陳麗麗，王敏，趙紫婷，時飛躍,2，秦偉，趙環(huán)宇，魏曉為

1. 南京醫(yī)科大學附屬南京醫(yī)院（南京市第一醫(yī)院） a. 腫瘤放療中心；b. 設備處，江蘇 南京 210006；2. 南京醫(yī)科大學 醫(yī)學物理研究中心，江蘇 南京 210029

引言

胸、腹部器官的呼吸運動是影響放射治療精確性的一個重要因素[1]。實際靶區(qū)因受到呼吸運動、心臟搏動、消化道蠕動等生理運動的影響，與計劃靶區(qū)的位置存在較大差異[2-3]。近年來發(fā)展起來的四維CT（Four-Dimensional Computed Tomography，4D-CT）模擬定位技術，也可稱為呼吸運動門控技術，通過紅外攝像頭追蹤患者呼吸運動的標記模塊，獲得與患者呼吸波形相匹配的四維CT影像[4-6]。4D-CT較常規(guī)CT增加了時間維度，可依據(jù)患者的呼吸周期重建一組不同呼吸時相的CT圖像，由此得到放療靶區(qū)隨呼吸起伏的運動幅度及范圍，減少靶區(qū)漏照幾率，提高腫瘤局部控制率，改善患者的生存率[7-8]。目前，4D-CT多應用于肺癌與肝癌患者的立體定向放射治療的精確模擬定位[9-10]。然而，由于4D-CT的相關設備和技術較復雜，在放療模擬定位的具體應用中存在諸多問題，如標記模塊擺放、標記點抓取等，阻礙了該技術的進一步推廣應用，但是關于上述問題及相應解決方案的相關報道較少。本文針對使用西門子CT模擬機聯(lián)合瓦里安實時位置管理（Realtime Position Management，RPM）進行4D-CT放療模擬定位中存在的問題，參照本部門的經(jīng)驗，介紹了具體的解決方案，供相關放療工作人員參考。

1 儀器設備

① 西門子CT模擬機：型號為SOMATOM Sensation Open，機架孔徑為82 cm，配備平板床、主機、輔機以及Vsim工作站；② 呼吸門控系統(tǒng)：瓦里安RPM呼吸門控系統(tǒng)，配備紅外線攝像機、標記模塊（含有兩個熒光標記點）及RPM工作站（RPM軟件版本為1.7）等；③ LAP激光定位系統(tǒng)：型號為DORADO CT3；④ 治療計劃系統(tǒng)：瓦里安Eclipse治療計劃系統(tǒng)（Treatment Planning System，TPS），版本為8.6。

2 模擬定位流程和圖像重建

放療4D-CT定位的一般流程包括體模制作、患者擺位、CT掃描和圖像重建四個部分。首先制模前，與病人充分溝通，根據(jù)醫(yī)生要求確定合適的體位，使用熱塑膜或真空墊固定患者體位，待病人完全放松后開始制模；接著，在CT掃描床上，將患者按治療時的體位進行擺位和體位固定，并設立參考標記點，在患者胸腹部的合適位置上放置標記模塊；然后，操作CT主機工作站上的程序配合RPM工作站上的軟件，使用4D-CT相關的掃描協(xié)議進行4D-CT圖像掃描，并采集患者的呼吸曲線；最后，將患者呼吸運動曲線導入CT主機工作站，一般重建10套不同呼吸時相的CT圖像序列，傳輸至治療計劃系統(tǒng)供醫(yī)生進行靶區(qū)勾畫。

在圖像重建時，首先要注意導入正確的患者呼吸曲線文件，導入錯誤的曲線文件雖然會重建但得到的是錯誤的CT圖像；其次，在CT工作站Syngo系統(tǒng)的Trigger界面，選擇“%Pi”的重建模式然后再選擇重建某個呼吸時相的CT圖像序列，在Trigger界面可以看到呼吸曲線及選擇的呼吸時相在曲線中的位置；一般以10%為時相間隔，將每個呼吸周期分為10呼吸時相，即0%、10%、20%、……、90%，并重建各個時相的CT圖像，若要重建其他呼吸時相（例如25%、75%等，可參閱相關文獻后選擇重建；最后，在Recon界面，重建任務最多有8個，重建滿8個后，刪除最后兩個重建任務，再增加余下的兩個時相的重建任務進行重建，刪除重建任務不會刪除相應重建好的CT圖像序列。

3 應用中的問題

在進行放療4D-CT模擬定位的實際應用中，會遇到諸多問題，部分主要問題列舉如下。

（1）有些患者為了達到較好的定位效果需要使用體部熱塑膜進行固定，但是如果標記模塊放置在熱塑膜上，則無法探測到患者的呼吸運動曲線，見圖1a。

圖1 熱塑膜開口剪裁示意圖

（2）有些患者呼吸幅度較大的部位位于胸腹部體表坡度大的區(qū)域，如果把標記模塊放置在此處，則標記模塊向前傾斜，有可能導致紅外攝像頭無法準確抓取反光點，從而無法探測到呼吸曲線，見圖2c。

圖2 泡沫楔形塊及楔形塊擺放示意圖

（3）由于有些患者的呼吸運動不規(guī)律等原因，導致紅外攝像頭無法抓取標記模塊上熒光標記點，導致4D-CT模擬定位無法進行。

（4）患者佩戴的飾物對標記點抓取會造成干擾，導致RPM工作站的軟件是雖然顯示了綠色方框，但是抓取的不是標記模塊上的熒光標記點（圖3）。

圖3 患者佩戴飾物對標記點抓取的干擾

（5）有些患者的呼吸運動雖然很規(guī)律，但是呼吸幅度太小，導致雖然能夠進行4D-CT掃描，但是最后無法重建或重建出錯誤的不同呼吸時相的CT圖像序列（圖4c）。有些患者的呼吸運動很不規(guī)律，導致無法進行4D-CT掃描，見圖4d。

圖4 四種典型的呼吸曲線截圖

（6）西門子廠家給出的4D-CT掃描協(xié)議不完全符合放療部門定位CT的要求，放療定位技師每次進行4D-CT掃描時都要進行重新設置，耗費時間且可能會出錯。

4 解決方案

針對上述放療4D-CT模擬定位存在的問題，結合本部門工作人員的使用經(jīng)驗，總結了針對上述六個問題的解決方案。

4.1 制作患者熱塑膜及方形開口

首先，按醫(yī)囑要求確定患者體位并進行體位固定。本文主要針對以熱塑膜固定體位的患者，圖1a所示為制作成型的熱塑膜局部圖。對于需要進行4D-CT模擬定位的患者，標記模塊的放置是一個比較重要的問題。熱塑膜可以在一定程度上限制患者的呼吸運動，若標記模塊直接放置在熱塑膜上，則無法反映出患者真實的呼吸運動，甚至得到錯誤的呼吸曲線。我們的解決方法是在熱塑膜的局部位置進行開口，開口的位置需要根據(jù)患者的實際情況來定，一般多選擇胸、腹部呼吸起伏較大的部位。然后用記號筆在熱塑膜合適的位置上畫一長方形標記，如圖1a所示，記號筆標記的區(qū)域應略大于標記模塊，接著使用剪刀或其他工具對標記區(qū)域進行裁剪，得到如圖1b所示的開口，此時可嘗試將標記模塊放入開口中以保證標記模塊隨病人呼吸起伏時不會觸及熱塑膜開口邊緣，否則再次修剪開口至合適大小。

4.2 應對體表斜坡的泡沫楔形塊

對于某些體型較瘦或其他特殊原因?qū)е碌男?、腹部體表坡度較大的患者，不能直接將標記模塊放置于坡度處，否則標記模塊會出現(xiàn)向前傾斜的情況（圖2c），導致攝像頭無法準確抓取熒光標記點。為了應對上述體表斜坡，本文利用熱絲切割機制作了兩個不同角度的泡沫楔形塊，如圖2a和2b中的泡沫塊分別對應15°和30°的楔形角度，當然泡沫楔形塊的角度也可以根據(jù)患者體表斜坡進行個性化定制。實際應用時，將泡沫楔形塊與標記模塊進行組合，如圖2d所示，放置于熱塑膜開口處，為防止標記模塊移位或傾倒，泡沫楔形塊與標記模塊之間以及泡沫楔形塊與患者體表之間均使用紙膠帶進行固定。

4.3 標記模塊上熒光標記點無法抓取的具體解決方法

標記模塊上熒光標記點無法抓取是一個比較嚴重的問題，這意味著后續(xù)將無法獲得呼吸運動曲線，導致4D-CT模擬定位失敗。在開始定位之前，需要與患者做好溝通工作，介紹4D-CT模擬定位的一般流程以及過程中需要患者配合等事宜，從而達到緩解病人緊張情緒的目的。在完成患者擺位、體位固定以及設立參考標記點之后，將標記模塊固定于患者體表合適位置后，查看RPM工作站能否抓取到熒光標記點。若RPM工作站顯示紅色方框或無方框說明無法抓取到熒光標記點。此時可以從兩個方面著手解決此問題，一方面是對患者進行呼吸訓練，盡量讓患者保持均勻、規(guī)律呼吸；另一方面需要重新調(diào)節(jié)和轉動紅外攝像頭，同時觀察RPM工作站是否顯示出綠色方框，若顯示則說明已抓取到熒光標記點。

4.4 患者佩戴飾物對標記點抓取的干擾

患者佩戴飾物對標記點抓取也會造成干擾，雖然RPM工作站也顯示出綠色方框，但這并不代表就抓取到了熒光標記點，如圖3所示，患者眼鏡框兩側顯示有高密度的白點并被綠色方框錯誤抓取。為預防患者佩戴飾物對標記點抓取的干擾，應當在擺位之前，及時告知病人取下眼鏡、項鏈、耳環(huán)等金屬飾品，仔細觀察并確認RPM工作站抓取到正確的熒光標記點后再進行下一步的CT掃描操作。

4.5 觀察評估患者的呼吸曲線

獲取患者定位像后，確定掃描范圍，然后觀察RPM工作站上患者的呼吸曲線，待患者呼吸均勻、曲線呈一規(guī)律波形時再進行CT掃描。由于腫瘤患者大部分體質(zhì)較差，且呼吸訓練的效果也因人而異，因此不同腫瘤患者的呼吸曲線也存在較大差異[10]。幾種典型的呼吸曲線如圖4所示。圖4a是比較完美的呼吸曲線，該曲線周期性較好，呼吸運動幅度較大，可以導入CT主機工作站，并重建不同時相的CT圖像；圖4b是較好的呼吸曲線，曲線具有周期性，呼吸運動幅度適中，后續(xù)可以導入CT主機工作站，并重建不同時相的CT圖像；圖4c是比較差的呼吸曲線，呈鋸齒形，雖然曲線具有很好的周期性，但病人呼吸幅度小、頻率高，呼吸曲線不合格，導入CT主機工作站后不能正確重建不同時相的CT圖像序列。對于此類患者，若呼吸訓練效果仍然不佳則無法進行4D-CT模擬定位；圖4d顯示的呼吸曲線前半部分還比較規(guī)律，后半部分可能由患者突然咳嗽導致呼吸曲線的無規(guī)律變化，此外患者深呼吸也會導致呼吸曲線變差。因此，在CT掃描過程中應密切關注患者的呼吸曲線，若患者呼吸曲線不佳且訓練后沒有改善，則不適宜采用4D-CT掃描；應告知患者在4D-CT掃描時盡量避免咳嗽等影響呼吸曲線的行為；若掃描時遇到患者咳嗽等突發(fā)情況應立即停止掃描，待患者平靜之后，再考慮重新采集呼吸曲線并行CT掃描。

4.6 放療4D-CT掃描協(xié)議的制作

為方便操作，我們制作了放療4D-CT掃描協(xié)議模板，如圖5所示，模板命名為RT_Resp_C，包括定位像（Topogram）、平掃（Throax）和呼吸門控掃描（Resp）三部分。依據(jù)該模板，首先采集患者平靜呼吸狀態(tài)下的平掃像，然后采集記錄患者呼吸曲線后的4D-CT圖像，掃描參數(shù)設置為：管電壓120 kV，有效曝光量400 mAs，層厚3 mm，層間距3 mm，卷積核B30f。

圖5 放療4D-CT掃描協(xié)議模板圖

5 應用效果

圖6a和6b所示分別為標記模塊放置在熱塑膜上和熱塑膜方形開口處的皮膚上的呼吸運動曲線。由圖可見，標記模塊放置在熱塑膜上幾乎看不出呼吸運動曲線，而對熱塑膜進行方形開口后，患者的呼吸運動曲線能夠清楚顯示出來。在實際應用中，使用了泡沫楔形塊后，能有效克服皮膚斜坡對標記模塊的不利影響，使紅外攝像頭能準確抓取熒光標記點。針對由于呼吸運動不規(guī)律等原因?qū)е碌募t外攝像頭無法抓取標記模塊上熒光標記點的問題，通過對患者進行訓練，大部分患者呼吸運動的規(guī)律性有所改善；移動紅外攝像頭，一般橫向緩慢移動，可以解決大部分無法抓取熒光標記點的問題。對圖3所示患者，去除了患者金屬飾物（實際那個點是患者眼鏡上的金屬所致）后，4D-CT放療模擬定位可以正常進行?，F(xiàn)在，每次做4D-CT模擬定位前，我們都對患者的呼吸運動曲線進行評估，曲線有問題的及時與醫(yī)師溝通，討論解決方法或替代方案，避免了不能或錯誤重建4D-CT圖像的問題。放療技師使用制作好的4D-CT掃描模板，操作更加方便，避免了定位技師不熟悉操作、手動修改參數(shù)時出現(xiàn)的層厚層間距不一致以及重建時相錯誤等問題。

圖6 兩種情況下某位患者呼吸運動曲線對比

6 討論

研究表明，采用4D-CT定位的肺癌患者在治療時靶區(qū)的移動度明顯較采用非門控增強掃描定位的患者更小[11-13]。目前，使用外部替代物監(jiān)測腹部或胸壁表面呼吸運動的系統(tǒng)包括RPM、C-RAD，GateCT等[14]，此外還有使用腹帶壓力傳感器的呼吸運動監(jiān)測系統(tǒng)，包括ANZAI，Bellows等[15]。除回顧性4D-CT掃描，RPM還可用于呼吸門控放射治療[16]。門控技術通過監(jiān)測呼吸運動使得射線束的放射周期與呼吸周期同步，只在呼吸過程的某一特定時相內(nèi)出束進行放療[17-18]，進一步提升均次大劑量放療計劃執(zhí)行的精確性。為保證4D-CT計劃執(zhí)行與模擬定位的重復性，加速器機載4D-CBCT應運而生。相關研究表明，4D-CBCT能夠減少自由呼吸狀態(tài)下CBCT圖像存在的運動偽影，降低不同觀察者之間的不確定性，有一定提升靶區(qū)位置準確性的作用[19-20]。但是考慮到使用該技術所需的大量時間成本及部分患者的有限獲益，目前尚未普及。

本文介紹了使用西門子CT模擬機聯(lián)合瓦里安RPM系統(tǒng)對放療患者進行4D-CT模擬定位中存在的六個問題及解決方案，對4D-CT的臨床應用有一定的參考價值。當然本工作也有不足之處，受限于本單位的設備條件，本文僅針對西門子CT模擬機聯(lián)合RPM系統(tǒng)的應用經(jīng)驗進行了表述，沒有涉及其他廠家的CT模擬機聯(lián)合RPM系統(tǒng)的應用。相信隨著新技術的不斷發(fā)展，放療4D-CT模擬定位的應用會越來越普及，將會有更多腫瘤放療患者因此受益。

7 總結

隨著技術的發(fā)展進步以及先進放療設備的不斷普及，國內(nèi)能夠開展放療4D-CT模擬定位的放療部門越來越多。針對使用西門子CT模擬機聯(lián)合瓦里安RPM系統(tǒng)進行放療4D-CT模擬定位中存在的一些問題，結合本部門的經(jīng)驗和實際應用效果，本文對相應的解決方案進行了總結，包括對熱塑膜做方形開口、制作泡沫楔形塊、調(diào)節(jié)紅外攝像頭、去除金屬飾品、評估患者呼吸曲線、制作放療4D-CT掃描協(xié)議模板等。這些解決方案為放療工作人員開展放療4D-CT模擬定位工作提供了一些有益的參考。