20年来，三维图像引导放疗技术在肿瘤放疗中应用越来越广，实现三维图像引导的设备很多，其中最常用的就是千伏级锥形束CT (kV CBCT)^[1-3]，这些图像引导放射治疗 (IGRT) 技术应用的主要目的就是在常规调强 (IMRT) 或容积调强等剂量梯度很高的精确放疗技术实施之前提高患者的摆位精度。最近几年，利用kV CBCT图像进行剂量计算的可行性研究越来越多^[4-6]，兆伏级锥形束CT (MV CBCT) 由于图像质量差且辐射剂量大等原因，在自适应放疗中的研究没有太大进展。基于上述原因，Faddegon等^[7]对MV CBCT进行了改进，在治疗机头内增加了一个未均整碳靶，构成了成像射束影像系统 (IBL)，即加速器可以产生低兆伏光子束进行成像，这样既提高了图像质量，又降低了辐射剂量。

本研究使用加速器IBL模式MV CBCT成像系统，对MV CBCT图像在自适应放疗中的应用进行研究，以期在临床应用中发挥其独特的优势。

1.实验设备：SOMATOM大孔径CT模拟机 (德国西门子公司)；CIRS的CT值电子密度转换模体 (头部和体部模体) 和头、胸、腹盆腔仿真非均质模体 (美国CIRS公司)；Pinnacle计划系统 (荷兰飞利浦公司)；Artiste加速器 (德国西门子公司)。

2.方法：首先，利用CT模拟机对电子密度转换头部模体和体部模体分别进行扫描，并导入Pinnacle计划系统建立头部和体部图像值密度转换曲线 (IVDT)；再利用加速器的全扇形束模式和大射野 (EFOV) 模式扫描模体，并导入Pinnacle计划系统建立MV CBCT的CT值电子密度曲线。其次，利用CT模拟机分别对头、胸、腹盆腔模体进行扫描，并将扫描的CT图像导入计划系统；再利用加速器的全扇形束模式扫描头部模体，EFOV模式扫描胸部和腹盆腔模体，并将MV CBCT图像导入计划系统。再次，在计划系统中对上述导入的CT图像和MV CBCT图像分别勾画靶区 (PTV) 和危及器官，其中头部有：PTV、腮腺、脊髓；胸部有：PTV、肺、心脏、脊髓；腹盆腔有：PTV、膀胱、直肠、股骨头、脊髓等。然后，在CT图像上制作调强治疗计划，剂量计算分别采用各自CT值电子密度曲线，并将此调强计划作为参考计划。最后，将上述制作的参考计划完全植入MV CBCT图像中，其中剂量计算分别采用各自MV CBCT的CT值电子密度曲线。

3.评价方法：对头颈部、胸部、腹盆腔部的常规IMRT计划和MV CBCT图像中的IMRT计划进行剂量学比较，计算两计划中相关参数的相对误差，临床允许相对误差范围为5%。其中比较的参数有：PTV D_2%、D_98%、D_50%以及PTV平均剂量D_mean；腮腺平均剂量；脊髓的D_{0.1 cm³}；肺、心脏的D_mean；膀胱、直肠的D_50%、D_25%; 股骨头的D_5%等。

1.头颈部常规IMRT和基于MV CBCT剂量计算的IMRT计划比较：两种计划参数比较结果列于表 1。在头颈模体中两种计划的靶区和危及器官的受量偏差均 < 3%，符合临床要求。

表 1(Table 1)

表 1 头颈部模体中两种调强计划剂量计算的比较 (cGy) Table 1 Dose comparison of two IMRT plans for head and neck module (cGy) 计划 PTV 危及器官 D2% D98% D50% Dmean 左腮腺 右腮腺 脊髓 参考计划 52.68 50.00 51.67 51.55 21.68 23.00 30.50 MV CBCT计划 51.52 48.78 50.15 50.15 21.34 22.53 29.93 相对偏差(％) -2.20 -2.44 -2.94 -2.72 -1.57 -2.04 -1.87 注：IMRT. 调强放疗；PTV. 计划靶区； MV CBCT. 兆伏级锥形束CT

表 1 头颈部模体中两种调强计划剂量计算的比较 (cGy) Table 1 Dose comparison of two IMRT plans for head and neck module (cGy)

2.胸部常规IMRT和基于MV CBCT剂量计算的IMRT计划比较：两种计划比较结果列于表 2。基于MV CBCT剂量计算的IMRT计划整体剂量偏低，靶区剂量分布满足临床要求，但危及器官剂量计算精度偏差过大，除肺D_60%外，均 > 5%，超出临床接受范围。

表 2(Table 2)

表 2 胸部模体中两种调强计划剂量计算的比较 (cGy) Table 2 Dose comparison of two IMRT plans for chest module (cGy) 计划 PTV 危及器官 D2% D98% D50% Dmean 肺D20% 肺D30% 肺D60% 肺Dmean 心脏D20% 心脏D20% 脊髓D0.1 cm3 参考计划 51.83 48.80 50.90 50.89 10.44 8.28 3.18 6.15 50.68 32.74 6.17 MV CBCT计划 50.49 46.36 48.80 48.70 8.93 7.21 3.11 5.51 47.35 29.90 5.28 相对偏差(％) -2.56 -6.91 -4.13 -4.30 -14.46 -12.92 -2.20 -10.41 -6.57 -8.67 -14.42 注：IMRT. 调强放疗；PTV. 计划靶区； MV CBCT. 兆伏级锥形束CT

表 2 胸部模体中两种调强计划剂量计算的比较 (cGy) Table 2 Dose comparison of two IMRT plans for chest module (cGy)

3.腹盆腔常规IMRT计划和基于MV CBCT剂量计算的IMRT计划比较：两种计划比较结果列于表 3。其中盆腔模体中组织剂量偏差最大，PTV的D_2%、D_98%、D_50%以及D_mean与参考计划相比均降低了15%以上；危及器官如直肠和膀胱的D_25%和D_50%的剂量均降低了12%以上，左右股骨头的D_5%降低了10%以上。腹盆腔中靶区和危及器官的剂量与参考计划相比均有大幅度的降低，超出了临床接受范围。

表 3(Table 3)

表 3 盆腔部模体中两种调强计划剂量计算的比较 (cGy) Table 3 Dose comparison of two IMRT plans for pelvic module (cGy) 计划 PTV 危及器官 D2% D98% D50% Dmean 膀胱D50% 膀胱D25% 直肠D50% 直肠D25% 股骨头左D5% 股骨头右D5% 参考计划 51.33 49.87 50.64 50.63 27.40 35.69 24.91 30.87 23.15 25.77 MV CBCT计划 50.49 46.36 48.80 48.70 24.05 30.78 21.62 26.86 20.62 22.89 相对偏差(％) -15.10 -17.10 -15.90 -16.00 -12.22 -13.76 -13.21 -13.00 -10.93 -11.18   注：IMRT. 调强放疗；PTV. 计划靶区； MV CBCT. 兆伏级锥形束CT

表 3 盆腔部模体中两种调强计划剂量计算的比较 (cGy) Table 3 Dose comparison of two IMRT plans for pelvic module (cGy)

目前，临床上主要有3种商业化的CBCT成像系统，分别为美国瓦里安公司的On-Board-Imaging (OBI)、瑞典医科达公司XVI Synergy system和德国西门子公司MVision system，前两种系统都是kV级成像系统，其X射线管和影像探测板垂直固定到治疗加速器机架的两侧；西门子为MV级成像系统，成像束流由加速器治疗机头产生，由机架尾端的PV非晶硅探测板进行数据采集成像，因此不需要额外增加成像设备^[8]。上述3种成像系统各有优缺点，kV CBCT图像成像剂量较低，对软组织分辨较好，但是对骨组织以及人工植入的一些金属器件会产生较大的伪影，影响了成像质量，并且由于其外置成像设备需要在图像配准时需要进行坐标系转换，带来额外误差。西门子兆伏级锥形束CT则相反，虽然成像剂量较高，但是在金属等高密度部分的成像质量很高^[9-10]，并且因其在治疗系统中进行成像不需要进行坐标转换，给临床应用带来了方便。随着精确放疗的深入开展和计算机科学的进步，自适应放疗再一次应用到临床治疗中，其中kV CBCT图像用于剂量计算已经成为现实^[11-14]，但MV CBCT图像由于其本身的特点，用于剂量计算还需要进一步研究。Faddegon等^[15]利用未经均整的4 MV光子束进行MV CBCT成像即原来的治疗射束影像系统 (TBL) 升级为IBL，在改善影像质量的同时，降低了患者的成像剂量。相比TBL模式提高了图像质量，降低了成像剂量，就图像引导技术本身来说确实有了很大的提高，但是如果要将其图像直接用来进行剂量计算，还须慎重。

本研究中，头颈部肿瘤由于该部位解剖结构的密度变化不大，体积相对较小，所以在进行MV CBCT成像时各部分器官所受剂量比较均匀，反映到CT值中可更接近实际，且剂量计算精度与临床CT相比误差 < 3%，可在自适应放疗过程中直接用于剂量计算。在胸部，由于身体体积较大，以及有肺等不均匀组织存在对射线的散射产生了一定的影响，使该部位剂量计算精度误差变大，腹盆腔部位体积变大的同时，解剖结构密度增高，从而使该部位的内部和表面的剂量差别变大，从而导致CT值变化变大，最后使剂量计算精度偏差超过10%，所以不能直接用于剂量计算，该部位MV CBCT图像仅可用于图像引导。综上所述，在自适应放疗过程中，头颈部肿瘤可直接用西门子IBL模式扫描的MV CBCT图像进行剂量计算，其他部位在进行剂量计算时要慎重考虑。