段小娟，罗 灿，周一兵

（陆军军医大学第二附属医院全军肿瘤研究所，重庆400037）

0 引言

肿瘤放射治疗已经进入精准放射治疗时代。随着调强放射治疗（intensity modulated radiotherapy，IMRT）的逐渐普及，对摆位精度的要求越来越高。影像引导放射治疗（image guided radiotherapy，IGRT）能够提高摆位准确性，是精确放射治疗的基础。电子射野影像装置（electronic portal imaging device，EPID）的主体是非晶硅阵列，是最早使用、最简单的影像引导装置[1-4]。我科于2019年7月安装由中国苏州LinaTech公司研制的TiGRT IVS系统，该系统采用最新型的非晶硅平板探测器，加载于Elekta Synergy加速器上，用于验证射野形状、定量分析和控制患者的摆位误差。TiGRT IVS系统单次成像剂量在0.1～0.2 cGy，具有拍摄时间短、操作简单、图像配准速度快、价格便宜等特点。

TiGRT IVS系统拍摄的图像中，头颈部肿瘤和腹盆部肿瘤图像能够清晰地显示骨性标记，便于图像配准。但胸部由于结构复杂，加上呼吸、心跳运动的干扰，拍摄到的图像在进行图像配准时缺乏足够的参考点，使得配准结果会有较大的误差。本研究以锥形束CT（cone beam CT，CBCT）配准结果为参考，验证TiGRT IVS系统的在线校位精度，从而验证其临床有效性及可行性。

1 资料与方法

1.1 病例资料

选择2019年10月至2020年2月在我院Elekta Synergy医用电子直线加速器上进行IGRT的肺癌患者30例（男22例，女8例；年龄27～76岁，中位年龄53岁），其中肺腺癌、肺鳞癌、小细胞肺癌患者各8、10、12例。纳入标准：（1）经过临床诊断及病理学检查，所有患者均符合肺癌的临床诊断标准；（2）自愿参与研究，并在知情同意书上签署患者及家属姓名。排除标准：（1）一般状况差，功能状态（performance status，PS）评分≥4分患者；（2）伴有严重心肺供能疾病、心功能不全、哮喘、高血压等疾病患者；（3）意识模糊及精神紊乱患者；（4）中途中断治疗患者。本研究经医学伦理委员会批准。

1.2 设备及参数

放射治疗基于Elekta Synergy医用电子直线加速器的6 MV X射线，剂量率为400 MU/min，照射野大小为40 cm×40 cm，叶片在等中心的宽度为1 cm。图像引导系统TiGRT IVS采用的非晶硅平板探测器探测面板尺寸为41 cm×41 cm，分辨力为2 688×2 688。kV级CBCT图像引导系统Elekta XVITM扫描角度为130°～290°，扫描速度为3°/s，射野为26 cm×26 cm。

1.3 定位及靶区勾画

患者均采取头先进、仰卧位，使用颈胸部热塑体膜和全碳素纤维底板固定体位，经CT扫描后图像传至Oncentra 4.3治疗计划系统（treatment planning system，TPS）完成靶区勾画及计划设计。30例患者中7例患者的靶区靠近胸骨角，23例患者的靶区靠近椎体。在0°和90°/270°生成相应射野的数字重建放射影像（digitally reconstructed radiograph，DRR）图像，图像重建层厚为5 mm，将放射治疗计划和DRR传输至加速器进行摆位、照射。常规剂量分割治疗25～33次，每周5次，持续5～6周；大剂量分割治疗10次，每周5次，持续2周。首次摆位时行TiGRT IVS系统和CBCT位置验证，常规剂量分割患者每周行1次位置验证，大剂量分割患者每次治疗时均行位置验证，并与DRR图像进行配准。

1.4 图像配准方法

TiGRT IVS系统正位图采用2种不同的配准方法。方法A（以下称为“IVS-A”）：利用TiGRT IVS系统手动调节窗宽、窗位，结合临床经验将配准特征结构选为椎体或肋骨，根据椎体上下缘、左右缘或肋骨进行配准，如图1所示。方法B（以下称为“IVS-B”）：基于IVS-A，手动调节窗宽、窗位，配准的特征结构选为气管，根据气管分叉进行配准。侧位图则根据与靶区“就近”原则，选择椎体或胸骨、肋骨等进行配准。经图像配准后，分别记录靶区在左右（Lat）、头脚（Lng）、前后（Vrt）3个方向上的摆位误差，并记录TiGRT IVS系统图像配准时间（包括拍片时间、图像重建及配准时间）。

CBCT配准：先采用骨性标记然后结合靶区自动配准，手动微调，记录靶区在Lat、Lng、Vrt 3个方向上的摆位误差，并记录CBCT图像配准时间（包括扫描时间、图像重建及配准时间）。

1.5 统计学方法

将3种配准方法得到的摆位误差导入SPSS 19.0软件中进行分析，计算各组数据的均值和标准差，并对3种方法的配准误差进行正态性检验，根据数据是否服从正态分布，对方法IVS-A与CBCT、方法IVS-B与CBCT的摆位误差分别进行配对样本t检验或非参数检验，P＜0.05表示具有统计学差异。

图1 勾画椎体上下缘和胸骨角等进行配准示意图

2 结果

2.1 摆位误差数据

30例患者分别采集TiGRT IVS系统和CBCT图像各156张，共312张图像。IVS-A配准所用时间为（69±12）s，IVS-B配准所用时间为（54±8）s，CBCT配准所用时间为（112±14）s。表明TiGRT IVS系统图像引导所用时间少于CBCT。

30例患者摆位误差的频率分布直方图如图2所示。可以看出，IVS-A摆位误差在3个方向上最高频率分布在-0.1～＜0.1 cm内。CBCT摆位误差在Lat方向上最高频率分布在0.1～＜0.3 cm，Lng方向上最高频率分布在-0.3～＜-0.1 cm，Vrt方向上最高频率分布在-0.1～＜0.1 cm内。IVS-B摆位误差在Lat方向上最高频率分布在0.1～＜0.3 cm，在Lng方向上最高频率分布在-0.1～＜0.1 cm。

对于156张TiGRS IVS系统图像，IVS-A误差值≤5 mm的有139张，占89.1%；≤8 mm的有154张，占98.7%。IVS-B误差值≤5 mm的134张，占85.9%；≤8 mm的有151张，占96.8%。156张CBCT图像中，误差值≤5 mm的有129张，占82.7%；≤8 mm的有152张，占97.4%。

以CBCT配准结果为参考，对TiGRT IVS系统在线校位精度进行验证。采用配对样本t检验，2种图像引导系统的摆位误差在Lat和Lng方向上P值均＞0.05，无统计学差异；在Vrt方向上P值＜0.05，有统计学差异，详见表1。

2.2 大剂量分割患者的摆位误差

图2 摆位误差分布直方图

1例大剂量分割患者的摆位误差分布如图3所示。其中，Lat方向上3种方法的误差分别为（0.04±0.16）、（0.01±0.19）、（-0.09±0.23）cm，Lng方向上分别为（0.13±0.16）、（0.26±0.28）、（0.15±0.15）cm，Vrt方向上TiGRT IVS系统骨性配准和气管配准的结果均为（0±0.16）cm，CBCT为（-0.03±0.18）cm。图3（b）中前1～7次TiGRT IVS系统2种配准方法的结果一致，且均小于CBCT的结果。3种配准方法的误差都服从正态分布，采用配对样本t检验得到TiGRT IVS系统2种配准方法的结果与CBCT的结果有统计学差异（P=0.001）。

表1 TiGRT IVS系统与CBCT的患者摆位误差比较单位：cm

图3 1例大剂量分割患者的摆位误差分布

3 讨论

摆位误差主要由CT模拟定位时患者的体位与治疗体位的偏差、靶区勾画和计划偏差、影像学信息、加速器出束剂量波动等因素引起，不仅会降低疗效，还会危及靶区周围正常组织和器官。因此，放射治疗过程中摆位验证是精确放射治疗不可或缺的保证措施。目前，有多种设备可以实现患者摆位验证，如MV级EPID[5-7]、kV级射野平面机载影像系统（on-board imager，OBI）图像[8-9]、kV级CBCT[10]、kV级ExacTrac[11]等。本研究中的TiGRT IVS系统基于MV级EPID，具有成本低、高效率、高精度、高分辨力等特点。

TiGRT IVS系统相较于Elekta Synergy直线加速器自带的EPID影像系统iViewGT，空间分辨力更高，获得的图像更清晰，有助于临床医生更加准确地判断患者的摆位误差和射野信息。另外，对于肺癌常规剂量分割放疗30次的患者，患者全程所受TiGRT IVS系统剂量为0.5～1.0 cGy，kV级OBI剂量为2.3～5.2 mGy，kV级CBCT低剂量模式剂量为0.725～1.607 cGy[12]。可见TiGRT IVS系统和kV级CBCT成像剂量相当，对于肺癌患者常规放疗总剂量6 000 cGy，这些额外辐射剂量可以忽略，能够保证患者的治疗安全。

从本研究结果来看，摆位误差主要集中在0～5 mm范围内，8 mm以上的摆位误差很少。TiGRT IVS系统对摆位误差的控制在Lat和Lng方向都和CBCT无统计学差异，在Vrt方向有统计学差异，但都在临床标准范围内。对于常规剂量分割的患者，TiGRT IVS系统可以替代CBCT。由于TiGRT IVS系统采用气管配准与骨性标记配准的摆位误差与结果无统计学差异，但气管配准所用时间相较于骨性标记配准更少，因此正位片中加入气管辅助配准可以进一步缩短图像验证时间。而对于大剂量分割的患者，应注意患者的个体差异。另外，由于TiGRT IVS系统不能很好地显像软组织，故可结合CBCT观察靶区情况。

本研究存在的不足是病例数只有30例，而且大剂量分割患者只有1例。下一步将继续分析TiGRT IVS系统引导肺癌患者放射治疗的摆位误差，尤其是大剂量分割患者的摆位误差，使摆位精确性得到进一步提高。

综上所述，TiGRT IVS系统能够有效测量、控制肺癌患者调强放射治疗的摆位误差；正位片中可选气管作为辅助配准的特征结构，以提高摆位精度并进一步减少图像引导时间；而对于大剂量分割患者的图像引导，可结合CBCT观察靶区位置。