CT模拟在放射治疗中的应用
作者：夏廷毅 范乃斌 孙庆选 崔纪青 刘翠兰
单位：北京，中国人民解放军空军总医院肿瘤放射治疗科 100036
关键词：
中华放射肿瘤学杂志000426 三维CT模拟定位计划系统(CT simulation and 3D treatment planning system，3D CT-Sim)是将放射治疗定位专用螺旋CT、激光定位系统和三维治疗计划系统三者通过网络连接，形成集影像诊断、图像传送、肿瘤定位和治疗计划为一体的高精度肿瘤定位计划系统。本院从1999年2月在国内率先开展了这一先进技术，并已对143例各类肿瘤进行了CT模拟定位和三维治疗计划，现将其技术特点和在放射治疗中的应用报道如下。
1 材料与方法
1. 1 设备：螺旋CT基本同于诊断用螺旋CT，但要求机架孔径>70 cm, 最大扫描直径>42 cm，扫描床为平面型。基本条件应满足X 射线球管>2 000 kHU, 扫描层厚1 mm，全扫描速度1 s。本院使用的是岛津滑环全身螺旋 CT(SCT-6800TX，SHIMADZU)。三维治疗计划系统和CT模拟定位软件主要包括带有能对CT图像进行三维重建处理和能进行各种三维治疗计划设计和CT模拟定位的软件系统的大型工作站、大屏幕彩色显示器、绘图仪、胶片扫描仪和彩色打印机等。CT扫描图像必须通过网络系统直接传送到工作站。本院使用的三维治疗计划系统是FOCUS 9200(CMS, Inc,USA)，CT模拟定位软件是FOCUS DoSimulator(CMS, Inc,USA)。激光定位系统主要由三维可动定位激光灯、数字控制软件和激光灯趋动系统构成。本院所用激光定位系统(Gammex A-1000)的特点是两侧墙的激光灯可行70 cm的垂直升降移动，顶棚激光灯可行70 cm范围的水平移动。激光趋动系统(CMS, Inc,USA)可控制3条激光线在三维坐标系上做较大范围的移动，并可将治疗计划结果中的治疗等中心点或重要器官参考点的三维坐标在体表的对应关系自动而精确地投射到皮肤表面，以便于体表标记和同时等中心多野照射的执行。
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1.2 操作顺序和步骤：(1)CT扫描摆位：在平面CT床上，将患者按放射治疗时要求的体位进行摆位和体位固定。(2)画体位标记线：体位固定后，通过CT两侧墙的激光十字线和顶墙的激光十字线在皮肤上标记3条体位标记线(体位标记线是提高放射治疗摆位精度的重要标记。因此，在用头部面罩或体部固定网进行体位固定时，需将激光定位十字线处开窗暴露皮肤，把激光定位线画在皮肤上，切不可画在体位固定器表面)。(3)CT扫描：按治疗计划的要求对相应部位进行增强扫描，扫描范围比常规CT检查范围要大。一般扫描层次要求40层左右，肿瘤区域层厚最好为1～3 mm。为了获得较大的扫描范围又不使层次太多而影响增强效果，可采用病灶区层厚1～5 mm, 以外区域逐步过渡为5～10 mm的混合扫描技术(扫描结束后，通过网络直接传送所有CT图像到治疗计划工作站)。(4)勾画内外轮廓和靶区轮廓：利用所有CT层面自动勾画体表轮廓。然后逐层勾画靶区周围重要器官的轮廓和靶区轮廓，靶区包括肉眼肿瘤和亚临床病灶。(5)设计和验证照射野：放射治疗医生和物理师根据肿瘤和周围重要脏器之间在三维空间的相互关系设计合理的照射野。照射野大小由靶区大小、脏器移动度和综合误差(定位、摆位和机器等误差)来决定。在射线束轴视角方向窗口调整照射野大小。在设计多野计划时，尽量采用非共面多野照射技术。照射野设计原则是使靶区内剂量最大而均匀，使靶区外正常组织的受量尽量减少。剂量处方的原则是将靶中心剂量归一为100%和90%的剂量线包括整个靶区。最后通过剂量容积直方图了解靶区和周围重要脏器的剂量容积比，对靶区出现剂量不均或周围脏器出现受量过高时，进行相应的调整。在数字化影像重建窗口打印每个照射野的数字化影像重建图像，通过与X射线模拟定位片以及照射野影像监测片进行对比，全面了解照射野的合理性和准确性。(6)标记治疗计划结果：在治疗计划完成后，将患者按原体位回到CT床上，然后通过激光定位系统把治疗计划结果的照射野等中心参考点标记到其皮肤表面，以便放射治疗的执行。(7)验证照射野等中心精度：为了验证患者皮肤表面照射野等中心参考点标记与实际靶区中心和计划靶区中心的重复精度，在其左、右、前皮肤表面照射野等中心参考点标记处放置CT可成像标识物，对此进行1 mm的薄层扫描。在CT图像上测量3个参考点相交点与实际靶区中心和计划靶区中心的重复精度。
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2 结果
笔者采用本套系统对143例各类肿瘤进行了从体位固定、激光定位、CT扫描、图像传送、治疗计划和体表标记的全过程。其中体位固定10 min，CT扫描10 min，图像传送2 min，治疗计划90～180 min，等中心参考点标记5 min。采用体位固定+CT模拟定位的体位重复摆位误差<2 mm，治疗等中心与实际靶区中心的重复误差<2 mm(不含治疗时加速器的机械误差)。CT定位可用于所有病例的定位，在有以下几种情况时比常规模拟定位有更大优势，可获得更好的效果。(1) 靶区位于邻近剂量限制器官(如脊髓、脑干、肾和晶体等)的病例：采用CT模拟定位可清楚地显示靶区和邻近器官在立体三维空间的相互关系，有利于避免重要器官遭受超剂量照射。(2) 靶区形状极为不规则的病例：在根治性放射治疗时，其靶区需包括原发灶和区域淋巴结，使得照射野的形状不规整或需采用多靶区布野。采用本定位系统可使任何形状的照射野都得以适形，并能准确显示多靶区照射野邻接处的剂量分布，因此，可避免多靶区照射野邻接处的剂量过高或过低。(3) 靶区小需立体定向放射治疗的病例：在颅内、胸、腹部等实质器官的小肿瘤立体定向放射治疗时，采用本套系统可获得高精度、高剂量、高疗效、低损伤(三高一低)和短疗程的效果。(4) 靶区需要切线野照射的病例：在胸、腹壁肿瘤和乳腺癌需采用切线野照射时，采用本套系统不仅可使靶区剂量分布均匀，还可有效地保护靶区后正常组织。特别在保留乳腺手术的根治放射治疗时采用本系统定位更为精确可靠。
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3 讨论
CT模拟定位技术经过近20年的发展和多年临床应用，现已成熟，并已成为高精度放射治疗不可缺少的设备。大量文献报道，通过采用CT模拟定位可大大提高放射治疗精度，有助于有目的地提高靶区剂量，降低正常组织的剂量，从而有助于提高肿瘤局部控制率和降低正常组织的放射损伤。目前的CT模拟定位系统已由原来的CT机与二维治疗计划系统连接变为与三维治疗计划系统连接，且CT模拟软件更加完善。因此，较常规X射线模拟定位机有更高的精度和更广的应用范围。利用CT进行定位，在其图像上有较高的组织对比度和空间分辨率(在每一层图像上能较清楚地显示肿瘤的范围以及肿瘤与周围脏器之间的关系)。通过在每一层CT图像上勾画的靶区和重要脏器的三维重建，可在三维空间上清楚显示靶区与周围器官之间的关系，为照射野设计与剂量分布的优化方案提供了直观的图像信息。因此，3D CT-Sim是提高放射治疗精度的必要前提。
笔者应用CT模拟定位143例的临床经验表明，CT模拟定位可完成X射线模拟定位的全过程，且定位的精确性、目的性和可靠性都远高于X射线模拟定位。但要真正实现CT模拟定位的精度，在进行CT定位时必须注意以下几个因素：(1)体位的重复性：CT定位比X射线模拟定位有更高的要求，原则上都要进行严格的体位固定，可根据病灶大小和精度要求采用相应有效的体位固定方法。(2)CT扫描的层厚和间距：CT扫描提供的是横断面的图像信息，通过三维重建后，提供的是将每一层图像沿纵坐标叠加后的立体图像。CT扫描的层厚和间距越薄，三维图像越清晰，靶中心在纵坐标上的精度越高。因此，在对小病灶进行高精度立体定向放射治疗时，靶区的扫描层厚最好为1～3 mm。(3)CT扫描的范围：采用CT模拟定位的多数病灶需要采用非共面多野照射技术，入射线或出射线涉及范围较大，要获得准确的剂量计算结果，CT定位的扫描范围比诊断的扫描范围要大。但在较大范围内进行1～3 mm的薄层扫描，需花时间太长，患者接受的照射剂量也太大。笔者通过采用靶区薄层、靶区外层厚1 cm的混合扫描技术后，可满足以上两方面的要求。(4) CT扫描时靶区相应器官所处的状态：这一因素在精确定位中的重要性容易被人忽视，值得引起重视。大家知道在CT诊断扫描时经常采用一些使病灶和相应器官的对比度更清楚或图像连续性更好的有效方法，如膀胱癌喝水憋尿扫描、肺癌憋气螺旋扫描等技术。但放射治疗是在患者处于平静呼吸、各器官没有外加修饰的自然状态下进行的。因此，在CT定位扫描时最好采用和放射治疗时同样的状态，否则会影响定位精度。(5)靶区的确定：这是实现高精度放射治疗最重要的一环，靶区的确定需要高质量的图像(或造影增强或CT、MRI融合图像为基础)。在靶区范围确定时要充分考虑体位的重复误差、设备的机械误差、肿瘤的自主或不自主运动误差以及肿瘤的大小、分化程度、边缘情况和肿瘤周围组织的敏感程度等因素。笔者在充分考虑以上诸多因素情况下采用体位固定+CT模拟定位，多数病例获得了摆位重复误差<2 mm、治疗等中心和实际靶中心的重复误差<2 mm的结果。表明了CT模拟定位在高精度放射治疗中的作用是极其重要的。但是，CT模拟定位也存在价格昂贵、定位花时间较长等问题，而且对颈部及锁骨上区等表浅部位的定位不如X射线模拟定位简单明确。因此，CT模拟定位是实现高精度放射治疗的重要设备之一，但还不能完全替代X射线模拟定位机。
收稿日期：2000-01-24, http://www.100md.com
单位：北京，中国人民解放军空军总医院肿瘤放射治疗科 100036
关键词：
中华放射肿瘤学杂志000426 三维CT模拟定位计划系统(CT simulation and 3D treatment planning system，3D CT-Sim)是将放射治疗定位专用螺旋CT、激光定位系统和三维治疗计划系统三者通过网络连接，形成集影像诊断、图像传送、肿瘤定位和治疗计划为一体的高精度肿瘤定位计划系统。本院从1999年2月在国内率先开展了这一先进技术，并已对143例各类肿瘤进行了CT模拟定位和三维治疗计划，现将其技术特点和在放射治疗中的应用报道如下。
1 材料与方法
1. 1 设备：螺旋CT基本同于诊断用螺旋CT，但要求机架孔径>70 cm, 最大扫描直径>42 cm，扫描床为平面型。基本条件应满足X 射线球管>2 000 kHU, 扫描层厚1 mm，全扫描速度1 s。本院使用的是岛津滑环全身螺旋 CT(SCT-6800TX，SHIMADZU)。三维治疗计划系统和CT模拟定位软件主要包括带有能对CT图像进行三维重建处理和能进行各种三维治疗计划设计和CT模拟定位的软件系统的大型工作站、大屏幕彩色显示器、绘图仪、胶片扫描仪和彩色打印机等。CT扫描图像必须通过网络系统直接传送到工作站。本院使用的三维治疗计划系统是FOCUS 9200(CMS, Inc,USA)，CT模拟定位软件是FOCUS DoSimulator(CMS, Inc,USA)。激光定位系统主要由三维可动定位激光灯、数字控制软件和激光灯趋动系统构成。本院所用激光定位系统(Gammex A-1000)的特点是两侧墙的激光灯可行70 cm的垂直升降移动，顶棚激光灯可行70 cm范围的水平移动。激光趋动系统(CMS, Inc,USA)可控制3条激光线在三维坐标系上做较大范围的移动，并可将治疗计划结果中的治疗等中心点或重要器官参考点的三维坐标在体表的对应关系自动而精确地投射到皮肤表面，以便于体表标记和同时等中心多野照射的执行。
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1.2 操作顺序和步骤：(1)CT扫描摆位：在平面CT床上，将患者按放射治疗时要求的体位进行摆位和体位固定。(2)画体位标记线：体位固定后，通过CT两侧墙的激光十字线和顶墙的激光十字线在皮肤上标记3条体位标记线(体位标记线是提高放射治疗摆位精度的重要标记。因此，在用头部面罩或体部固定网进行体位固定时，需将激光定位十字线处开窗暴露皮肤，把激光定位线画在皮肤上，切不可画在体位固定器表面)。(3)CT扫描：按治疗计划的要求对相应部位进行增强扫描，扫描范围比常规CT检查范围要大。一般扫描层次要求40层左右，肿瘤区域层厚最好为1～3 mm。为了获得较大的扫描范围又不使层次太多而影响增强效果，可采用病灶区层厚1～5 mm, 以外区域逐步过渡为5～10 mm的混合扫描技术(扫描结束后，通过网络直接传送所有CT图像到治疗计划工作站)。(4)勾画内外轮廓和靶区轮廓：利用所有CT层面自动勾画体表轮廓。然后逐层勾画靶区周围重要器官的轮廓和靶区轮廓，靶区包括肉眼肿瘤和亚临床病灶。(5)设计和验证照射野：放射治疗医生和物理师根据肿瘤和周围重要脏器之间在三维空间的相互关系设计合理的照射野。照射野大小由靶区大小、脏器移动度和综合误差(定位、摆位和机器等误差)来决定。在射线束轴视角方向窗口调整照射野大小。在设计多野计划时，尽量采用非共面多野照射技术。照射野设计原则是使靶区内剂量最大而均匀，使靶区外正常组织的受量尽量减少。剂量处方的原则是将靶中心剂量归一为100%和90%的剂量线包括整个靶区。最后通过剂量容积直方图了解靶区和周围重要脏器的剂量容积比，对靶区出现剂量不均或周围脏器出现受量过高时，进行相应的调整。在数字化影像重建窗口打印每个照射野的数字化影像重建图像，通过与X射线模拟定位片以及照射野影像监测片进行对比，全面了解照射野的合理性和准确性。(6)标记治疗计划结果：在治疗计划完成后，将患者按原体位回到CT床上，然后通过激光定位系统把治疗计划结果的照射野等中心参考点标记到其皮肤表面，以便放射治疗的执行。(7)验证照射野等中心精度：为了验证患者皮肤表面照射野等中心参考点标记与实际靶区中心和计划靶区中心的重复精度，在其左、右、前皮肤表面照射野等中心参考点标记处放置CT可成像标识物，对此进行1 mm的薄层扫描。在CT图像上测量3个参考点相交点与实际靶区中心和计划靶区中心的重复精度。
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2 结果
笔者采用本套系统对143例各类肿瘤进行了从体位固定、激光定位、CT扫描、图像传送、治疗计划和体表标记的全过程。其中体位固定10 min，CT扫描10 min，图像传送2 min，治疗计划90～180 min，等中心参考点标记5 min。采用体位固定+CT模拟定位的体位重复摆位误差<2 mm，治疗等中心与实际靶区中心的重复误差<2 mm(不含治疗时加速器的机械误差)。CT定位可用于所有病例的定位，在有以下几种情况时比常规模拟定位有更大优势，可获得更好的效果。(1) 靶区位于邻近剂量限制器官(如脊髓、脑干、肾和晶体等)的病例：采用CT模拟定位可清楚地显示靶区和邻近器官在立体三维空间的相互关系，有利于避免重要器官遭受超剂量照射。(2) 靶区形状极为不规则的病例：在根治性放射治疗时，其靶区需包括原发灶和区域淋巴结，使得照射野的形状不规整或需采用多靶区布野。采用本定位系统可使任何形状的照射野都得以适形，并能准确显示多靶区照射野邻接处的剂量分布，因此，可避免多靶区照射野邻接处的剂量过高或过低。(3) 靶区小需立体定向放射治疗的病例：在颅内、胸、腹部等实质器官的小肿瘤立体定向放射治疗时，采用本套系统可获得高精度、高剂量、高疗效、低损伤(三高一低)和短疗程的效果。(4) 靶区需要切线野照射的病例：在胸、腹壁肿瘤和乳腺癌需采用切线野照射时，采用本套系统不仅可使靶区剂量分布均匀，还可有效地保护靶区后正常组织。特别在保留乳腺手术的根治放射治疗时采用本系统定位更为精确可靠。
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3 讨论
CT模拟定位技术经过近20年的发展和多年临床应用，现已成熟，并已成为高精度放射治疗不可缺少的设备。大量文献报道，通过采用CT模拟定位可大大提高放射治疗精度，有助于有目的地提高靶区剂量，降低正常组织的剂量，从而有助于提高肿瘤局部控制率和降低正常组织的放射损伤。目前的CT模拟定位系统已由原来的CT机与二维治疗计划系统连接变为与三维治疗计划系统连接，且CT模拟软件更加完善。因此，较常规X射线模拟定位机有更高的精度和更广的应用范围。利用CT进行定位，在其图像上有较高的组织对比度和空间分辨率(在每一层图像上能较清楚地显示肿瘤的范围以及肿瘤与周围脏器之间的关系)。通过在每一层CT图像上勾画的靶区和重要脏器的三维重建，可在三维空间上清楚显示靶区与周围器官之间的关系，为照射野设计与剂量分布的优化方案提供了直观的图像信息。因此，3D CT-Sim是提高放射治疗精度的必要前提。
笔者应用CT模拟定位143例的临床经验表明，CT模拟定位可完成X射线模拟定位的全过程，且定位的精确性、目的性和可靠性都远高于X射线模拟定位。但要真正实现CT模拟定位的精度，在进行CT定位时必须注意以下几个因素：(1)体位的重复性：CT定位比X射线模拟定位有更高的要求，原则上都要进行严格的体位固定，可根据病灶大小和精度要求采用相应有效的体位固定方法。(2)CT扫描的层厚和间距：CT扫描提供的是横断面的图像信息，通过三维重建后，提供的是将每一层图像沿纵坐标叠加后的立体图像。CT扫描的层厚和间距越薄，三维图像越清晰，靶中心在纵坐标上的精度越高。因此，在对小病灶进行高精度立体定向放射治疗时，靶区的扫描层厚最好为1～3 mm。(3)CT扫描的范围：采用CT模拟定位的多数病灶需要采用非共面多野照射技术，入射线或出射线涉及范围较大，要获得准确的剂量计算结果，CT定位的扫描范围比诊断的扫描范围要大。但在较大范围内进行1～3 mm的薄层扫描，需花时间太长，患者接受的照射剂量也太大。笔者通过采用靶区薄层、靶区外层厚1 cm的混合扫描技术后，可满足以上两方面的要求。(4) CT扫描时靶区相应器官所处的状态：这一因素在精确定位中的重要性容易被人忽视，值得引起重视。大家知道在CT诊断扫描时经常采用一些使病灶和相应器官的对比度更清楚或图像连续性更好的有效方法，如膀胱癌喝水憋尿扫描、肺癌憋气螺旋扫描等技术。但放射治疗是在患者处于平静呼吸、各器官没有外加修饰的自然状态下进行的。因此，在CT定位扫描时最好采用和放射治疗时同样的状态，否则会影响定位精度。(5)靶区的确定：这是实现高精度放射治疗最重要的一环，靶区的确定需要高质量的图像(或造影增强或CT、MRI融合图像为基础)。在靶区范围确定时要充分考虑体位的重复误差、设备的机械误差、肿瘤的自主或不自主运动误差以及肿瘤的大小、分化程度、边缘情况和肿瘤周围组织的敏感程度等因素。笔者在充分考虑以上诸多因素情况下采用体位固定+CT模拟定位，多数病例获得了摆位重复误差<2 mm、治疗等中心和实际靶中心的重复误差<2 mm的结果。表明了CT模拟定位在高精度放射治疗中的作用是极其重要的。但是，CT模拟定位也存在价格昂贵、定位花时间较长等问题，而且对颈部及锁骨上区等表浅部位的定位不如X射线模拟定位简单明确。因此，CT模拟定位是实现高精度放射治疗的重要设备之一，但还不能完全替代X射线模拟定位机。
收稿日期：2000-01-24, http://www.100md.com