肿瘤、腹部肿瘤、盆腔肿瘤患者X、Y、Z轴方向的摆位误差，并用平均值表示系统摆位误差，标准差表示随机摆位误差；平均摆位误差以x-±s表示，误差分析采用单样本t检验，P<0.05为差异有统计学意义。
常规扫描条件下胸腹部和盆腔的扫描参数基本一致，在此条件下的球管电压及总毫安秒值均较高，致使其标称扫描剂量高，是头颈扫描条件下总毫安秒的11倍以上，标称扫描剂量的17倍以上，见表1。若1个放射治疗疗程按25次计算，且每次都采用k V-CBCT行IGRT,1个疗程结束后，头颈扫描条件下的辐射总剂量仅为22.5 m Gy，而胸腹及盆腔扫描条件下的辐射总剂量则高达400.0 m Gy。采用头颈扫描条件实际扫描1次所耗时间比常规扫描条件下扫描时间缩短约50%。
2.2 误差分析
按照不同肿瘤部位分别统计45例患者共727次k V-CBCT的摆位误差，包含226次胸部摆位误差、126次腹部摆位误差、375次盆腔摆位误差，均近似成正态分布。胸部、腹部、盆腔的摆位误差散点分布图见图1～3。
图1 胸部误差散点分布
图2 腹部误差散点分布
图3 盆腔误差散点分布
胸部、腹部和盆腔的X、Y、Z轴方向的平均摆位误差均<0.5 cm。胸部X、Y、Z轴方向的平均摆位误差分别为（-0.0008±0.2897）、（-0.0414±0.4428）、（-0.0194±0.2163)cm；腹部X、Y、Z轴方向的平均摆位误差分别为（-0.0571±0.2651）、（-0.0999±0.4476）、（-0.0108±0.1972)cm；盆腔X、Y、Z轴方向的平均摆位误差分别为（-0.0413±0.2561）、（-0.1016±0.4451）、（0.0948±0.2626)cm，见表2。
表2 胸部、腹部和盆腔的X、Y、Z轴方向的摆位误差分析
综上所述，为降低辐射引起的随机性效应发生的概率，在行IGRT时合理选择扫描条件和参数，可有效降低辐射剂量，在实际应用中也确实可行。在实际放射治疗周期中亦可合理安排k V-CBCT的扫描次数以降低辐射剂量。目前，已有非X线图像引导的放射治疗技术应用于临床实践中，如基于超声CT的超声图像引导的放射治疗技术、磁共振图像引导的放射治疗技术。随着技术的进步，无辐射、更安全的IGRT技术会被更广泛地应用于临床中。
参考文献
[1]许峰，王瑾，柏森，等.应用锥形束CT分析肿瘤放疗中分次间及分次内摆位误差[J].癌症，2008,27(10):1111-1116.
[2]陆合明，冯国生，陈甲信，等.利用锥形束计算机断层扫描作图像引导评估鼻咽癌调强放射治疗中分次间和分次内的误差[J].中国临床新医学，2014,7(10):905-909.
[3]王巍，刘冉生，张爱旭，等.锥形束CT在肿瘤放疗中的应用进展[J].山东医药，2016,56(21):92-94.
[4]罗剑锋，刘美莲，冯凯华.肿瘤精确放疗技术的研究进展[J].世界临床医学，2017,11(21):87-88.
[5]张白霖，刘小伟，戴振晖，等.瓦里安医用加速器k V-CBCT放射剂量测量研究[J].中国医疗器械信息，2017,23(12):5-6,38.
[6]林承光，翟福山，张涛，等.放射治疗技术学[M].北京：人民卫生出版社，2016.
[7]李明，储开岳，邱云芳，等.锥形束CT在肿瘤放射治疗中的作用[J].实用癌症杂志，2012,27(5):516-517.
[8]曹晓辉，刘明，翟福山，等. CBCT图像引导下胸部肿瘤放疗摆位误差及其外放边界[J].中华放射肿瘤学杂志，2014,23(1):53-55.
[9]孟怡然，许青，章真，等.用KV-CBCT探讨两种下肢固定方法对直肠癌IMRT摆位误差影响[J].中华放射肿瘤学杂志，2016,25(9):955-958.
[10]王鹏程，李迅茹，刘东华.放射物理与防护[M].3版.北京：人民卫生出版社，2014.
[11] ICRP103. The 2007 recommendations of the International Commission on Radiological Protection[R]. ICRP Publication 103,Ann ICRP, 2007.
[12]谷先之，殷蔚伯，徐子豪，等.肿瘤放射治疗学[M].北京：中国协和医科大学出版社，2008.
关键词：图像引导放射治疗 辐射剂量 千伏级锥形束计算机断层扫描 摆位误差 随机性效应
放射治疗设备和技术的进步与发展极大地提高了放射治疗的准确性，有效改善了治疗的增益比，尤其是图像引导放射治疗（image guided radiotherapy,IGRT）的出现，使得放射治疗真正进入到精确、精准治疗的时代[1-4]，因此，越来越多的患者开始接受和选择这种新的放射治疗技术。千伏级锥形束计算机断层扫描（k V-cone beam computed tomography,k V-CBCT）技术虽然可提高放射治疗的精度与准确性，但也额外增加了患者的受辐射剂量，且在不同的扫描条件下辐射剂量也存在较大的差别，因此，合理地选择k V-CBCT的扫描条件能够有效降低辐射剂量[5]。基于此，本研究探讨IGRT中k V-CBCT低剂量扫描模式的应用价值，现报道如下。
1 资料与方法
1.1 一般资料选择2018年6-11月于我院临床肿瘤中心放疗科接受IGRT的45例患者作为研究对象，其中，胸部肿瘤14例（男7例，女7例，年龄28～76岁，中位年龄51.5岁），腹部肿瘤8例（男6例，女2例，年龄41～59岁，中位年龄51.0岁），盆腔肿瘤23例（男6例，女17例，年龄35～82岁，中位年龄54.0岁）。所有患者的卡诺夫斯凯计分（Kanofsky performance score,KPS）均≥80分。本研究已获得医院医学伦理委员会的审核批准，患者均自愿参与研究且已签署知情同意书。
1.2 方法
设备和软件系统：医科达公司Synergy®医用电子直线加速器、机载k V-CBCT系统及XVI软件，SIEMENS SOMATOM Sensation Open大孔径16排螺旋CT,Pinnacle放射治疗计划设计系统，MOSAIQ治疗计划系统。
CT定位与体位固定：胸部肿瘤患者（乳腺癌患者除外）和腹部肿瘤患者均取仰卧位，双手置头顶抱头，使用胸腹体架加热缩膜固定，乳腺癌患者取仰卧位，背部统一垫专用1#斜枕，使用胸腹体架加热缩膜固定[6]；盆腔肿瘤患者取俯卧位，双手平行放置过头顶，使用俯卧位体架加热缩膜固定[6]。胸部肿瘤患者CT定位图像采用放射治疗＿胸部（RT＿Thorax）螺旋模式（管电压、管电流、层厚分别设置为120 k V、95 m As、4 mm）获取；腹部肿瘤患者CT定位图像采用放射治疗＿腹部（RT＿Abdomen）螺旋模式（管电压、管电流、层厚分别设置为120 k V、190 m As、4 mm）获取；盆腔肿瘤患者CT定位图像采用放射治疗＿盆腔（RT＿Pelvis）螺旋模式（管电压、管电流、层厚分别设置为120 k V、190 m As、层厚4 mm）获取。所有定位图像均传输至Pinnacle计划系统进行放射治疗计划的设计。
k V-CBCT图像采集与获取：所有患者每次治疗前均在与CT定位时体位固定一致的条件下，应用机载XVI软件采集k V-CBCT容积影像并自动重建成三维CT图像，并均选择辐射剂量最低的头颈扫描条件进行扫描（常规扫描条件参数见表1）。
表1 常规扫描条件参数
图像匹配和测量摆位误差：k V-CBCT扫描完毕自动重建三维CT图像后，在匹配框中选择比较明显的骨性结构与CT定位图像先进行骨配准[7-9]，判断两种CT图像对应的结构组织是否获得最佳重叠影像，若靶区配准不够满意，再进行手动微调匹配配准，直至获得最佳影像重叠作为最终配准结果；图像配准完成后，系统会自动生成左右（X）、前后（Y）、上下（Z）轴方向的平移误差和旋转误差；所有患者在首次放射治疗前均行1次IGRT，随后每周做3次IGRT。
1.3 统计学处理
采用SPSS 19.0统计软件进行数据分析，分别计算胸部肿瘤、腹部肿瘤、盆腔肿瘤患者X、Y、Z轴方向的摆位误差，并用平均值表示系统摆位误差，标准差表示随机摆位误差；平均摆位误差以x-±s表示，误差分析采用单样本t检验，P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 常规扫描条件下的辐射剂量分析常规扫描条件下胸腹部和盆腔的扫描参数基本一致，在此条件下的球管电压及总毫安秒值均较高，致使其标称扫描剂量高，是头颈扫描条件下总毫安秒的11倍以上，标称扫描剂量的17倍以上，见表1。若1个放射治疗疗程按25次计算，且每次都采用k V-CBCT行IGRT,1个疗程结束后，头颈扫描条件下的辐射总剂量仅为22.5 m Gy，而胸腹及盆腔扫描条件下的辐射总剂量则高达400.0 m Gy。采用头颈扫描条件实际扫描1次所耗时间比常规扫描条件下扫描时间缩短约50%。
2.2 误差分析
按照不同肿瘤部位分别统计45例患者共727次k V-CBCT的摆位误差，包含226次胸部摆位误差、126次腹部摆位误差、375次盆腔摆位误差，均近似成正态分布。胸部、腹部、盆腔的摆位误差散点分布图见图1～3。
图1 胸部误差散点分布
图2 腹部误差散点分布
图3 盆腔误差散点分布
胸部、腹部和盆腔的X、Y、Z轴方向的平均摆位误差均<0.5 cm。胸部X、Y、Z轴方向的平均摆位误差分别为（-0.0008±0.2897）、（-0.0414±0.4428）、（-0.0194±0.2163)cm；腹部X、Y、Z轴方向的平均摆位误差分别为（-0.0571±0.2651）、（-0.0999±0.4476）、（-0.0108±0.1972)cm；盆腔X、Y、Z轴方向的平均摆位误差分别为（-0.0413±0.2561）、（-0.1016±0.4451）、（0.0948±0.2626)cm，见表2。
表2 胸部、腹部和盆腔的X、Y、Z轴方向的摆位误差分析
3 讨论
近年来，随着放射治疗技术的发展，基于机载X线k V-CBCT技术的IGRT作为一种精准的放射治疗技术得到普及和应用。在临床实际应用k V-CBCT时，额外辐射剂量是一个值得注意的问题[5]。虽然相对而言，额外辐射剂量并不是很高，但不同k V-CBCT扫描条件下辐射剂量具有明显的差别，尤其在要求每次放射治疗前均进行1次k V-CBCT时，累积的辐射剂量更不应忽视，因为辐射生物效应中随机性效应的发生概率与辐射剂量呈线性相关[10-12]。应用k V-CBCT时选择低剂量扫描条件以获取图像进行位移误差分析的结果与常规标准扫描条件下的误差分析结果（常规标准扫描条件下的误差已有同行[1,7-8]做过大量分析，本研究不再重复分析）一致，且与常规标准条件下的图像比较，低剂量扫描条件下获得的k V-CBCT图像在符合IGRT技术的要求下患者的相对受辐射剂量更低。综上所述，为降低辐射引起的随机性效应发生的概率，在行IGRT时合理选择扫描条件和参数，可有效降低辐射剂量，在实际应用中也确实可行。在实际放射治疗周期中亦可合理安排k V-CBCT的扫描次数以降低辐射剂量。目前，已有非X线图像引导的放射治疗技术应用于临床实践中，如基于超声CT的超声图像引导的放射治疗技术、磁共振图像引导的放射治疗技术。随着技术的进步，无辐射、更安全的IGRT技术会被更广泛地应用于临床中。
参考文献
[1]许峰，王瑾，柏森，等.应用锥形束CT分析肿瘤放疗中分次间及分次内摆位误差[J].癌症，2008,27(10):1111-1116.
[2]陆合明，冯国生，陈甲信，等.利用锥形束计算机断层扫描作图像引导评估鼻咽癌调强放射治疗中分次间和分次内的误差[J].中国临床新医学，2014,7(10):905-909.
[3]王巍，刘冉生，张爱旭，等.锥形束CT在肿瘤放疗中的应用进展[J].山东医药，2016,56(21):92-94.
[4]罗剑锋，刘美莲，冯凯华.肿瘤精确放疗技术的研究进展[J].世界临床医学，2017,11(21):87-88.
[5]张白霖，刘小伟，戴振晖，等.瓦里安医用加速器k V-CBCT放射剂量测量研究[J].中国医疗器械信息，2017,23(12):5-6,38.
[6]林承光，翟福山，张涛，等.放射治疗技术学[M].北京：人民卫生出版社，2016.
[7]李明，储开岳，邱云芳，等.锥形束CT在肿瘤放射治疗中的作用[J].实用癌症杂志，2012,27(5):516-517.
[8]曹晓辉，刘明，翟福山，等. CBCT图像引导下胸部肿瘤放疗摆位误差及其外放边界[J].中华放射肿瘤学杂志，2014,23(1):53-55.
[9]孟怡然，许青，章真，等.用KV-CBCT探讨两种下肢固定方法对直肠癌IMRT摆位误差影响[J].中华放射肿瘤学杂志，2016,25(9):955-958.
[10]王鹏程，李迅茹，刘东华.放射物理与防护[M].3版.北京：人民卫生出版社，2014.
[11] ICRP103. The 2007 recommendations of the International Commission on Radiological Protection[R]. ICRP Publication 103,Ann ICRP, 2007.
[12]谷先之，殷蔚伯，徐子豪，等.肿瘤放射治疗学[M].北京：中国协和医科大学出版社，2008.
