Pinnacle與Raystation計(jì)劃系統(tǒng)感興趣區(qū)傳送和體積計(jì)算差別比較及對(duì)計(jì)劃評(píng)估的影響

郭飛寶

放射治療是腫瘤治療3個(gè)主要手段之一，用計(jì)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃越來(lái)越多的應(yīng)用于臨床。目前計(jì)劃系統(tǒng)以及靶區(qū)勾畫(huà)的軟件有6種，醫(yī)院使用的計(jì)劃系統(tǒng)有Pinnacle及Raystation 2種。參考Pinnacle與Eclipse計(jì)劃系統(tǒng)對(duì)感興趣區(qū)體積(region of interest, ROI)計(jì)算的比較，本研究擬采用標(biāo)準(zhǔn)模體及10例食管癌患者的數(shù)據(jù)進(jìn)行2種計(jì)劃系統(tǒng)之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集，并采用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，以進(jìn)一步提高患者計(jì)劃設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，為臨床ROI的處理提供建議。

1 臨床資料

1.1一般資料 選取2015年8月-2016年12月在筆者醫(yī)院放療科接受放射治療的中下段食管癌患者10例作為研究對(duì)象。其中，男性8例，女性2例，年齡中位數(shù)68歲(54～87歲)。用于統(tǒng)計(jì)靶區(qū)外擴(kuò)后在Pinnacle和Raystation 2套計(jì)劃系統(tǒng)互相傳送后ROI變化的比較[1]。

1.2方法

1.2.1軟件 計(jì)劃系統(tǒng)使用Pinnacle版本9.10和Raystation版本4.5進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)模體的靶區(qū)勾畫(huà)，以DICOM標(biāo)準(zhǔn)相互傳送已勾畫(huà)靶區(qū)，并進(jìn)行體積計(jì)算。

1.2.2標(biāo)準(zhǔn)模體數(shù)據(jù)采集 使用Raystation計(jì)劃系統(tǒng)自帶的標(biāo)準(zhǔn)模體勾畫(huà)功能，分別在3 mm層厚和4 mm層厚的CT圖像上勾畫(huà)一個(gè)5 cm×5 cm×5 cm的正方體和一個(gè)半徑5 cm的球體[2]。對(duì)正方體和球體分別外擴(kuò)和內(nèi)縮3，4，5，6，7 mm，并記錄體積。將已經(jīng)勾畫(huà)、外擴(kuò)和內(nèi)縮后的正方體和球體按DICOM RT標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)入到Pinnacle計(jì)劃系統(tǒng)，記錄體積。將已經(jīng)勾畫(huà)好的正方體、球體按DICOM RT標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)入到Pinnacle計(jì)劃系統(tǒng)，并在Pinnacle計(jì)劃系統(tǒng)外擴(kuò)和內(nèi)縮3，4，5，6，7 mm，并記錄體積計(jì)算值。

1.2.310例食管癌患者病例數(shù)據(jù)采集 入組10例食管癌患者病例，具體操作如下：在Raystation和Pinnacle系統(tǒng)上，按醫(yī)生要求完成治療計(jì)劃，10例計(jì)劃以P1到P10命名，按照ICRU83號(hào)報(bào)告，通過(guò)將靶區(qū)的DVH，D98，D95，D50及D2等進(jìn)行計(jì)劃評(píng)估達(dá)到基本一致的要求，每個(gè)患者能夠得到關(guān)于靶區(qū)和危及器官的2組數(shù)據(jù)[3-5]。將Pinnacle做好的計(jì)劃傳輸回Raystation(僅傳輸回劑量數(shù)據(jù)，以P→R命名)，得到第3組關(guān)于靶區(qū)和危及器官的數(shù)據(jù)，由于此組數(shù)據(jù)是在兩個(gè)計(jì)劃系統(tǒng)之間傳輸，存在著誤差，不同于之前兩組，可分析同一計(jì)劃在不同的計(jì)劃系統(tǒng)下，靶區(qū)受量的差別性[6]。

1.3統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)數(shù)資料采用t檢驗(yàn)，P<0.05為差別有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

1.4結(jié)果

1.4.1標(biāo)準(zhǔn)模體數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果 針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模體外擴(kuò)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下：邊長(zhǎng)5 cm的正方體，在Raystation和Pinnacle中分別外擴(kuò)3～7 mm，無(wú)論層厚3 mm或4 mm，體積差別有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；直徑5 cm的球體，在Raystation和Pinnacle中分別外擴(kuò)3～7 mm，無(wú)論層厚3 mm或4 mm，體積差別無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；邊長(zhǎng)5 cm的正方體，無(wú)論3 mm或4 mm層厚，在Raystation中外擴(kuò)3～7 mm后，傳輸至Pinnacle，體積差別無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；直徑5 cm的球體，無(wú)論3 mm或4 mm層厚，在Raystation中外擴(kuò)3～7 mm后，傳輸至Pinnacle，體積差別有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。對(duì)于同一CT圖像上的ROI，Pinnacle計(jì)劃系統(tǒng)ROI外擴(kuò)后體積計(jì)算值大于Raystation計(jì)劃系統(tǒng)，且外擴(kuò)距離越大外擴(kuò)后的體積越大；Pinnacle計(jì)劃系統(tǒng)ROI內(nèi)縮后體積計(jì)算值小于Raystation計(jì)劃系統(tǒng)，且內(nèi)縮距離越大內(nèi)縮后的體積越小。一定的相同條件下，正方體在Raystation和Pinnacle中分別外擴(kuò)，其體積可產(chǎn)生顯著差別,而球體差別不顯著；即正方體外擴(kuò)誤差??；一定的相同條件下，球體在Raystation外擴(kuò)后再傳輸至Pinnacle，其體積可產(chǎn)生顯著差別,而正方體體積差別不顯著；即球體外擴(kuò)后傳輸誤差小(表1)。

表1 標(biāo)準(zhǔn)模體體積在2種計(jì)劃系統(tǒng)結(jié)果對(duì)比

1.4.210例食管癌患者病例數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果 腫瘤區(qū)體積(gross tumor volume,GTV)在靶區(qū)從Pinnacle傳輸?shù)絉aystation后及隨后在-套計(jì)劃系統(tǒng)中分別擴(kuò)靶區(qū)(planning target volume，PTV)后，體積差別均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),且后者差別更大；外擴(kuò)形成的PTV從Pinnacle傳輸?shù)絉aystation后，體積差別無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；無(wú)論高劑量、低劑量參數(shù)，亦無(wú)論GTV或PTV，在2套計(jì)劃系統(tǒng)中分別進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)，差別無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

表2 計(jì)劃評(píng)估指標(biāo)在2種計(jì)劃系統(tǒng)結(jié)果對(duì)比

2 討 論

如果先在Pinnacle中進(jìn)行設(shè)計(jì)，再將計(jì)劃傳輸至Raystation，劑量學(xué)參數(shù)發(fā)生的變化，差別具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[7]。由于不同計(jì)劃系統(tǒng)ROI體積算法及ROI外擴(kuò)算法的差別，靶區(qū)勾畫(huà)及計(jì)劃設(shè)計(jì)盡量應(yīng)在同一計(jì)劃系統(tǒng)中完成，如因工作需要必須跨計(jì)劃系統(tǒng)傳輸，最好應(yīng)在Pinnacle中確定GTV后并外擴(kuò)形成PTV后，再將PTV傳輸至Raystation，后再行計(jì)劃設(shè)計(jì)，以最大程度減少誤差。在2套計(jì)劃系統(tǒng)將ROI分別外擴(kuò)，并分別進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)，造成的計(jì)劃差別將可能最大，可能造成實(shí)際照射范圍與投照劑量的不確定性與不準(zhǔn)確性，應(yīng)盡可能避免[8-9]。

ROI體積計(jì)算的差別來(lái)源是多方面的，其中邊緣像素的處理和不同層面的插值都會(huì)影響體積的計(jì)算結(jié)果[10]。對(duì)邊緣像素方面的處理，Pinnacle的方法是采用只計(jì)算一半體積的算法，即ROI邊緣多邊形經(jīng)過(guò)的像素的體積只有多邊形內(nèi)部像素體積的一半。不同層面間的插值方面，Pinnacle對(duì)不同層面的ROI插值采取的是先將不同層面ROI的幾何中心移到一起，插值后再移回到原來(lái)的幾何中心的方法。而Raystation采用基于形狀的內(nèi)插方法,使用該算法前需對(duì)ROI體素進(jìn)行處理：(1)默認(rèn)體素大小0.5 mm，如果體素超過(guò)256個(gè)，可以采用較大體素進(jìn)行采樣，但不能超過(guò)2.5 mm。(2)體素的每個(gè)方向以及對(duì)角方向增加3個(gè)體素。算法的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：(1)ROI轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制的網(wǎng)格，使用種子填充算法對(duì)區(qū)域進(jìn)行賦值。(2)ROI邊緣部分以?xún)?nèi)的像素100%參數(shù)計(jì)算，以外的為0。(3)考慮帶符號(hào)的形變距離，采用相對(duì)值的快速形變距離形變,對(duì)二進(jìn)制的網(wǎng)格進(jìn)行修正。(4)像素之間進(jìn)行線(xiàn)性?xún)?nèi)插，同樣層與層之間進(jìn)行找到對(duì)應(yīng)的像素也進(jìn)行線(xiàn)性?xún)?nèi)插。(5)對(duì)于不存在交叉的ROI體素，處理完成后對(duì)角度進(jìn)行圓滑處理。

Pinnacle沒(méi)有闡明其處理頂層和底層的方式，根據(jù)本研究的計(jì)算結(jié)果，除注意到ROI在體積計(jì)算上的不同，ROI傳輸對(duì)體積計(jì)算可能也有影響。不同的治療計(jì)劃系統(tǒng)采用不同的坐標(biāo)網(wǎng)格，計(jì)劃系統(tǒng)在勾畫(huà)和導(dǎo)入ROI時(shí)自動(dòng)將其處理成系統(tǒng)預(yù)設(shè)的模式，ROI中的點(diǎn)與坐標(biāo)網(wǎng)格相對(duì)應(yīng)。以DICOM RT格式在不同計(jì)劃系統(tǒng)中傳輸時(shí)，治療計(jì)劃系統(tǒng)對(duì)部分ROI坐標(biāo)進(jìn)行近似處理。同時(shí)，某些計(jì)劃系統(tǒng)在對(duì)ROI進(jìn)行優(yōu)化處理和儲(chǔ)存時(shí)，會(huì)對(duì)ROI進(jìn)行一定的變形，導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)變動(dòng)或丟失。由于ROI傳輸所引起的體積偏差，無(wú)法與計(jì)算方法造成的偏差進(jìn)行簡(jiǎn)單區(qū)分，即無(wú)法單獨(dú)分析坐標(biāo)網(wǎng)格的定義不同所造成的偏差[11]。本研究在計(jì)算ROI體積時(shí)，已將上述原因造成的體積偏差計(jì)算在內(nèi)。本研究通過(guò)分析Pinnacle中原始ROI和Raystationn往Pinnacle系統(tǒng)回傳的ROI，發(fā)現(xiàn)兩者僅存在微小的差別，表明網(wǎng)格坐標(biāo)的差別對(duì)ROI體積計(jì)算影響不大[12]。

總之，2種計(jì)劃系統(tǒng)間傳輸ROI，可能造成實(shí)際照射范圍與投照劑量的不確定性與不準(zhǔn)確性，應(yīng)盡可能避免；在2套TPS將ROI分別外擴(kuò)，并分別進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)，造成的計(jì)劃差別將可能最大。