模拟定位机影像工作站在三维适形放射治疗计划射野位置验证中的应用

中国医疗设备2015年第30卷03期VOL.30No.0398临床工程CLINICALENGINEERING模拟定位机影像工作站在三维适形放射治疗计划射野位置验证中的应用ApplicationoftheRadiotherapySimulatorImageWorkstationinPositionVerificationofIrradiationFieldsinthe3D-CRTPlans[摘要]目的探讨模拟定位机的影像工作站在三维适形放射治疗（3D-CRT）计划射野位置验证中的应用价值。方法在影像工作站上比较模拟定位机的验证野影像和治疗计划系统的验证野数字重建影像（DRR），测量摆位误差。结果254例患者的放疗计划通过模拟定位机进行了射野的位置验证。位置校正后，头颈部肿瘤患者的放疗计划在x轴、y轴、z轴方向上的误差分别为（-1.0±1.0）mm，（-1±2）mm，（2±1）mm；胸腹部肿瘤患者为（1±2）mm，（0±2）mm，（3±1）mm；盆腔肿瘤患者为（1±1）mm，（1±2）mm，（2±2）mm。位置校正后，各放疗计划的误差都能够控制在允许范围内。结论模拟定位机的影像工作站可以对放疗计划进行射野位置验证，减少摆位误差。[关键词]模拟定位机；位置验证；质量保证；三维适形放疗Abstract:ObjectiveToexploretheeffectivenessofapplicationoftheradiotherapysimulatorimageworkstationinpositionverificationofirradiationfieldsinthe3D-CRT(ThreeDimensionalConformalRadiotherapy)plans.MethodsComparisonsbetweenverificationfieldimagesgeneratedbytheradiotherapysimulatorandDRR(DigitallyReconstructedRadiograph)imagesgeneratedbythetreatmentplanningsystemweremadeintheimageworkstationtomeasuretheimagesetuperrors.ResultsPositionverificationoftheirradiationfieldsof254tumorpatients’radiotherapyplanwasconductedthroughtheradiotherapysimulator.Afterpositionverification,thesetuperrorsofheadandneckcancerpatients’radiotherapyplansintheaxisofx,yandzwere(-1.0±1.0)mm,(-1±2)mmand(2±1)mmrespectively;whileforpatientswithchestandabdominalcancers,thesetuperrorswere(1±2)mm,(0±2)mmand(3±1)mm;forpelviccancerpatients,thesetuperrorswere(1±1)mm,(1±2)mmand(2±2)mm.Afterpositionverification,thesetuperrorsofallthepatients’3D-CRTplanswerecontrolledwithinthepermissiblerange.ConclusionRadiotherapysimulatorimageworkstationcanverifytheirradiationfieldsof3D-CRTplanstoreducethesetuperrors.Keywords:radiotherapysimulator;positionverification;qualityassurance;threedimensionalconformalradiotherapy[中图分类号]TH774[文献标识码]Bdoi：10.3969/j.issn.1674-1633.2015.03.030[文章编号]1674-1633(2015)03-0098-03彭顺有，谢宝君武汉大学人民医院放射科，湖北武汉430060PENGShun-you,XIEBao-junDepartmentofRadiology,RenminHospitalofWuhanUniversity,WuhanHubei430060,China收稿日期：2014-07-28通讯作者：谢宝君，硕士生导师。作者邮箱：[e-mail]放射治疗技术已进入精确放疗时代，放疗质量保证及质量控制的重要性越来越突出。射野位置的验证是放疗质量保证和质量控制的重要内容。目前，很多模拟定位机都配有影像工作站，本文利用模拟定位机的影像工作站对三维适形放射治疗（3D-CRT）计划进行射野位置验证，取得了较好的效果，报告如下。1仪器与方法1.1仪器Varian公司的Eclipse6.5三维治疗计划系统；荷兰核通公司的SimulixHQ模拟定位机（配有影像工作站OncentraImconversion1.5）；Varian公司的Clinac23Ex直线加速器（配40对多叶光栅），加速器采用射野验证片暗盒中国医疗设备2015年第30卷03期VOL.30No.0399临床工程CLINICALENGINEERING和射野验证片拍摄架；西门子SensationOpen大孔径螺旋CT；MedTec固定膜及固定底板。1.2方法1.2.1CT扫描按医嘱要求，患者取仰卧位或俯卧位，双手上举抱肘置于额前，热塑面罩或体罩固定。在常规模拟定位机透视状态下确定病灶的中心（即治疗等中心），并根据激光线在固定罩上的投影标出0°、90°和270°3个方向上的“十”字中心点。CT扫描时，在固定罩的3个“十”字点位置用小金属球进行标记。扫描范围包括整个肿瘤区域和整个危及器官，以便能对危及器官的受量作出准确的评估。扫描的CT图像通过医院的网络系统传输到Eclipse治疗计划系统（TPS），在计划系统中对CT图像进行三维重建，根据3个小金属球的位置，建立三维直角坐标系统。1.2.2计划设计医师参照MRI或其他影像资料在计划系统上勾画靶区以及危及器官的外轮廓，然后进行治疗计划的设计。每个计划设计3~5个射野，正常组织及危及器官用多叶光栅（MLC）遮挡。计划设计完成后，医师和物理师共同对计划进行评价。评价满意后，做正位（机架角度为0°）和侧位（机架角度为90°）两个验证野。由治疗计划系统生成正位和侧位两个验证野的数字重建影像（DigitallyReconstructedRadiograph，DRR）,见图1。将治疗计划以文件共享的方式用Dicom3.0的格式传到模拟定位机的影像工作站，并打印出DRR影像。射野正位DRR影像射野侧位DRR影像图1射野正侧位DRR影像1.2.3射野验证打开模拟定位机的影像工作站，将患者的治疗计划导入工作站。患者躺在模拟定位机上，体位固定与CT扫描时相同。移动定位机的治疗床，使CT扫描时做的十字标记线与激光的十字交叉线完全重合。调出两个验证野，分别在正位及侧位曝光，即得到验证野的影像图，见图2。将验证野的影像图与打印的DRR图进行比对，选择骨性标志作为参考点，测量移位误差。头颈部肿瘤患者误差应≤3mm，胸腹部肿瘤患者误差应≤5mm，若误差超出允许范围，必须查找原因并进行纠正[1-3]；如果位置准确则调出治疗射野，透视观察病灶运动范围是否在计划照射野内，正常组织及危及器官是否按照计划的设计得到正确的遮挡；然后根据情况决定该计划是否需要进行修改。坐标轴系统采用国际辐射单位及测量委员会（ICRU）62号报告中的坐标系定义，x轴表示左右方向，y轴表示头脚方向，z轴表示前后方向。向后、右、上方向移位为正值，向前、左、下方向移位为负值。射野正位验证影像射野侧位验证影像图2射野正侧位验证影像1.2.4在直线加速器上行拍片验证经模拟定位机验证无误后，将治疗计划转移到直线加速器上实施治疗，治疗前在直线加速器上再次拍摄正侧位片，如果发现射野位置有误，则必须查找原因进行修正。2结果有254例患者的放疗计划通过模拟定位机进行了射野的位置验证。其中头颈部肿瘤88例，合格者85例（96.6%），中国医疗设备2015年第30卷03期VOL.30No.03100临床工程CLINICALENGINEERING摆位误差结果见表1a、1b；胸腹部肿瘤99例，合格者87例（87.9%），摆位误差结果见表2a、2b；盆腔肿瘤67例，合格者62例（92.5%）,摆位误差结果见表3a、3b。表1a～3a为位置校正前的数据，表1b～3b为位置校正后的数据。表1a头颈部肿瘤患者校正前摆位误差（cm）xyz平均值-0.10.00.2标准差0.10.20.1最大值0.10.40.3最小值-0.3-0.3-0.1表1b头颈部肿瘤患者校正后摆位误差（cm）xyz平均值-0.1-0.10.2标准差0.10.20.1最大值0.10.30.3最小值-0.3-0.3-0.1表2a胸腹部肿瘤患者校正前摆位误差（cm）xyz平均值0.1-0.10.3标准差0.20.40.1最大值0.50.70.5最小值-0.2-1.10.1表2b胸腹部肿瘤患者校正后摆位误差（cm）xyz平均值0.100.3标准差0.20.20.1最大值0.50.50.5最小值-0.2-0.50.1表3a盆腔肿瘤患者校正前摆位误差（cm）xyz平均值0.10.20.2标准差0.10.20.2最大值0.60.80.5最小值-0.20.10.1表3b盆腔肿瘤患者校正后摆位误差（cm）xyz平均值0.10.10.2标准差0.10.20.2最大值0.50.50.5最小值-0.20.10.1经位置校正后，各放疗计划的误差都能够控制在允许范围内。3讨论测量结果表明，头颈部肿瘤患者的摆位误差较小，而胸腹部及盆腔肿瘤患者的摆位误差较大。胸腹部及盆腔肿瘤患者在y轴方向的误差最大[4]。未校正摆位误差的情况下，胸腹部患者最大误差可＞1cm，盆腔肿瘤患者最大误差可达8mm。由此可见，位置验证对于放射治疗的重要性。胸腹部肿瘤患者每次治疗前需要平静呼吸，盆腔肿瘤患者每次治疗前膀胱充盈状态要基本一致，这样可以明显减少摆位误差。肥胖患者、皮肤移动范围较大的患者其摆位误差较大。固定罩的质量与摆位误差也有明显的关系。固定罩的弹性差，起不到很好的固定作用；弹性太大，则会与患者皮肤结合不紧密[5]。另外，器官的运动、肌肉的紧张程度、体重的变化，以及病情变化如出现胸水、腹水等都会影响到摆位的准确性。位置验证的方法较多，如胶片验证、电子射野影像系统（EPID）验证、三维图像位置验证等[6]。以前主要使用胶片验证，但在直线加速器上拍验证片，需要拍片、洗片，费时费力，不能进行实时验证，现使用者越来越少。EPID不仅方便，而且能够多角度进行图像采集，在经济好的放疗单位已经成为很常用的验证设备[7-9]。但EPID设备价格极其昂贵，很多直线加速器没有装配。无论拍片还是使用EPID，都需采用兆伏级高能射线获得图像，患者的解剖层次不够清晰，组织结构对比差。模拟定位机可以透视观察动态图像，清晰地显示器官的运动，确定病灶的移动范围是否在照射野内，并可以对治疗计划进行快速修改[10]。核通公司SimulixHQ模拟定位机配有OncentraImcon影像工作站，可以识别目前主流的三维治疗计划系统的计划参数，如射野大小、机架角、准直器角以及多叶光栅的位置数据。美中不足的是，该影像工作站不能识别DRR影像。如果安装第三方验证软件，实现自动比较摆位时移动的误差，将会提高验证的精度和速度。随着数字技术的发展，模拟定位机影像工作站的功能也越来越来强大[11]。工作站可以保存验证影像，还可以显示适形放疗计划的射野大小、形状、MLC的位