CBCT與CTVision圖像引導(dǎo)放射治療技術(shù)在鼻咽癌放射治療擺位誤差校正中的應(yīng)用差異

高 路 劉青峰 謝克北 王億龍

鼻咽癌是我國(guó)華南地區(qū)的一種常見(jiàn)惡性腫瘤，目前臨床多采取放射治療的方式，但在鼻咽癌患者放射治療期間，雖可采取個(gè)體化頭枕、真空墊或熱塑性面罩等多種體位固定裝置進(jìn)行體位固定，但在患者分次放射治療過(guò)程中容易存在體位擺位誤差等問(wèn)題[1]。放射治療過(guò)程的質(zhì)量控制離不開(kāi)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)及分析糾正患者體位擺位誤差，而采用圖像引導(dǎo)放射治療技術(shù)是目前有效解決擺位誤差的主要方法[2]。圖像引導(dǎo)放射治療技術(shù)包括滑軌CT加速器系統(tǒng)(CTVision)[3]、千伏級(jí)正交X射線[4]、千伏級(jí)錐形束CT(cone-beam computed tomography，CBCT)[5]、兆伏級(jí)CBCT[6]、兆伏級(jí)電子射野影像系統(tǒng)[7]等。本研究選取中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放療科40例行調(diào)強(qiáng)放射治療的鼻咽癌患者，旨在比較機(jī)載的千伏級(jí)CBCT與CTVision在鼻咽癌患者放射治療期間擺位誤差校正中的應(yīng)用差異。

1 資料與方法

1.1 一般資料

方便選取2017年1月至2018年6月中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放療科40例鼻咽癌患者，均行首程調(diào)強(qiáng)放射治療，將采取CTVision圖像引導(dǎo)放射治療技術(shù)的患者納入對(duì)照組，采取千伏級(jí)CBCT圖像引導(dǎo)放射治療技術(shù)的患者納入觀察組，每組20例，對(duì)照組中男性14例，女性6例；年齡43～63歲，平均年齡(46.97±10.14)歲；分期為Ⅰ期3例，Ⅱ期5例，Ⅲ期5例，Ⅳ期7例。觀察組中男性12例，女性8例；年齡45～65歲，平均年齡(45.06±9.13)歲；分期為Ⅰ期2例，Ⅱ期7例，Ⅲ期6例，Ⅳ期5例。兩組患者性別、年齡及分期的比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，具有可比性。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者均自愿接受放射治療且簽署知情同意書(shū)。

1.2 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

(1)納入標(biāo)準(zhǔn):①所有病例均符合鼻咽癌診斷標(biāo)準(zhǔn)；②患者均無(wú)造影劑過(guò)敏史；③所有患者均簽署知情同意書(shū)。

(2)排除標(biāo)準(zhǔn):①腫瘤遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移者；②患有嚴(yán)重心臟疾病及臟器功能障礙者；③曾經(jīng)接受放化療治療患者。

1.3 儀器設(shè)備

Somatom Sensation Open型CTVision(德國(guó)，西門子公司)；千伏級(jí)Elekta-Synergy直線加速器CBCT(醫(yī)科達(dá)公司)。

1.4 診斷方法

(1)計(jì)劃CT圖像的獲取:患者取仰臥位，采用全碳素纖維底板及“U”型熱塑性面罩進(jìn)行頭枕固定。根據(jù)體位固定要求，經(jīng)大孔徑CT行定位掃描，以頭頂至鎖骨頭下2 cm為掃描范圍，矩陣512×512，層厚3 mm。經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將CT圖像傳輸至Pinnacle放射治療計(jì)劃系統(tǒng)，根據(jù)國(guó)際輻射單位與測(cè)量委員會(huì)(International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU)50號(hào)和62號(hào)文件原則勾畫(huà)靶區(qū)和重要器官:由物理師對(duì)調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。

(2)放射治療圖像的獲取及分析:在患者初次放射治療前，在放射治療體位下對(duì)照組行CTVision圖像引導(dǎo)體位校正，觀察組行機(jī)載的千伏級(jí)CBCT圖像引導(dǎo)體位校正，其后1次/周，共6次。CT掃描范圍及層厚與放射治療前計(jì)劃CT相同?；鶞?zhǔn)圖像為初次放射治療前行CT引導(dǎo)體位校正所獲的CT圖像，由醫(yī)院2名資深的技師對(duì)兩組患者放射治療前及放射治療體位驗(yàn)證時(shí)進(jìn)行擺位操作。

(3)CT圖像的重建:分別對(duì)兩組患者所獲的CT圖像進(jìn)行重建，層厚3 mm。采用骨性自動(dòng)灰度配準(zhǔn)所獲的CT圖像與CT基準(zhǔn)圖像，如果配準(zhǔn)偏差較大，則由醫(yī)院2名臨床醫(yī)生進(jìn)行人工配準(zhǔn)校正，并采用自動(dòng)灰度配準(zhǔn)所獲的CT圖像與CT基準(zhǔn)圖像。

(4)擺位誤差的確定:對(duì)擺位誤差三維坐標(biāo)系進(jìn)行構(gòu)建，其中坐標(biāo)原點(diǎn)為計(jì)劃中心點(diǎn)，X軸為左右方向(左側(cè)為負(fù)，右側(cè)為正)，Y軸為頭足方向(足側(cè)為負(fù)，頭側(cè)為正)，Z軸為腹背方向(背側(cè)為負(fù)，腹側(cè)為正)，以獲得兩組患者在各個(gè)方向上的擺位誤差值。

(5)外擴(kuò)邊界的確定:在對(duì)臨床靶區(qū)外放邊界進(jìn)行計(jì)算時(shí)應(yīng)賦予不同權(quán)重，需考慮到隨機(jī)誤差及系統(tǒng)誤差對(duì)臨床靶區(qū)外放邊界的貢獻(xiàn)不同。采用Van-Herk等[9]提出的腫瘤放射治療計(jì)劃靶區(qū)外放(M計(jì)劃靶區(qū))公式，其計(jì)算為公式1:

式中∑為群體化系統(tǒng)誤差，σ為群體化隨機(jī)誤差；求出使90%患者的臨床靶區(qū)≥95%處方劑量的臨床靶區(qū)-計(jì)劃靶區(qū)外擴(kuò)邊界。該公式可考慮隨機(jī)誤差及系統(tǒng)誤差對(duì)劑量的影響，通過(guò)計(jì)算求得的邊界外放值可信度較高。

危及器官計(jì)劃體積的外放計(jì)算則采用McKenzie等[10]提出的腫瘤放射治療計(jì)劃體積外放(M計(jì)劃體積)公式求得危及器官的外放值，其計(jì)算為公式2:

1.5 觀察與評(píng)價(jià)指標(biāo)

對(duì)放射治療擺位的精準(zhǔn)性進(jìn)行評(píng)估，若擺位偏差＞3 mm，則通過(guò)調(diào)整治療床進(jìn)行擺位誤差校正，之后再進(jìn)行放射治療。對(duì)擺位誤差的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行計(jì)算，其中個(gè)體化系統(tǒng)誤差定義為患者不同分次誤差的平均值，個(gè)體化系統(tǒng)誤差的標(biāo)準(zhǔn)偏差即為群體化系統(tǒng)誤差(∑)，個(gè)體化隨機(jī)誤差定義為患者不同分次誤差的標(biāo)準(zhǔn)偏差，而個(gè)體化隨機(jī)誤差平方均值的平方根即為群體化隨機(jī)誤差(σ)[8]。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS23.0版統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)量資料呈正態(tài)分布，用均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料采用率(%)的比較，行x2檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組在不分周次情況下不同方向擺位誤差比較

兩組均采取同一體位的固定方式且不分周次的情況下，對(duì)照組擺位誤差＞3 mm所占比例為15.67%～18.33%，觀察組所占比例為24.89%～28.94%；對(duì)照組擺位誤差＞5 mm所占比例為1.67%～3.96%，觀察組所占比例為2.33%～4.89%；觀察組在腹背、頭足及左右方向上的擺位誤差與對(duì)照組比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=1.11，t=1.53，t=0.70；P＞0.05)，見(jiàn)表1。

表1 兩組患者在不分周次情況下不同方向擺位誤差的比較(mm，±s)

表1 兩組患者在不分周次情況下不同方向擺位誤差的比較(mm，±s)

2.2 兩組不同方向M計(jì)劃靶區(qū)及M計(jì)劃體積計(jì)算結(jié)果

觀察組與對(duì)照組的分別為0.77～1.02 mm、0.76～0.97 mm，分別為1.17～1.38 mm，0.91～1.31 mm。觀察組與對(duì)照組的M計(jì)劃靶區(qū)分別為2.84～3.37、2.70～3.06；M計(jì)劃體積分別為1.66～1.91 mm、1.56～1.72 mm。見(jiàn)表2，表3。

表2 對(duì)照組20例患者在不同方向上M計(jì)劃靶區(qū)及M計(jì)劃體積的計(jì)算結(jié)果(mm)

表3 觀察組20例患者在不同方向上M計(jì)劃靶區(qū)及M計(jì)劃體積的計(jì)算結(jié)果(mm)

2.3 兩組分次放射治療在不同方向上擺位誤差比較

觀察組在分周次(1～6周)放射治療過(guò)程中在腹背、頭足及左右方向的周次擺位誤差與對(duì)照組比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在分周次放射治療期間，兩組均在體位固定效果方面表現(xiàn)出良好的重復(fù)性及準(zhǔn)確性，可避免因放射治療中后期擺位誤差需要對(duì)面罩定位重新制作的影響。

3 討論

CTVision圖像引導(dǎo)放射治療技術(shù)可將有機(jī)結(jié)合直線加速器與放射治療計(jì)劃使用的診斷級(jí)扇形束千伏級(jí)CT，產(chǎn)生CT-on-rail，與直線加速器共用一張治療床，并且治療床可在軌道作用下在CT與直線加速器之間轉(zhuǎn)換，因此患者的放射治療體位無(wú)需移動(dòng)，有助于提升放射治療擺位的精確性及重復(fù)性[11]。此外，CTVision可清晰顯像軟組織，密度分辨率較千伏級(jí)CBCT高，且空間分辨率亦明顯升高。但需要指出的是，CTVision無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)患者治療期間靶區(qū)運(yùn)動(dòng)狀況，且因直線加速器機(jī)房?jī)?nèi)額外安裝一臺(tái)CT，使得設(shè)備占有空間較大，對(duì)設(shè)備的維護(hù)成本及要求較高。

通過(guò)加速器機(jī)架旋轉(zhuǎn)，采用CBCT可獲得患者放射治療前及放射治療過(guò)程中的圖像信息，并通過(guò)比較計(jì)劃CT圖像，可獲得平移及旋轉(zhuǎn)方向的誤差信息，對(duì)其進(jìn)行在線校正，實(shí)現(xiàn)精確放射治療的目的[12]。CBCT根據(jù)其放射線能量差異，可分為兆伏級(jí)CBCT、千伏級(jí)CBCT。相比兆伏級(jí)CBCT，千伏級(jí)CBCT的空間分辨率較高，且對(duì)軟組織的密度分辨率較高，同時(shí)其成像條件更接近于計(jì)劃CT，因此其與計(jì)劃CT圖像進(jìn)行圖像配準(zhǔn)的精確性更高，也是本研究采用千伏級(jí)CBCT而非兆伏級(jí)CBCT的主要原因[13-14]。千伏級(jí)CBCT與CTVision相比，可實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，且可有效糾正放射治療期間正常組織或腫瘤組織改變導(dǎo)致的變化，同時(shí)其與加速器有機(jī)結(jié)合為一體，成為一種新型、高效的加速器圖像引導(dǎo)系統(tǒng)。

患者實(shí)際治療體位與初次定位體位比較所形成的誤差即為擺位誤差，該值越小，表明患者治療體位的重復(fù)性越好[15]。此外，擺位誤差既包括系統(tǒng)誤差，亦包括隨機(jī)誤差。其中，可體現(xiàn)患者實(shí)際治療與CT模擬定位間的差異，其包括激光燈的誤差、加速器的機(jī)械誤差、CT定位系統(tǒng)的機(jī)械誤差及掃描誤差等；可反映患者每次治療時(shí)體位重復(fù)性的差異，其主要是因患者器官運(yùn)動(dòng)或技術(shù)人員擺位操作等因素引起[16]。本研究發(fā)現(xiàn)，兩組均采取同一體位的固定方式且不分周次的情況下，觀察組在腹背、頭足及左右方向上的擺位誤差與對(duì)照組比較，無(wú)明顯差異，且兩組結(jié)果均符合理想頭頸部腫瘤放射治療擺位誤差的要求(＜3 mm)。本研究中，兩組均采取同一體位的固定方式且不分周次的情況下，觀察組在腹背、頭足及左右方向上的擺位誤差與對(duì)照組比較，無(wú)明顯差異。對(duì)照組擺位誤差＞3 mm所占比例為15.67%～18.33%，觀察組所占比例為24.89%～28.94%；對(duì)照組擺位誤差＞5 mm所占比例為1.67%～3.96%，觀察組所占比例為2.33%～4.89%。CTVision與千伏級(jí)CBCT在擺位誤差＞3 mm時(shí)腹背、頭足及左右方向所占比例差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可能是因這兩種圖像引導(dǎo)放射治療技術(shù)對(duì)軟組織分辨率存在差異性而引起。

此外，本研究依據(jù)外放公式，分別求得兩組患者臨床靶區(qū)-計(jì)劃靶區(qū)外擴(kuò)邊界值及PRV值，結(jié)果顯示兩組外擴(kuò)值均在放射治療計(jì)劃外擴(kuò)的閾值(5 mm)范圍內(nèi)，提示采用熱塑性面罩對(duì)行精確放射治療的鼻咽癌患者體位固定具有可行性。觀察組在分次放射治療過(guò)程中在腹背、頭足及左右方向的周次擺位誤差與對(duì)照組比較，并無(wú)明顯差異。在分周次放射治療期間，兩組均在體位固定效果方面表現(xiàn)出良好的重復(fù)性及準(zhǔn)確性，可避免因放射治療中后期擺位誤差需要對(duì)面罩定位重新制作的影響。

采用千伏級(jí)CBCT與CTVision兩種不同圖像引導(dǎo)放射治療技術(shù)均可有效校正鼻咽癌患者放射治療期間的擺位誤差，二者比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，因此在臨床應(yīng)用中可根據(jù)不同患者及不同部位進(jìn)行合理選擇。