肺癌圖像引導(dǎo)放療不同配準(zhǔn)方式對擺位誤差的影響

吳志勤，張力，余建義，閻華偉，楊桂強，林立，黃包記，王志瑋，潘涵慧，金獻測

（溫州醫(yī)科大學(xué)院附屬第一醫(yī)院 放化療科，浙江 溫州 325015）

近幾年，千伏級的錐形束CT（cone beam，CBCT）已經(jīng)成為臨床上重要的圖像引導(dǎo)放射治療（以下簡稱放療）工具[1-2]。利用CBCT進行的圖像引導(dǎo)放療（image-guided radiation therapy，IGRT），可獲取治療擺位導(dǎo)致的三維方向的平移及旋轉(zhuǎn)誤差信息，并能作出相應(yīng)調(diào)整，提高了治療精度[3-4]。但其結(jié)果受匹配區(qū)域及匹配方式的影響，因此，本研究通過對比基于千伏級CBCT圖像的自動骨性配準(zhǔn)和灰度配準(zhǔn)的平移和旋轉(zhuǎn)矢量值，探討不同配準(zhǔn)方式在肺癌IGRT治療中的差異。

1 對象和方法

1.1 對象 自2012年4月9日至2013年1月28日間，隨機選取本放療中心收治的肺癌患者43例，其中男40例，女3例，年齡26～84歲，中位年齡64歲。三維適形調(diào)強放療34例，弧形容積調(diào)強放療9例。

1.2 擺位固定及模擬CT 患者均采用標(biāo)準(zhǔn)仰臥位，使用熱縮體膜，根據(jù)不同患者頸部曲度墊以舒適狀態(tài)固定。首先盡可能接近放療靶區(qū)的體表或根據(jù)放療醫(yī)師描畫的體表位置，三維激光與之重合并放上標(biāo)志金屬小顆粒建立參照中心。應(yīng)用Philips Brilliance大孔徑CT模擬定位機進行螺旋掃描，圖像矩陣512×512，層距層厚3 mm，掃描病變靶區(qū)然后通過計算機網(wǎng)絡(luò)傳送圖像數(shù)據(jù)至放射治療計劃系統(tǒng)Pinnacle 8.0。

1.3 靶區(qū)勾畫及計劃 根據(jù)國際輻射單位與測量委員會（International Commission on Radiation Unit and Measurement，ICRU）第50號報告進行靶區(qū)勾畫。大體腫瘤體積（gross tumor volume，GTV）為圖像肉眼所見腫瘤大小，由副主任醫(yī)師以上資深醫(yī)師根據(jù)病變位置、病理類型及周圍危及器官，對GTV進行一定的外擴得到臨床靶區(qū)體積（clinical tumor volume，CTV），CTV再增加器官運動和擺位誤差后為計劃靶區(qū)體積（plan tumor volume，PTV）。物理師根據(jù)醫(yī)囑在放療計劃系統(tǒng)Pinnacle 9.2進行放療計劃設(shè)計。

1.4 圖像采集和匹配 每次患者進行放療時由2位放療技師執(zhí)行操作擺位體膜固定，首次治療時需核對實際放療靶中心與參考靶中心是否一致，若移位，認(rèn)真核對數(shù)據(jù)及方向。擺位結(jié)束后以最終等中心靶區(qū)進行CBCT掃描，掃描角度0°～180°，機架速度180 deg/min，掃描電壓120 kV，采集頻度6 Frames/s，掃描受量1.2 mGy，mAs總量118.5 mAs。遮光器S20，濾線板F0，每次CBCT掃描時間為1 min，共約330 Frames。設(shè)置各項參數(shù)及掃描范圍后即可采集CBCT圖像，經(jīng)XVI系統(tǒng)圖像合成與放療計劃CT的圖像分別進行骨性配準(zhǔn)和灰度配準(zhǔn)，著重觀察照射靶區(qū)及周邊骨組織的配準(zhǔn)重合程度，每次配準(zhǔn)XVI系統(tǒng)會自動計算出X軸（左右）、Y軸（頭腳）、Z軸（腹背）方向的水平移位和X、Y、Z軸位旋轉(zhuǎn)方向的誤差。如治療前X、Y、Z其中有一項＞5 mm，則需在線誤差校正后第2次CBCT掃描時調(diào)整；如同時伴有旋轉(zhuǎn)軸向誤差＞3°則須進行重新擺位，以及治療后第3次CBCT掃描。本組資料XVI系統(tǒng)在線調(diào)整只針對X、Y、Z方向。

1.5 統(tǒng)計學(xué)處理方法 采用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件。計量資料以±s表示，2組間比較采用配對t檢驗。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

本研究行肺癌IGRT 43例，共114次CBCT掃描，獲得的CBCT三維圖像與原計劃CT圖進行骨和灰度兩種模式匹配，兩種不同配準(zhǔn)方式水平方向和旋轉(zhuǎn)方向的誤差及對比結(jié)果如下：骨性配準(zhǔn)和灰度配準(zhǔn)在水平方向X軸的誤差分別為（-0.297±3.137）mm、（0.377±2.958）mm，配對檢驗t值為2.934；Y軸的誤差為（-1.415±5.313）mm、（0.719±5.451）mm，t值為2.3467；Z軸的誤差為（0.632±3.033）mm、（-0.679±2.982）mm，t值為5.241。骨性配準(zhǔn)和灰度配準(zhǔn)在旋轉(zhuǎn)方向X軸的誤差分別為（-0.469±1.605）°、（-0.493±1.461）°，配對檢驗t值為0.2714；Y軸的誤差為（-0.203±1.431）°（0.35±1.424）°，t值為4.110；Z軸的誤差為（0.134±1.478）°、（0.196±1.348）°，t值為0.7542。骨性配準(zhǔn)和灰度配準(zhǔn)兩種配準(zhǔn)方式除了在X軸旋轉(zhuǎn)和Z軸旋轉(zhuǎn)方向差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）外，其他4個方向的誤差數(shù)據(jù)差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（均P＜0.05）。為了減少治療時間，本組資料在線進行XVI系統(tǒng)誤差調(diào)整時都是使用灰性配準(zhǔn)計算，離線分別記錄兩種配準(zhǔn)的各項數(shù)據(jù)。

3 討論

放療是肺癌主要的治療手段之一。隨著放療新技術(shù)以及計算機技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，適形調(diào)強放療甚至弧形容積調(diào)強放療越來越多地被臨床使用，調(diào)強放療的劑量分布和劑量計劃系統(tǒng)的逆向優(yōu)化可有效地保護正常器官，同時對腫瘤組織得以精確的適形治療及劑量的最大化[5-6]。但其前提是得保證治療實施過程中的精確，否則會造成高劑量區(qū)的偏移，降低腫瘤局控率和增加正常組織損傷。

IGRT就是應(yīng)用各種成像技術(shù)設(shè)備，在每次治療前利用成像技術(shù)對患者的擺位誤差進行驗證校準(zhǔn)，確保處方劑量的準(zhǔn)確傳輸，并且通過XVI系統(tǒng)獲取的圖像信息與治療計劃中的參考圖像進行匹配，在線的位置修正和離線的計劃修改，大大降低了擺位誤差，提高了治療精度[7]。骨性配準(zhǔn)是單以骨高密度為計算的一種運算方式，速度最快，一般只要幾秒，是適用于配準(zhǔn)框內(nèi)骨性組織較多或者照射靶區(qū)有較為接近的骨性標(biāo)志?；叶扰錅?zhǔn)是運算配準(zhǔn)框內(nèi)所有不同灰階值，是一種精確配準(zhǔn)運算方式，尤其照射靶區(qū)周圍是低密度組織時更具優(yōu)勢。手工配準(zhǔn)是人為因素參與較多的一種配準(zhǔn)方式，本組沒有參與比較。

本組43例患者共行114人次CBCT掃描，將6個方向誤差數(shù)據(jù)配對進行統(tǒng)計學(xué)處理，骨性配準(zhǔn)和灰度配準(zhǔn)兩種方式除了在X軸旋轉(zhuǎn)和Z軸旋轉(zhuǎn)方向差異無統(tǒng)計學(xué)意義外，其他4個方向的誤差數(shù)據(jù)差異均有統(tǒng)計學(xué)意義。這與胸部腫瘤的解剖結(jié)構(gòu)有關(guān)，肺癌組織周邊富有軟組織，相對于骨性組織有一點的距離，在放療實施過程中靶區(qū)和正常器官的運動和體積變化較大，給骨性配準(zhǔn)帶來了一定的困難，而灰度配準(zhǔn)是以配準(zhǔn)框內(nèi)所有灰階進行比較，其配準(zhǔn)精確，當(dāng)腫瘤組織與骨性組織有一定距離及配準(zhǔn)框內(nèi)少有骨性組織時，建議首次適用灰度配準(zhǔn)。本資料與梁軍等[8]的分析有不同的結(jié)論，本資料3個水平方向的兩種不同配準(zhǔn)方式差異均有統(tǒng)計學(xué)意義，而梁軍組則無明顯影響，同時他沒有對旋轉(zhuǎn)方向作出分析。本組X軸旋轉(zhuǎn)和Z軸旋轉(zhuǎn)方向差異無統(tǒng)計學(xué)意義，筆者認(rèn)為是因為胸部整體呈橢圓形結(jié)構(gòu)，骨性配準(zhǔn)和灰度配準(zhǔn)在旋轉(zhuǎn)方向上對組織的識別度相似。當(dāng)照射靶區(qū)接近骨性解剖標(biāo)志時，兩者可相輔相成。不管使用哪一種配準(zhǔn)方式，最終目的是為了CBCT圖像與計劃系統(tǒng)模擬CT圖像盡可能完全重合，所以確定選用何種配準(zhǔn)方式應(yīng)以配準(zhǔn)后兩者圖像的重合程度為依據(jù)[9]。

IGRT是新型的、強有力的放療工具，可以提高放療的可靠性，提高放療的質(zhì)量與安全性[10]。本研究只涉及IGRT其中的一種成像設(shè)備，即CBCT的圖像配準(zhǔn)算法，而IGRT所涉及的每次成像設(shè)備和方法，在用于臨床治療前都需要進一步仔細(xì)研究驗證[11]。