錐形束CT引導下前列腺癌調強放療圖像配準的研究

李 明，李高峰(通訊作者)，張紹剛

(北京醫(yī)院 放療科，北京100730)

錐形束CT引導下前列腺癌調強放療圖像配準的研究

李 明，李高峰(通訊作者)，張紹剛

(北京醫(yī)院 放療科，北京100730)

目的:通過千伏級錐形束CT(KV－CBCT)引導的前列腺癌調強放療的數(shù)據，探討前列腺癌圖像配準的最佳模式。方法:入選16例接受根治性調強放療的前列腺癌患者，共行KV－CBCT在線校正治療體位214次。采用常規(guī)皮膚標記激光對位后采集圖像，離線將所獲得CBCT圖像與計劃CT圖像進行自動配準、骨性配準、軟組織配準及手動配準。比較四種配準方式之間的差異。結果:16例患者四種配準方式在X(左右)、Y(升降)、Z(頭腳)三個方向的擺位誤差分別為－0.060±0.28、－0.062±0.45、－0.065±0.38;－0.071±0.27、－0.098±0.45、－0.085±0.41; －0.077±0.26、－0.027±0.44、－0.111±0.40; －0.059 ±0.29、－0.075±0.51、－0.098±0.39。經分析四種配準方式之間沒有統(tǒng)計學差異。結論:綜合各種因素考慮，應用在線自動配準KV—CBCT引導放療技術治療前列腺癌患者更為合適。

前列腺腫瘤/調強放射療法;在線圖像引導;錐形束CT;圖像配準

前列腺癌調強放射治療(IMRT)的開展已經基本成熟，目前臨床通常應用的方法均是以定位CT圖像為基礎進行治療計劃設計，并未考慮擺位誤差以及靶區(qū)和危及器官的位置、體積變化等因素對其受照劑量的影響。然而在前列腺癌IMRT實施過程中，每次擺位誤差、器官位移所致的分次間和分次內誤差會造成靶區(qū)漏照和危及器官超量等現(xiàn)象［1］。使用千伏級錐形束CT(KV－CBCT)在線校正治療體位的圖像引導放療(IGRT)技術，能在線糾正擺位誤差，做到擺位精確放療，提高療效［2］。本研究收集我院IGRT治療的前列腺癌病例，比較在線自動配準、骨性配準、軟組織配準及離線手動配準四種不同配準模式間的差異，探討前列腺癌圖像配準的最佳模式。

1 材料與方法

1.1 患者一般情況:從2013年11月～2014年10月期間在我科行根治性放療的100余例局限期前列腺癌患者中選擇不同分期、分組及CBCT次數(shù)的病例代表共16例，放療計劃的特點是所有病例靶區(qū)CTV只包括前列腺±精囊，均接受IGRT治療，共行214次。

1.2 CT模擬定位和IMRT計劃設計:CT定位前0.5h排空直腸膀胱，口服500mL水充盈膀胱。仰臥位，雙手上舉抱肘置額前，真空氣墊固定體位。采用飛利浦大孔徑CT定位機(Philips Brilliance Big Bore CT－Simulation)進行CT掃描，掃描范圍為真骨盆上下5cm，層厚為5mm，掃描60～80層。根據靶區(qū)規(guī)定勾畫靶區(qū)，CTV包括整個前列腺及其包膜，中危患者還包括部分精囊，高危患者要包括全部精囊。PTV為CTV外放0.7～0.8cm，直腸方向0.5cm。處方劑量是95%PTV76－80Gy/38－40f/7.5－8w，使用Varian Ecilpse11.0治療計劃系統(tǒng)進行IMRT計劃設計。治療計劃獲得物理師和臨床醫(yī)師通過后，與CT圖像通過網絡系統(tǒng)傳輸至Varian iX醫(yī)用直線加速器。

1.3 在線圖像引導及配準:治療前患者按定位時要求充盈膀胱，排空直腸。真空氣墊固定體位，進行等中心擺位。采用 Varian iX醫(yī)用直線加速器(配有OBI CBCT圖像系統(tǒng))進行CBCT掃描。OBI系統(tǒng)根據掃描圖像數(shù)據進行重建，得到冠狀面、矢狀面和橫斷面的CT圖像。先由軟件對CBCT圖像和定位CT圖像進行在線自動配準，之后由臨床醫(yī)師評價前列腺、精囊及周圍正常組織(如直腸、膀胱等)在橫斷面及矢狀面的匹配情況。如配準不滿意，則由醫(yī)師手動調整。圖像配準符合要求后，OBI自動計算出X(左右)、Y(升降)和Z(頭腳)三個方向的平移誤差。當各方向誤差≤0.3 cm時，即行放療;若某方向擺位誤差 ＞0.3cm，則在相應方向上通過調整治療床位置來糾正或重新擺位。IGRT在放療開始時連續(xù)3－5次，以后每周1次，后6次連續(xù)。前5次如果誤差在同一個方向，可通過調整患者治療中心來校正。

1.4 離線配準:離線整理CBCT數(shù)據，分別獲取原始擺位位置后，用自動配準、骨性配準、軟組織配準和手動配準四種不同配準方式進行配準，通過ARIA網絡借助治療計劃系統(tǒng)在每個CBCT圖像上勾畫靶區(qū)CTV，以指導CBCT圖像和定位CT圖像手動配準。

1.5 誤差分析和外放間距計算:擺位誤差用平均值±標準差(ˉx±s)表示，分別計算四種配準方式三個方向上每位患者的平移誤差值的均數(shù)和標準差，并進行統(tǒng)計分析各種配準方式之間的差異。

1.6 統(tǒng)計學方法:對4種不同配準方式及不同病例間對X(左右)、Y(升降)、Z(頭腳)三個方向擺位誤差的影響行多元多因素方差分析，用SPSS17.0統(tǒng)計軟件處理上述參數(shù)，檢驗水準 α =0.05。

2 結果

四種配準方法的比較:16例患者共行214次IGRT治療，經自動配準，骨性配準，軟組織配準和手動配準四種不同配準方式進行配準后，系統(tǒng)自動計算出X(左右)、Y(升降)、Z(頭腳)三個方向的平移誤差。應用多元多因素方差分析檢測配準方式間的差異，同時也檢測病例間的差異，以及兩者的交互作用，P＜0.05表示有統(tǒng)計學差異，結果見表1、2。

由上述結果可見，X(左右)、Y(升降)、Z(頭腳)三個方向的平移誤差總體上在四種配準方式間不存在顯著性差異。同時可以看到，各變量值均受病例的顯著影響，不同患者之間的擺位誤差存在顯著性差異。

3 討論

前列腺癌放療過程中靶區(qū)的變化分為以下三種情況:分次間移位、分次間形變和分次內移位。分次間移位主要由擺位誤差和鄰近器官充盈度決定。擺位誤差分為系統(tǒng)誤差(preparation errors)和隨機誤差(execution errors)，前者是實際治療體位和模擬定位體位的差異，體現(xiàn)了在加速器下重復模擬定位體位的難度;后者為不同分次治療間的差異。對于患者個體而言，系統(tǒng)誤差是分次擺位誤差的平均值，隨機誤差是分次間擺位誤差的波動，用分次擺位誤差的標準差表示［3］。Kupelian等對74名前列腺癌患者進行了8種不同的IGRT治療策略，發(fā)現(xiàn)隨治療過程中IGRT次數(shù)增加，系統(tǒng)誤差減小，而隨機誤差無顯著差異［4］。而對于器官充盈的影響，由于前列腺前后運動與直腸、膀胱充盈程度密切相關，經本研究驗證，X(左右)、Y(升降)、Z(頭腳)三個方向的外放間距分別為0.4707、0.5317、0.6541cm，這可能是前后方向誤差較大的主要原因。Schallenkamp等對20名前列腺癌患者的研究提示外放間距在上下、前后和左右方向分別為5.1mm、7.3mm和5.0mm，同樣提示前列腺前后運動范圍較大［5］。分次間形變最可能由直腸充盈引起，一般是前列腺基底部特別是精囊腺的形變。由于前列腺分次間形變相對較小，故本研究將其忽略。分次內移位是指在準確擺位后照射過程中的前列腺移位，患者的骨盆移位、肌肉收縮、呼吸運動和胃腸蠕動都是造成分次內移位的原因。本研究的不足之處為回顧性研究，僅在治療前進行了CBCT掃描，治療之后未重復CBCT，所以無法分析分次內移位情況。

表1 16例患者四種配準方式各方向的擺位誤差

表2 四種配準方式及不同病例間對擺位誤差的影響

圖像配準是以CBCT圖像和定位CT圖像的重合度為依據，觀察相關解剖結構和感興趣區(qū)是否達到重合要求。我院有四種配準方式可供選擇，自動配準(auto alignment)，骨性配準(bone alignment)，軟組織配準(soft tissue alignment)和手動配準(manual alignment)。前三者為軟件自動配準，后者為人工配準。骨性配準是對配準框內的高密度區(qū)(密度與骨接近或大于骨)進行配準，5～10s內即可完成。主要適用于靶區(qū)位置和骨性組織相對固定的部位，如頭頸部和椎體等。軟組織配準是對配準框內的軟組織密度區(qū)進行配準，用時10～20s。主要適用于一些骨性組織較少的部位，如肺癌、肝膽部腫瘤等。自動配準兼顧了骨性和軟組織等多重因素，對配準框內的全部像素依據密度值的差異進行軟件自動分析，用時20～60s。手動配準是肉眼觀察解剖結構和感興趣區(qū)的重合情況進行調整。

在配準過程中，由于骨性配準是對配準框內所有的高密度區(qū)進行配準，會兼顧配準框內所有的骨性區(qū)域，加之骨盆骨的運動度較大，故每次骨性配準后，髖臼骨有時不能達到最佳重疊。Schallenkamp等的研究提示，分次治療之間骨盆和前列腺均存在明顯移位，且兩者的移位相互獨立，建議骨盆不作為前列腺癌放療的擺位依據［5］。軟組織配準和骨性配準，在前列腺癌靶區(qū)配準中無明顯差異，平移誤差相差不多。手動配準主要配準CTV前列腺部分，兼顧其它，因為精囊有一定形變，受直腸膀胱充盈度影響更大，而前列腺的位置相對固定。因此，由于自動配準、骨性配準、軟組織配準及手動配準四種配準方式配準前列腺癌靶區(qū)無統(tǒng)計學差異，四種在線配準方式均可使用。雖然骨性配準用時短，但前列腺配準一般不建議使用骨性配準;手動配準耗時較久，且不能及時在線在CBCT圖像上勾畫CTV指導配準，故配準精確度欠佳。綜合各種因素考慮，實際工作中還是應用在線自動配準+手動微調更合適。目前我院臨床采用的前列腺癌IGRT默認配準方式為在線自動配準。配準范圍為上界到第5腰椎下緣，下界到恥骨下緣lcm，兩側包括髖臼外緣，前界到恥骨聯(lián)合前緣，后界到骶骨后緣。在實際應用中，通常先選用軟件自動配準，配準完成后判斷CBCT圖像和模擬CT圖像的重合度，相關的解剖結構和感興趣區(qū)是否達到重合要求，必要時進行手動微調，直到配準結果符合要求。

4 結論

自動配準、骨性配準、軟組織配準及手動配準四種配準方式配準前列腺癌靶區(qū)無統(tǒng)計學差異。四種在線配準方式均可使用，雖然骨性配準用時短，但前列腺配準一般不建議使用骨性配準，手動配準耗時較久，且不能及時在線勾畫CTV指導配準，故配準精確度欠佳。綜合各種因素考慮，實際工作中應用在線自動配準+手動微調更為合適。

［1］Remeijer P，Geerlof E，Ploeger L，et al.3－D portal image analysis in clinical practice:an evaluation of 2－D and 3－D analysis techniques as applied to 30 prostate cancer patients.Int J Oncol Biol Phys，2000，46:1281－1290.

［2］van Herk M.Errors and margins in radiotherapy.Semin Radiat Oncol Biol，2004，14:52－64.

［3］Remeijer P，Geerlof E，Ploeger L，et al.3－D portal image analysis in clinical practice:an evaluation of 2－D and 3－D analysiS techniques as applied to 30 prostate cancer patients.Int J Oncol Biol Phys，2000，46:1281－1290.

［4］Kupel Jan PA，Langen KM，Zerdan OA，et al.Daily variations in delivered doses in patients treated with radiotherapy for localized prostate cancer.Int J Radiat Oncol Bi ol Phys，2006，66:876－882.

［5］Schallenkamp JM，Herman MG，Kruse JJ，et al.Prostate position relative to pelvic bony anatomy based on intraprostatic gold markers and electronic portal imaging.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2005，63:800－811.

Image alignment assessed with kV cone beam CT for image guided prostate radiotherapy

LI Ming，LI Gao－feng，ZHANG Shao－gang
(Department of Radiation Oncology，Beijing Hospital，Beijing100730，China)

LI Gao－feng.Email:lgf6243@163.com

Objective:To investigate the optimal alignment methods with kilovohage cone－beam CT(KV－CBCT)for the treatment of prostate cancer.Metheds:16 patients with prostate cancer undergoing IMRT were enrolled onto the study and 214 CBCT imagings were obtained from this study.After initial set—up using the skin marks，a CBCT scan was acquired and registered with the planning CT.The difference in auto alignment，bone alignment，soft tissue alignment and manual alignment was compared.Results:There was no statistical difference between the four alignment methods.The comparisons of setup errors in the vertical direction、lateral direction and longitudinal direction were－0.060±0.28、－0.062±0.45、－0.065±0.38; －0.071±0.27、－0.098±0.45、－0.085±0.41; －0.077±0.26、－0.027±0.44、－0.111±0.40; －0.059±0.29、－0.075±0.51、－0.098±0.39 respectively.Conclusions Due to the comprehensive factors，the auto alignment should be used in the treatment.

Prostate neoplasms/intensity modulated radiotherapy;Online image guided;CBCT;Alignment

TH774

A

1002－2376(2015)06－0027－00

2015－02－25