千伏級錐形束CT與CatalystTM系統(tǒng)在影像引導放療過程中的對比研究

復旦大學附屬腫瘤醫(yī)院放療科，復旦大學上海醫(yī)學院腫瘤學系，上海 200032

圖像引導放射治療（image-guided radiotherapy，IGRT）在放射治療領域占有越來越重要的地位。IGRT能夠有效地降低放療過程中的靶區(qū)位移誤差和擺位誤差，進而提高放療的準確性。IGRT的發(fā)展是以圖像引導設備為基礎的，因此對治療過程中的誤差進行檢驗的設備格外重要［1］。目前臨床上常用的圖像引導設備包括電子射野影像系統(tǒng)（electronic portal imaging device，EPID）、錐形束CT（cone-beam computed tomography，CBCT）以及光學表面成像系統(tǒng)（optical surface imaging，OSI）等。相關研究［2-4］表明CBCT和EPID在圖像清晰度、患者所受額外輻射劑量、驗證準確性以及可操作性方面具有各自的優(yōu)勢。近年來，光學表面成像系統(tǒng)也逐步應用于腫瘤放療過程的擺位和誤差驗證［5-8］。本研究收集33例患者的相關數據對CBCT系統(tǒng)和OSI系統(tǒng)在IGRT過程中的應用價值進行對比研究。

1 資料和方法

1.1 病例來源

選取在復旦大學附屬腫瘤醫(yī)院放射治療中心治療的33例患者納入研究組。包括男性患者19例，女性患者14例；肺惡性腫瘤21例，食管惡性腫瘤11例，非霍奇金淋巴瘤1例。患者的年齡范圍是26～84歲，中位年齡61歲。具體信息見表1。

表1 研究組中患者的基本信息Tab.1 Basic information of patients in the study

1.2 患者體位固定

患者均采用仰臥位睡姿，根據患病部位的特點及治療要求，采用碳纖維多功能體板+真空墊的固定方式對患者進行體位固定（圖1）。

在完成體位固定后，采用FOV為60 cm的大孔徑CT（荷蘭Philips公司）進行定位掃描，掃描后圖像上傳至計劃治療系統(tǒng)。所有患者均在Varian Edge直線加速器上完成治療。

圖1 體位固定技術Fig.1 The body position fixation technique

1.3 數據采集及處理

1.3.1 OSI系統(tǒng)數據采集

本研究所用OSI為CatalystTM系統(tǒng)，該系統(tǒng)安裝布置在與Varian Edge直線加速器同一等中心的機房中。CatalystTM系統(tǒng)主要由發(fā)光二極管光源、電荷耦合器件攝像頭組成。OSI系統(tǒng)數據采集流程：在患者每周的第1次治療前，將患者治療時使用的固定模具按照醫(yī)囑固定在加速器治療床上；患者褪去衣物，平穩(wěn)躺在治療床上后，參照患者體側和體部的中心擺位線對患者進行治療前擺位；擺位完成后，用CatalystTM系統(tǒng)進行體表圖像的采集；待CatalystTM系統(tǒng)采集患者的體表圖像后，與患者的模擬定位CT圖像進行配準操作，可以得到平移方向x、y、z和頭腳方向旋轉（pitch，PIT）、左右方向旋轉（roll，ROL）、水平方向旋轉（rotation，RTN）3個方向上的誤差值；記錄誤差值完成數據采集。在患者治療過程中，CatalystTM系統(tǒng)采集的實時圖像對患者的放療過程起到監(jiān)控作用。

1.3.2 CBCT系統(tǒng)數據采集

在患者每周第1次治療前，使用Varian Edge直線加速器上配置的KV級CBCT進行掃描。將CBCT采集圖像按照灰度配準的方式與定位CT圖像進行配準操作，配準區(qū)域包括PTV。記錄平移方向x、y、z和旋轉方向PIT、ROL、RTN的誤差數值。掃描參數如下：起始角度50～220，機架旋轉速度6/s，掃描視野（field of view，F(xiàn)OV）直徑46.5 cm，過濾板half，重建圖像層厚2 mm，重建圖像矩陣大小512像素×512像素。

1.4 統(tǒng)計學處理

采用SPSS 22.0對數據進行統(tǒng)計學分析。將CBCT與CatalystTM系統(tǒng)采集的誤差數據在平移方向x、y、z和旋轉方向PIT、ROL、RTN分別進行配對樣本t檢驗，分析兩系統(tǒng)在各方向上擺位誤差的相關情況。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

研究組中33例患者在每周第1次治療前進行CatalystTM系統(tǒng)和CBCT系統(tǒng)的誤差數據采集，共獲得115組數據。

將兩種檢驗系統(tǒng)各方向上的誤差值計算平均值及標準差。誤差數據經過配對樣本t檢驗分析，在平移方向y、z以及旋轉方向PIT和RTN的誤差值差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）；在平移方向x和旋轉方向ROL的誤差值差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05，表2和表3）。擺位誤差數據的系統(tǒng)誤差（Σ）和隨機誤差（δ）見表4和表5。

表2 平移方向誤差配對樣本t檢驗分析結果Tab.2 The results of paired samples t test in translational directions(±s)

表2 平移方向誤差配對樣本t檢驗分析結果Tab.2 The results of paired samples t test in translational directions(±s)

表3 旋轉方向誤差配對樣本t檢驗分析結果Tab.3 The results of paired samples t test in rotational directions(±s)

表3 旋轉方向誤差配對樣本t檢驗分析結果Tab.3 The results of paired samples t test in rotational directions(±s)

表4 平移方向的系統(tǒng)誤差和隨機誤差Tab.4 The systemic error and random error in translational directions

表5 旋轉方向的系統(tǒng)誤差和隨機誤差Tab.5 The systemic error and random error in rotational directions

3 討 論

CBCT是一種已經廣泛應用于放療患者擺位誤差檢測的重要輔助工具?；诖竺娣e非晶硅數字化X射線探測板的CBCT具有質量輕、體積小、分辨率高、射線利用率高、開放式結構等特點。它還可以直接整合到直線加速器的機架上，機架旋轉360°即可獲取并重建出患者的三維模型，進而與參考圖像進行配準比對，得到患者的擺位誤差。在進行誤差糾正后，對患者進行更為精準的放射治療。但是，CBCT的使用也會給患者帶來額外的輻射劑量，可能會增加患者患二次腫瘤的風險［9］。為了更好地解決額外輻射、框架限制、實時監(jiān)測等問題，OSI系統(tǒng)應運而生。OSI系統(tǒng)一般通過3D成像傳感器將電磁波投射到患者體表，并通過傳感器測量電磁波從患者體表反射回來的時間來計算距離。因此，OSI系統(tǒng)是一種無電離輻射、無侵襲性、成像速度快、可實時監(jiān)控的誤差檢測系統(tǒng)。目前，國內常用的OSI系統(tǒng)是AlignRT系統(tǒng)、CatalystTM系統(tǒng)以及OSM系統(tǒng)。本研究所應用的是搭載于Varian Edge直線加速器上的KV級CBCT和CatalystTM系統(tǒng)。

Walter等［10］回顧性分析了25例胸部、腹部及盆腔腫瘤患者的154次誤差檢測數據，發(fā)現(xiàn)CBCT掃描配準的擺位誤差在左右方向、頭腳方向以及腹背方向分別是（0.0±2.1）mm、（-0.4±2.4）mm和（1.1±2.6）mm，CatalystTM系統(tǒng)在上述3個方向的誤差檢測值分別為（-0.1±2.1）mm、（-1.8±5.4）mm和（1.4±3.2）mm。經統(tǒng)計學分析后發(fā)現(xiàn)二者差異無統(tǒng)計學意義，因此研究者認為CatalystTM系統(tǒng)可以在擺位誤差檢測中有效地替代CBCT系統(tǒng)。除此之外，Wei等［11］分析了27例乳腺癌患者的OSI系統(tǒng)和CBCT系統(tǒng)的誤差檢測數據（共計127組）后發(fā)現(xiàn)，兩種檢測系統(tǒng)在各個方向上的檢測誤差值差異均無統(tǒng)計學意義，且其系統(tǒng)誤差和隨機誤差均小于1 mm，所以OSI系統(tǒng)可以替代CBCT系統(tǒng)進行誤差檢測。本研究對33例胸腹部腫瘤患者在CBCT和CatalystTM系統(tǒng)下進行誤差檢測，結果顯示，CBCT掃描配準的擺位誤差在平移方向x、y、z分別為（0.95±1.18）mm、（1.28±1.63）mm和（0.97±1.20）mm，在旋轉方向PIT、ROL、RTN分別為（0.73±0.65）°、（1.07±0.86）°和（0.69±0.69）°。CatalystTM系統(tǒng)配準的擺位誤差在平移方向x、y、z分別為（0.96±1.35）mm、（1.43±1.66）mm和（1.59±1.98）mm，在旋轉方向PIT、ROL、RTN分別為（0.86±0.80）°、（0.87±0.74）°和（0.75±0.76）°。且經配對樣本t檢驗后發(fā)現(xiàn)，平移方向y、z以及旋轉方向PIT和RTN的誤差數據差異無統(tǒng)計學意義，而平移方向x和旋轉方向ROL的誤差數據差異有統(tǒng)計學意義。結合其誤差平均數和標準差可以發(fā)現(xiàn)CBCT較CatalystTM系統(tǒng)在平移方向x上無明顯增大，在旋轉方向ROL的擺位誤差值略有增大。除此之外，通過對各個方向的誤差數據進行統(tǒng)計計算得到其系統(tǒng)誤差和隨機誤差。結果顯示，各方向的系統(tǒng)誤差和隨機誤差之間的差值在1 mm之內，兩種檢測系統(tǒng)的檢測結果差異無統(tǒng)計學意義。本研究結果與相關研究［10-11］的結論一致。

綜上所述，CBCT系統(tǒng)和CatalystTM系統(tǒng)對于患者的擺位誤差檢測差異無統(tǒng)計學意義，且二者對于擺位誤差檢測的系統(tǒng)誤差和隨機誤差都小于1 mm，故CatalystTM系統(tǒng)可以代替CBCT系統(tǒng)進行擺位誤差的檢測。