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[摘要]目的比较分析应用CT加速器系统（CTVision）和千伏级锥形束CT（Cone-Beam Computer Tomography，CBCT）图像引导放疗技术校正鼻咽癌在放疗中摆位误差的差异性。方法选取2015年1月～2016年8月收治的行调强放疗（Intensity Modulated Radiation Therapy，IMRT）的鼻咽癌患者30例，均采用U型热塑性面罩固定体位，将患者随机分为A、B两组，各15例。A组和B组每周分别行CTVision和千伏级CBCT图像引导放射治疗分析1次，各6次，对摆位误差超过3 mm的患者均进行在线校正，并对获得的两组数据进行组内和组间两两比较，采用t检验比较数据差异有无统计学意义。结果采用相同体位固定方式，在不分周次的情况下，CTVision组和CBCT组在LR、SI、AP方向的摆位误差分别为（0.44±2.26）、（0.45±2.29）、（-0.13±2.10）mm和（0.85±2.46）、（0.50±2.64）、（0.69±2.53）mm，组间的摆位误差无统计学差异性（P>0.05）。CTVision组的Σ和σ分别为0.75～0.96 mm和0.90～1.29 mm，而CBCT组的Σ和σ分别为0.76～1.01 mm和1.18～1.37 mm。根据ICRU 62、Stroom、Van Herk公式计算获得的MPTV，CTVision组分别为1.32～1.51、2.28～2.55和2.66～3.03 mm，而CBCT组分别为1.53～1.63、2.45～2.85和2.83～3.35 mm。CBCT组的MPTV比CTVision组的MPTV略大，但差异均无统计学意义（P>0.05）。根据McKenzie公式求取的MPRV，CTVision组和CBCT组分别为1.54～1.70 mm和1.65～1.90 mm。此外，在分次放射治疗期间，CTVision组和CBCT组在LR、SI、AP方向的周次摆位误差均无统计学差异性（P>0.05）。结论 CTVision和千伏级CBCT图像引导放疗技术均可有效地校正鼻咽癌患者在放射治疗时引起的摆位误差，但均未见明显的统计学差异性。在临床应用中，这可根据不同的患者及不同部位来择优选择。

[关键词]CT加速器系统；锥形束 CT；摆位误差；鼻咽癌；放疗

引言

鼻咽癌是华南地区常见的恶性肿瘤之一，放射治疗是当前鼻咽癌最主要的治疗手段。在鼻咽癌放疗过程中，尽管采用了多种体位固定装置（如热塑性面罩、真空垫、个体化头枕）进行体位固定，但分次放射治疗期间，仍不可避免地存在体位摆位误差[1]。摆位误差的监测与分析纠正是放射治疗质量控制中的重要环节[2]。针对摆位误差，目前最有效的解决方法是采用图像引导放疗技术（Image Guided Radiation Theraphy，IGRT），主要包括：兆伏级电子射野影像系统（Electronic Portal Imaging Device，EPID）[3]、兆伏级锥形束CT（Cone Beam CT，CBCT）[4]、千伏级CBCT[4]、千伏级正交X射线[5]以及滑轨CT加速器系统（CTVision）[6]等。本研究选取2015年1月～2016年8月收治的鼻咽癌患者30例作为研究对象，对机载的千伏级 CBCT和CTVision在鼻咽癌图像引导放疗中摆位误差的差异性进行探讨分析。

1 资料与方法

选取2015年1月～2016年8月收治的鼻咽癌患者30例，其中，男性21例，女性9例。所有患者均经影像学方法或病理诊断确诊，并实施首程调强放疗（Intensity Modulated Radiation Therapy，IMRT），且在放射治疗前均签署知情同意书。将患者随机分为A、B两组，各15例。A组患者中，男性11例，女性4例，年龄在29～62岁，平均年龄为44.4岁，临床TNM分期：Ⅰ期1例，Ⅱ期5例，Ⅲ期7例，Ⅳ期2例；B组患者中，男性10例，女性5例，年龄在31～66岁，平均年龄为46.8岁，临床TNM分期：Ⅰ期0例，Ⅱ期5例，Ⅲ期9例，Ⅳ期1例。

患者均取仰卧位，通过“U”型热塑性面罩和全碳素纤维底板行头枕固定。按体位固定要求，采用大孔径CT进行定位扫描，扫描范围：上界至头顶，下界至锁骨头下2 cm，扫描层厚3 mm，512×512矩阵。将CT图像通过网络传输至Pinnacle（V9.0）放射治疗计划系统，由主治医生遵循IURU第50、62号报告原则进行靶区勾画，物理师进行调强放疗计划设计。

首次放射治疗前，患者于放疗体位下分别行CTVision（A组）和千伏级 CBCT（B组）引导体位校正，以后每周一次，共6次。千伏级 CBCT是采用医科达Synergy直线加速器机载的千伏级锥形束CT；CTVision是西门子Oncor直接加速器与滑轨CT（CT-on-rail）的有机结合，即在放射治疗机房内另外安装一台诊断级扇形束千伏级 CT，与直线加速器共同使用一张治疗床，通过轨道使治疗床在加速器和CT之间进行转换。CT扫描的范围、层厚、层距与放疗前计划CT一致。以首次放疗前行CT引导体位校正获取的CT图像作为基准图像。在放疗前和放疗期间进行体位验证时，均由两名工作5年以上技师进行体位摆位操作。

对所获取的CT图像分别进行CT图像重建，重建层厚为3 mm。将所获取的CT图像分别与CT基准图像实施骨性自动灰度配准，若出现较大的配准偏差，附以人工配准校正，均由两名不同的临床医生来进行。将所获取的CT图像分别与CT基准图像进行自动灰度配准。以计划中心点为坐标原点建立摆位误差三维坐标系，X轴代表患者LR方向（左右，右侧为正），Y轴代表SI方向（头脚，头侧为正），Z轴代表AP方向（腹背，腹侧为正），由此获取患者在LR、SI和AP方向的摆位偏差数值，以此来评估患者治疗摆位的精确性。对>3 mm的摆位偏差，通过调整治疗床进行摆位误差校正，再为患者实施放射治疗。

计算摆位误差的平均值和标准偏差。群体化系统误差（Σ）定义为所有患者个体化系统误差的标准偏差。而每位患者所有分次误差的均值定义为个体化系统误差。群体化随机误差（σ）定义为所有患者个体化随机误差的平方均值的平方根。而每位患者所有分次误差的标准偏差定义为个体化随机误差[7]。

由于系统误差和随机误差对CTV外放边界的贡献不同，计算CTV外放边界时应予以不同的权重，如ICRU 62[8]提出MPTV=Sqrt（Σ2+σ2），Stroom等[9]提出MPTV=2.0Σ+0.7σ和Van-Herk等[10]提出MPTV=2.5Σ+0.7σ。根据Van-Herk公式可求得使90%患者的CTV至少达到95%处方剂量的CTVPTV外扩边界。CTV-PTV外放计算公式把系统误差与随机误差对剂量影响均考虑在内，由此获得的外放值具有较大的可信性。此外，根据McKenzie等[11]提出危及器官的外放计算公式，即MPRV=1.3Σ+0.5σ，求取危及器官OAR的外放值。

采用SPSS 15.0对所收集的数据进行统计学分析，以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

摆位误差是指患者实际的治疗体位与首次定位体位相比所产生的误差，摆位误差越小，患者治疗体位重复性越好。患者于放疗体位下分别行CBCT和CTVision引导体位校正，摆位误差的分布情况，见图1。在不分周次的情况下，CBCT组和CTVision组在LR、SI、AP 3个方向的摆位误差，见表1。这结果均符合理想的头颈部肿瘤放疗摆位误差<3 mm的要求，但CBCT组和CTVision组在LR、SI和AP方向上的摆位误差相互间没有统计学上的显著差异性（P>0.05）。对于摆位误差>5 mm，CBCT组所占的比例为2.67%～5.33%而CTVision组所占的比例为1.33%～4.00%；而当摆位误差>3 mm，CBCT组所占的比例为25.33%～29.33%而CTVision组所占的比例为16.00%～18.67%，见图2。

图1 行CBCT和CTVision在线校正的摆位误差分布

注：a.CTVision组；b.CBCT组。

图2 CBCT组和CTVision组在LR、SI和AP方向的摆位偏差所占百分比

注：a.CTVision组；b.CBCT组。

表1 CBCT组和CTVision组在LR、SI和AP方向的摆位误差 (mm)

摆位误差包括随机误差（σ）和系统误差（Σ）。Σ包括CT定位系统的扫描误差与机械误差、加速器的机械误差及激光灯的误差等，反映实际治疗和模拟定位间的差异；σ由技术员的摆位操作、患者器官运动等造成，体现患者每次治疗时体位重复性的差异。本研究发现，CBCT组和CTVision组的Σ和σ分别为0.76～1.01 mm、0.75～0.96 mm和1.18～1.37 mm、0.90～1.29 mm，见表2～3。

根据ICRU 62、Stroom和Van-Herk的CTV-PTV外放公式以及McKenzie的危及器官外放公式，CBCT组和CT Vision组的CTV-PTV外扩边界值和危及器官外扩值PRV，本研究获取的CTV-PTV外扩值均在放疗计划CTV-PTV外扩的阈值范围内（5 mm），表明利用热塑性面罩固定行鼻咽癌精确放疗是安全合理的。

将所获取的图像按不同周次进行划分，CBCT组和CTVision组在LR、SI、AP 3个方向的周次摆位误差，见图3。分别对LR、SI、AP方向的周次摆位误差行统计学分析-配对样本t检验，其均不具有统计学上的显著差异性（P>0.05）。在1～6周整个放疗过程中，CBCT组和CTVision组均显示出体位固定效果在准确性、重复性方面是可靠的，可以不必考虑放疗中后期是否由于摆位误差的影响而需要重新制作面罩定位的问题。

表2 CTVision组在3个方向的Σ、σ、MPTV和MPRV

表3 CBCT组在3个方向的Σ、σ、MPTV和MPRV

图3 分次放射治疗期间的摆位误差在LR、SI和AP方向的分布

注：a.LR方向；b.SI方向；C.AP方向。

3 讨论

CBCT可通过加速器机架旋转获取患者放疗前和放疗中的图像信息，与计划CT图像进行对比，获取旋转及平移方向的误差信息，进行在线校正，保证精确放疗。根据采用放射线能量的不同，CBCT可分为千伏级CBCT和兆伏级CBCT[4,12]。千伏级CBCT比兆伏级CBCT具有较高的空间分辨率，对软组织也具有较高的密度分辨率，而且其成像条件与计划CT更为接近，有利于确保其与计划CT图像进行图像配准的精确性，但其密度分辨率相对较低。CTVision图像引导系统将治疗计划使用的诊断级扇形束千伏级CT与直线加速器有机结合，形成CT-on-rail，与直线加速器共同使用一张治疗床，通过轨道使治疗床在加速器和CT之间进行转换，无需移动患者的放疗体位，从而增加放疗摆位的重复性和精确性，几何精度可达1 mm[13]。CTVision对软组织显像清晰，且空间分辨率和密度分辨率优于千伏级 CBCT的空间分辨率和密度分辨率[6,13]。但CTVision不能在治疗时对靶区运动进行实时监测，而且由于加速器机房内额外安装了一台CT，设备占用空间大，维护的要求和成本亦有所提高。对比CTVision，千伏级CBCT可在线监测和纠正放射治疗过程中肿瘤或正常组织的改变所引起的变化，而且其与加速器整合为一体，形成一种新型加速器图像引导系统。

放射治疗是鼻咽癌的主要治疗手段，摆位误差是放射治疗不可避免的问题。Zedian[14]在对头颈部肿瘤的IGRT研究中发现，15%～31%的治疗需要IGRT对摆位误差进行纠正，如果不采用IGRT技术，至少有超过29%的治疗摆位误差>3 mm，而治疗摆位误差>5 mm则有超过11%。随着IGRT采用次数的增加，摆位误差可有效的减少。

在不分周次的情况下，对于摆位误差>5 mm，CBCT组与CTVision组在LR、SI、AP方向所占的比例均无统计学差异性（P>0.05）；而当摆位误差>3 mm，CBCT组与CTVision组在LR、SI、AP方向所占的比例均具有明显的差异性（P<0.05）。这可能是由于CBCT和CTVision对软组织分辨率的差异性所致。利用千伏级CBCT监测鼻咽癌摆位误差，Wang等[15]的结果显示所监测患者各方向的Σ和σ均为1.1～1.3 mm，CBCT组的Σ和σ与此结果较为吻合，分别为0.76～1.01 mm和1.18～1.37 mm。Hurkmans等[16]对既往采用EPID监测头颈肿瘤摆位误差的研究分析发现，头颈肿瘤的Σ和σ分别为1.6～4.6 mm和1.1～2.5 mm，而本研究采用CBCT和CTVision获取的鼻咽癌Σ和σ均明显低于此文献报道，但CBCT组与CTVision组的Σ和σ均无统计学差异性（P>0.05）。Pehlivan等[17]研究认为：系统误差应不超过1 mm，随机误差应在2 mm左右，本研究结果均与此相一致。根据CBCT和CTVision所获取的结果，此两种方法都是比较理想的监测手段，未见明显统计学差异性，但相对于CBCT，CTVision系统的组织分辨率更高，获得的图像更为清晰，但是治疗床在直线加速器与CT间转换可能会引起的微小误差不可忽视，虽然治疗床旋转的几何精度可达≤1 mm，甚至<0.5 mm[18]。这亦表明采用“U”型热塑性面罩和体位固定装置是安全的，可以维持患者放疗体位下的摆位误差在3 mm以内。

有研究发现，随着放疗疗程的进行，肿瘤的消退或患者体重的减轻会使得患者颈部厚度缩小，从而导致分次放射治疗的摆位精度逐渐降低，影响放疗疗效[19]。但本研究的CBCT组和CTVision组的监测结果均表明，分次放射治疗的摆位精度随放疗时间无明显的差异性，与Johansen等[20]的研究结论相吻合。研究中采用热塑性面罩覆盖头部，面罩的形状与患者的面部皮肤完全贴合，可以较好的固定患者体位。虽然随放疗时间患者体重减轻或肿瘤消退，但患者头面部骨性标志不会发生改变，与面罩的空间位置依然保持相互吻合，并不导致固定装置松动从而造成日常摆位的不精确，配以经验丰富的技术员摆位，使得整个疗程中的体位固定可有效保持其准确性和重复性。但是，在放疗疗程中是否需要对患者重新制作面罩，特别是肿瘤晚期患者，这需要结合临床数据进行综合评估而确定。

目前，PTV边界是基于CTV外扩一定的范围和可预见的摆位误差以及器官运动。PTV边界过小，容易造成靶区的遗漏；PTV边界过大，导致正常组织损伤，过度治疗，不能达到有效保护正常组织的目的。Asselen等[21]发现MPTV每减小1 mm，腮腺剂量可平均降低1.3 Gy。通过CBCT及CTVision监测及校正鼻咽癌患者的摆位误差，根据Van-Herk CTV-PTV外放公式所求取的MPTV分别为2.83～3.35 mm和2.66～3.03 mm，而MPRV分别为1.65～1.90 mm和1.54～1.70 mm。CBCT组的MPTV比CTVision组的MPTV略大，但均不具有统计学显著差异性（P>0.05）。这可能是由于CTVision系统的组织分辨率比CBCT的组织分辨率高，获得的图像更为清晰，由此获得的MPTV更贴近真实外扩边界。根据CBCT及CTVision监测及校正小样本人群摆位误差的研究结果，对鼻咽癌行IMRT，放疗计划CTV-PTV外扩5 mm是合理安全的。这可为合理设计鼻咽癌IMRT放疗计划提供理论依据，避免每天行IGRT在线校正摆位误差，给患者带来额外的受照剂量，同时增加技师的工作负担。

4 结论

针对两种较好图像引导放疗技术：CTVision和千伏级CBCT进行鼻咽癌摆位误差比对，均可有效地校正鼻咽癌患者在治疗时引起的摆位误差，但均未见明显统计学差异性。此外，患者的摆位误差并不随放疗时间产生明显的变化。CTVision组的MPTV比CBCT组的MPTV略小，相对较为贴近真实外扩边界。在临床应用中，这应该根据不同的患者及不同的部位来择优选择。如何更好地拓展这两种图像引导放疗技术在放射治疗中的应用，需要技术员、物理师和医生的共同协作。

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Comparative Analysis of Application of CTVision and Kilo-Voltage CBCT in the Nasopharyngeal Carcinoma Radiotherapy Beam Position Error

ZHANG Quan-bin, PENG Ying-ying, ZHANG Shu-xu, LIANG You-teng
Department of Radiotherapy Center, Cancer Center of Guangzhou Medical University, Guangzhou Guangdong 510095, China

Abstract：Objective This paper aims to analyze the differences of setup error between CTVision and kilo-voltage cone-beam computer tomography (CBCT) comparatively, which used to calibrate the setup errors for nasopharyngeal carcinoma during radiotherapy. Methods A total number of 30 nasopharyngeal carcinoma patients, who underwent intensity-modulated radiation therapy (IMRT) with immobilization using a customized thermoplastic mask from January 2015 to August 2016, were randomly assigned to group A and group B, 15 cases. CTVision and kilo-voltage CBCT image-guided radiotherapy were performed in group A and group B respectively, once a week and 6 weeks each. If the setup error was >3 mm, setup errors were corrected by adjusting the treatment couch to match the treatment isocenter. Paired t-test was used to evaluate the differences. Results Regardless of the duration of the fractionated radiotherapy course, the setup errors in the LR, SI and AP directions were (0.44±2.26) , (0.45±2.29) , (-0.13±2.10) mm and (0.85±2.46), (0.50±2.64), (0.69±2.53) mm for group A and group B respectively, without significant differences between two groups (P>0.05). The Σ and σ of group A were 0.75～0.96 mm and 0.90～1.29 mm, respectively, and the Σ and σ of group B were 0.76～1.01 mm and 1.18～1.37 mm respectively. According to the formula of ICRU 62, Stroom and Van Herk, the MPTVs of group A were 1.32～1.51, 2.28～2.55 and 2.66～3.03 mm respectively, while 1.53～1.63, 2.45～2.85 and 2.83～3.35 mm were for group B. The MPTVin group B was slightly larger than those in group A, but the differences were not statistically significant (P>0.05). The MPRVbased on the formula of McKenzie were 1.54～1.70 mm and 1.65～1.90 mm for group A and group B respectively. In addition, no significant differences in setup errors were observed during the fractionated radiotherapy course (P>0.05). Conclusion Application of CTVision and kilo-voltage CBCT can effectively correct the setup errors fornasopharyngeal carcinoma during radiotherapy. But there is no statistically significant difference between them. In clinical applications, this paper offer best choose for different patients and different body parts.

Key words：CTVision; cone-beam computer temography; setup errors; nasopharyngeal carcinoma; radiotherapy

基金项目：广东省科技计划项目(2016A020215173)；广州市医药卫生科技一般引导项目(20151A010108)；广州医科大学科学青年项目（2016A25）。

通讯作者：张书旭，教授，主要研究方向为放射物理及放射肿瘤。

应用CTVision和千伏级CBCT研究鼻咽癌放疗摆位误差的比较分析

引言

1 资料与方法

2 结果

3 讨论

4 结论