圖像引導(dǎo)放射治療技術(shù)不同驗(yàn)證模式對(duì)頭頸部腫瘤調(diào)強(qiáng)放療擺位誤差的影響

吳 冰 馬廣棟 王亮和

(武漢大學(xué)人民醫(yī)院放療中心，湖北省武漢市 430060，電子郵箱：zqw@163.com)

隨著調(diào)強(qiáng)適形放療等技術(shù)的廣泛開展，放療已進(jìn)入精確定位、精確計(jì)劃、精確治療的新時(shí)代，因此臨床上對(duì)放療擺位精度提出了更高的要求，而圖像引導(dǎo)放射治療(image-guided radiation therapy，IGRT)技術(shù)為調(diào)強(qiáng)放療位置的準(zhǔn)確性提供了質(zhì)量保證。IGRT將機(jī)載影像(on-board imager，OBI)系統(tǒng)和直線加速器相結(jié)合[1]，通過采集治療前患者的DR圖像或錐形束CT(cone beam CT，CBCT)圖像，并與計(jì)劃系統(tǒng)所生成的數(shù)字重建放射影像圖像或CT圖像進(jìn)行匹配，分析不同方向上的實(shí)際誤差，糾正擺位誤差，從而實(shí)現(xiàn)精確放療。由于頭頸部腫瘤與重要器官或組織毗鄰，放療時(shí)需保護(hù)周圍正常組織，采用IGRT技術(shù)可以提高治療的位置精度，減少對(duì)周圍正常組織的照射量。但采用IGRT技術(shù)治療時(shí)圖像的驗(yàn)證配準(zhǔn)方式是影響位置精度的主要因素[2]。本研究采用Varian公司OBI系統(tǒng)的IGRT二維KV-KV和三維CBCT模式進(jìn)行位置驗(yàn)證，比較兩種模式對(duì)放療精度的影響，以期為臨床精確治療提供參考。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選取2015年6月至2016年6月在我院放療中心行調(diào)強(qiáng)放療的20例頭頸部腫瘤患者為研究對(duì)象，其中男性12例，女性8例，年齡25～70歲，中位年齡45歲；卡氏評(píng)分均≥70分；鼻咽癌7例，喉癌5例，顱內(nèi)腫瘤8例(星形細(xì)胞瘤4例，垂體瘤4例)?；仡櫺苑治龌颊叩呐R床資料，將20例患者按不同驗(yàn)證方式分為A組及B組，每組各10例。A組行二維KV-KV位置驗(yàn)證，B組行三維CBCT位置驗(yàn)證。兩組患者的一般資料比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P>0.05)，見表1。

表1 兩組患者一般資料比較

注：“—”為Fisher確切概率法。

1.2 研究方法

1.2.1 體位固定及定位CT掃描：所有患者根據(jù)實(shí)際情況選用合適頭枕，采取仰臥位，頭頸肩用熱塑膜面罩固定，用美國(guó)GE公司HiSpeed螺旋CT機(jī)進(jìn)行定位，掃描范圍從顱頂?shù)叫劓i關(guān)節(jié)，層厚2.5 mm，將圖像傳至Varian Eclipse計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)并生成數(shù)字重建放射影像圖像。

1.2.2 圖像采集：用美國(guó)Varian公司Clinac 23IX直線加速器OBI系統(tǒng)的KV-KV和CBCT圖像采集模式分別對(duì)A、B兩組進(jìn)行擺位圖像采集。KV-KV圖像采集方法為：利用Varian OBI系統(tǒng)的KV級(jí)Exact Arm機(jī)械臂，機(jī)架角設(shè)置為0°和90°或0°和270°，曝光條件為100 kV、100 mA、80 ms，獲取正交兩幅圖像。CBCT圖像采集方法為：在千伏源處附加全濾線器獲取驗(yàn)證圖像，機(jī)架角從22°逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到178°，圖像采集范圍為200°，圖像重建矩陣設(shè)為512×512，重建層厚2.5 mm。

1.2.3 圖像配準(zhǔn)：所有患者治療前均進(jìn)行1次位置驗(yàn)證，位置驗(yàn)證頻率為每周1次，患者療程為5～7周，中位療程為6周。A組采用二維KV-KV模式驗(yàn)證58次共收集65幅圖像，B組采用三維CBCT模式驗(yàn)證63次共采集62幅圖像。圖像配準(zhǔn)范圍主要是等中心計(jì)劃靶區(qū)所包括的靶區(qū)范圍。(1)KV-KV的配準(zhǔn)方式和配準(zhǔn)區(qū)域：KV-KV主要采用骨性配準(zhǔn)。正位片配準(zhǔn)參考骨性標(biāo)記包括下頜骨左右邊緣、下頜骨下緣、頸椎左右緣、鎖骨上下緣；側(cè)位片配準(zhǔn)參考骨性標(biāo)記包括下頜骨前緣、枕骨下緣、頸椎前緣和棘突。圖像配準(zhǔn)范圍主要是等中心前后、上下射野單上記錄的距離范圍。(2)CBCT的配準(zhǔn)方式和配準(zhǔn)區(qū)域：CBCT主要采用骨性配準(zhǔn)和軟組織配準(zhǔn)。三維圖像配準(zhǔn)包括軸位、矢狀位和冠狀位3種方位，先配準(zhǔn)矢狀位和冠狀位再配準(zhǔn)軸位，其中矢狀位配準(zhǔn)參考骨性標(biāo)記同二維側(cè)位片配準(zhǔn)，冠狀位配準(zhǔn)參考骨性標(biāo)記同二維正位片配準(zhǔn)，軸位驗(yàn)證影像要具體參考骨性標(biāo)記的左右、前后。圖像配準(zhǔn)范圍主要是等中心計(jì)劃靶區(qū)所包括的靶區(qū)范圍。

1.2.4 獲取數(shù)據(jù)：將采集的KV-KV圖像、CBCT圖像與計(jì)劃系統(tǒng)生成的數(shù)字重建放射影像圖像和定位CT圖像進(jìn)行對(duì)比。(1)記錄治療床位置在不同方向的誤差數(shù)值，比較兩組患者水平方向上前后、頭腳、左右的位置偏差數(shù)據(jù)，擺位誤差的最大值均為其絕對(duì)值。任一方向各位置的擺位誤差大于3 mm時(shí)，需調(diào)整患者該方向上的治療位置至驗(yàn)證后治療坐標(biāo)位置，而水平方向各位置的擺位誤差小于3 mm時(shí)也需調(diào)整患者該方向上的治療位置至驗(yàn)證后治療坐標(biāo)位置，調(diào)整治療床位置后再行放療。(2)記錄B組患者的旋轉(zhuǎn)偏差，包括繞左右、繞頭腳、繞前后方向的位置偏差數(shù)據(jù)。由于KV-KV模式在旋轉(zhuǎn)方向上不能識(shí)別，故只分析平移方向。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。計(jì)量資料以(x±s)或[M(P25，P75)]表示，組間比較采用t檢驗(yàn)或秩和檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料以例數(shù)(百分比)表示，組間比較采用χ2檢驗(yàn)或Fisher確切概率法。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 兩組患者擺位誤差比較 兩組患者的前后、頭腳、左右方向擺位誤差比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P>0.05)，但A組前后、頭腳、左右方向上擺位誤差的最大值均大于B組，見表2。B組繞左右、頭腳、前后方向的旋轉(zhuǎn)偏差分別為0.57°(0.32°，1.37°)、1.18°(0.74°，1.58°)、0.99°(0.62°，1.93°)。

表2 兩組患者水平方向擺位誤差比較(mm)

2.2 兩種驗(yàn)證模式條件及效果比較 B組的影像清晰度、配準(zhǔn)區(qū)域、配準(zhǔn)方式均優(yōu)于A組。B組圖像清晰，各器官清晰可見，以等中心計(jì)劃靶區(qū)包括的范圍為配準(zhǔn)區(qū)域，配準(zhǔn)方式為骨性配準(zhǔn)+自動(dòng)配準(zhǔn)+軟組織配準(zhǔn)；而A 組圖像模糊，組織器官疊加，僅以射野分布范圍為配準(zhǔn)區(qū)域，配準(zhǔn)方式為骨性配準(zhǔn)+自動(dòng)配準(zhǔn)。A組的驗(yàn)證時(shí)間及影像采集獲取時(shí)間均短于B組(均P<0.05)，見表3。

表3 兩種驗(yàn)證模式的效果比較(x±s)

3 討 論

近年來，惡性腫瘤的發(fā)病率逐年增高，已成為危害人類健康的高發(fā)疾病。放療是惡性腫瘤綜合治療的主要手段之一，占所有惡性腫瘤治療方法的50%～70%[3]。由于頭頸部腫瘤部位特殊，周圍重要器官較多，因此行調(diào)強(qiáng)放療時(shí)復(fù)雜形狀的劑量分布對(duì)治療位置的準(zhǔn)確性要求更高。IGRT技術(shù)的應(yīng)用能夠及時(shí)矯正擺位誤差，從而提高放療精確度。擺位誤差包括系統(tǒng)誤差及隨機(jī)誤差[4]。系統(tǒng)誤差由直線加速器、伽馬刀、射波刀等放射治療設(shè)備的機(jī)械誤差引起，而隨機(jī)誤差具有隨機(jī)性，主要與患者在治療過程中的體位變化、放療技師的工作實(shí)踐水平有關(guān)。擺位誤差雖不可消除，但需要盡可能減小。以往放療的位置驗(yàn)證主要依靠拍攝射野驗(yàn)證片或電子射野影像，存在圖像采集配準(zhǔn)復(fù)雜、分辨率較低、無法進(jìn)行自動(dòng)對(duì)比等局限性[5]，難以滿足調(diào)強(qiáng)治療等高精度放療的要求。目前在臨床上OBI系統(tǒng)主要用于患者治療位置的修正，具有采集配準(zhǔn)方便、圖像質(zhì)量清晰、患者吸收劑量較小、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)[6]。

本研究結(jié)果顯示，二維KV-KV驗(yàn)證模式和三維CBCT驗(yàn)證模式在水平方向上前后、頭腳、左右位置的擺位誤差比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P>0.05)，這提示兩種模式在水平方向位置驗(yàn)證的準(zhǔn)確性無明顯差異。二維KV-KV驗(yàn)證模式圖像信息量較三維CBCT圖像少，只能保證在平移方向位置的準(zhǔn)確性，不能體現(xiàn)體位的旋轉(zhuǎn)偏差；但與平移偏差相比，旋轉(zhuǎn)偏差對(duì)靶區(qū)影響甚小[7]，且兩種模式的水平方向的擺位偏差均小于3 mm。兩種驗(yàn)證模式均能矯正治療中的擺位誤差，提高放療精度。

本研究結(jié)果還顯示，二維KV-KV驗(yàn)證模式的驗(yàn)證時(shí)間、影像采集獲取時(shí)間均短于三維CBCT驗(yàn)證模式(均P<0.05)，但三維CBCT驗(yàn)證模式的影像清晰度、配準(zhǔn)區(qū)域、配準(zhǔn)方式均優(yōu)于二維KV-KV驗(yàn)證模式。二維KV-KV驗(yàn)證模式具有獲取時(shí)間短、成像快等優(yōu)點(diǎn)，但存在影像清晰度低、僅能分析骨性解剖誤差等局限性；三維CBCT圖像雖存在獲取時(shí)間長(zhǎng)、成像慢等局限性，但在獲取的三維影像中各個(gè)器官影像均清晰可見，易對(duì)于位移的分析和比對(duì)，同時(shí)三維CBCT圖像的配準(zhǔn)區(qū)域?yàn)楣切耘錅?zhǔn)+自動(dòng)配準(zhǔn)+軟組織配準(zhǔn)模式，既能夠分析骨性的解剖誤差，也可以分析靶區(qū)軟組織的變化情況。在實(shí)際治療過程中，多數(shù)患者首次治療的擺位誤差較后續(xù)治療過程中產(chǎn)生的擺位誤差大，可能與患者初次治療時(shí)因緊張而配合不佳有關(guān)。因此，若客觀條件限制無法保證每位患者在治療前均行IGRT技術(shù)的位置驗(yàn)證，對(duì)于一般情況好，體重變化不大的患者，可酌情每周行1～2次的位置驗(yàn)證，根據(jù)誤差情況調(diào)整擺位；對(duì)于多次擺位誤差均較大的患者，盡可能每次治療前行IGRT技術(shù)來保證放療的精確性。

綜上所述，IGRT技術(shù)的二維KV-KV驗(yàn)證模式和三維CBCT驗(yàn)證模式在水平方向上對(duì)擺位誤差的驗(yàn)證效果相當(dāng)，均能提高頭頸部擺位的精確度，減少分次間的擺位誤差。在臨床治療時(shí)可根據(jù)患者的承受度和配合程度選擇擺位誤差驗(yàn)證模式。