最大誤差圖像配準(zhǔn)方法對肝癌患者擺位誤差及外擴(kuò)邊界的影響

鄧源，鄒金華（通信作者），李新宇，許健柱，羅經(jīng)杰，鄺倍，林耿賢，葉錫渠

南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院放療科 （廣東廣州 510515）

肝癌是世界上發(fā)病率和病死率較高的癌癥之一，放射治療是目前治療肝癌患者的主要方法之一。近年的研究結(jié)果顯示，早、中、晚期肝癌患者均可接受放射治療，并取得了較好的臨床效果。目前，關(guān)于肝癌放射治療的臨床研究主要關(guān)注如何最大限度增加肝內(nèi)腫瘤的受照射劑量，減少正常肝組織的受照射劑量，控制放射性肝損傷，減少放射性肝?。╮adiation induced liver disease，RILD）的發(fā)生。除系統(tǒng)誤差外，肝臟受呼吸影響最大，上下有1～3 cm 的移動(dòng)范圍，器官移動(dòng)變形所造成的靶區(qū)不確定性，可使肝癌放射治療時(shí)從臨床靶區(qū)（clinical target volume，CTV）至計(jì)劃靶區(qū)（planned target volume，PTV）外擴(kuò)過大，增加了正常肝臟的受照射劑量，并限制了放射治療劑量的增加，也使得適形和調(diào)強(qiáng)放射治療的優(yōu)越性得不到充分發(fā)揮[1]。因此，在錐形束CT（cone beam CT，CBCT）引導(dǎo)下進(jìn)行圖像驗(yàn)證并糾正誤差非常有必要，同時(shí)也可為CTV 至PTV 的外擴(kuò)提供參考依據(jù)。

肝癌放射治療擺位中采用熱塑體膜聯(lián)合發(fā)泡膠加Klarity 一體板固定。發(fā)泡膠可限制患者的左右和前后移動(dòng)，提高治療的精準(zhǔn)度；而熱塑體膜則可有效控制呼吸運(yùn)動(dòng)的影響。本研究通過圖像引導(dǎo)放射治療將定位CT 與放射治療前獲取的CBCT 圖像進(jìn)行對比，并通過肝臟軟組織配準(zhǔn)，得出精準(zhǔn)的擺位誤差；然后離線通過靶區(qū)內(nèi)最大誤差圖像配準(zhǔn)方法可得出最大誤差值，根據(jù)Van Herk[2]推導(dǎo)的擺位擴(kuò)邊公式，外擴(kuò)邊界＝2.5Σ+0.7σ，可推算出CTV 至PTV 的外擴(kuò)邊界，盡可能以最小的外擴(kuò)邊界值保證覆蓋腫瘤靶區(qū)、控制腫瘤的同時(shí)，減少危及器官的受照射劑量，降低治療的不良反應(yīng)，提高患者的生命質(zhì)量。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2019年10月至2020年3月于我院行放射治療的肝癌患者30例作為研究對象，均采用瓦里安VitalBeam直線加速器行圖像引導(dǎo)放射治療。30例患者中，男26例，女4例 ；年齡35～65歲，平均（55.4 ± 4.7）歲。本研究經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)，患者及其家屬均自愿簽署知情同意書。

納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）經(jīng)病理檢查確診為肝癌；（2）病理分期為ⅠB ～ⅢB 期；（3）無遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移；（4）臨床資料完整；（5）卡氏功能狀態(tài)評分≥70分。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）合并其他惡性腫瘤的患者；（2）精神障礙、認(rèn)知障礙的患者；（3）依從性差，無法配合研究的患者。

1.2 方法

1.2.1 體位固定

30例患者均取仰臥位，只留內(nèi)褲并雙手抱肘置于額前，左手在上，熱塑體膜聯(lián)合發(fā)泡膠加Klarity 一體板固定。

1.2.2 計(jì)劃CT 圖像的采集

患者在CT 模擬定位機(jī)下定位，由激光定位系統(tǒng)進(jìn)行體表標(biāo)記，然后使用Philips 公司的大孔徑BigBore 螺旋CT 模擬定位機(jī)以5 mm 層厚獲取CT 增強(qiáng)掃描圖像，掃描范圍為主動(dòng)脈弓至雙腎下極，并將圖像傳輸至計(jì)劃系統(tǒng)，由臨床醫(yī)師參考相關(guān)文獻(xiàn)[3-4]勾畫靶區(qū)，物理師通過瓦里安計(jì)劃系統(tǒng)軟件完成放射治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)。計(jì)劃設(shè)計(jì)完成后，將計(jì)劃CT 圖像及患者的治療中心信息傳輸至瓦里安的驗(yàn)證系統(tǒng)上，作為圖像配準(zhǔn)的參考圖像。

1.2.3 CBCT 圖像的獲取

采用瓦里安VitalBeam 直線加速器的kV 級CBCT 進(jìn)行掃描，參數(shù)為125 kV、 1 080 mAs，掃描角度為360°。每位患者第1次放射治療前行CBCT 掃描，后續(xù)治療期間每周行1次CBCT 掃描，進(jìn)行在線校位，共掃描150次。

1.2.4 最大圖像配準(zhǔn)及擺位誤差校正

圖像配準(zhǔn)功能由瓦里安VitalBeam 直線加速器的OBI 系統(tǒng)軟件完成；將每次獲取的CBCT 圖像與計(jì)劃 CT 圖像進(jìn)行自動(dòng)+手動(dòng)配準(zhǔn)，得出校正前左右（LR） 、頭腳（SI）和前后（AP）方向的擺位誤差數(shù)據(jù)，離線通過靶區(qū)內(nèi)最大誤差圖像配準(zhǔn)方法可得出最大誤差值，并通過此值計(jì)算外擴(kuò)邊界；若擺位誤差過大或反復(fù)配準(zhǔn)不能滿意糾正時(shí)，需要重新擺位，再次行CBCT 掃描，必要時(shí)重新定位，若CBCT 掃描發(fā)現(xiàn)連續(xù)多次擺位呈同方向誤差時(shí)，可調(diào)整等中心標(biāo)記點(diǎn)。

1.3 觀察指標(biāo)

分析LR 、SI 和AP 方向的擺位誤差，并計(jì)算CTV 至PTV 的LR、SI 和AP 方向上的外擴(kuò)邊界。

2 結(jié)果

2.1 誤差分析

結(jié)果顯示，30例患者LR、SI 和AP 方向的擺位誤差分 別 為（0.014±0.287） cm、（0.048±0.363） cm 和（0.028±0.229） cm。

2.2 CBCT 分次間擺位誤差

30例患者共掃描150次，通過最大誤差圖像配準(zhǔn)后的擺位誤差見表1。

表1 30例肝癌患者的擺位誤差（cm，±s）

表1 30例肝癌患者的擺位誤差（cm，±s）

注：負(fù)值代表相反方向；LR 為左右方向，SI 為頭腳方向，AP 為前后方向

序號 LR SI AP 1 -0.05±0.21 0.12±0.07 -0.08±0.04 2 0.07±0.05 0.15±0.31 0.13±0.08 3 -0.14±0.24 0.22±0.10 0.20±0.17 4 0.01±0.12 0.08±0.25 0.04±0.12 5 -0.23±0.22 0.10±0.22 0.03±0.08 6 -0.13±-0.15 0.25±0.09 0.05±0.04 7 -0.06±0.17 -0.03±0.23 -0.09±0.11 8 0.10±0.12 0.23±0.13 0.13±0.09 9 0.10±0.07 0.06±0.21 0.03±0.15 10 0.13±0.12 -0.10±0.17 0.20±0.14 11 0.22±0.15 -0.08±0.41 0.07±0.16 12 0.13±0.15 -0.07±0.30 0.02±0.13 13 -0.13±0.15 0.14±0.27 0.02±0.08 14 0.18±0.16 -0.05±0.19 0.17±0.12 15 0.25±0.08 0.12±0.21 -0.08±0.04 16 -0.17±0.01 0.34±0.08 0.17±0.02 17 -0.21±0.09 0.01±0.27 -0.04±0.10 18 0.10±0.10 0.13±0.12 0.05±0.14 19 -0.06±0.07 -0.14±0.17 -0.08±0.09 20 -0.09±0.18 -0.48±0.20 -0.02±0.09 21 0.30±0.09 -0.05±0.31 0.04±0.18 22 0.25±0.22 -0.30±0.15 0.05±0.09 23 -0.13±0.06 -0.13±0.16 0.10±0.10 24 0.02±0.13 0.40±0.28 0.08±0.12 25 0.03±0.22 0.28±0.34 0.18±0.15 26 -0.03±0.08 0.16±0.15 -0.09±0.07 27 -0.08±0.07 -0.25±0.27 0.05±0.10 28 -0.28±0.17 0.04±0.35 -0.27±0.09 29 -0.15±0.24 -0.13±0.14 0.07±0.15 30 -0.08±0.07 0.35±0.25 -0.13±0.15

2.3 不同方向的擺位誤差構(gòu)成比

30例患者不同方向的擺位誤差構(gòu)成比見表2。由表2可知，誤差多數(shù)≤0.3 cm，而＞0.3～＜0.4 cm 的誤差主要集中在SI 方向。

表2 150組CBCT 掃描圖像不同方向的擺位誤差構(gòu)成比[次（%）]

2.4 CTV 外擴(kuò)邊界

樣本總體系統(tǒng)誤差（Σ）用個(gè)體系統(tǒng)誤差的標(biāo)準(zhǔn)差表示，總體隨機(jī)誤差（σ）用個(gè)體隨機(jī)誤差的均方根表示。根據(jù)擺位擴(kuò)邊公式，外擴(kuò)邊界=2.5Σ+0.7σ，可得到CTV 至PTV的LR、SI、AP 方向上外擴(kuò)邊界分別為0.643、0.771、0.488 cm，見表3。

表3 30例患者的外擴(kuò)邊界（cm）

3 討論

隨著放射治療技術(shù)的快速發(fā)展，臨床對擺位誤差的要求也越來越高。國際輻射單位與測量委員會（International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU）認(rèn)為，3種來源的幾何不確定性可能妨礙計(jì)劃的實(shí)施：患者的擺位變化、器官運(yùn)動(dòng)及形狀改變、機(jī)器的相關(guān)誤差（通常被認(rèn)為比前兩種誤差?。?。分次間擺位誤差通常包括系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差[5]。肝癌患者擺位中除存在系統(tǒng)誤差外，肝臟會隨著呼吸產(chǎn)生一定的運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的隨機(jī)誤差是不可忽略的；同時(shí)，在圖像配準(zhǔn)時(shí)也會產(chǎn)生一定的誤差。有研究指出，椎體不適于作為肝癌圖像引導(dǎo)放射治療的參照物[6]；可將肝臟等軟組織或腫瘤本身作為配準(zhǔn)目標(biāo)，這是因?yàn)樵谀[瘤定位中軟組織信息比其他代替方法（如骨解剖）更為重要[7]。此外，有研究指出，肝臟配準(zhǔn)結(jié)果與手動(dòng)配準(zhǔn)結(jié)果最為接近，使用配準(zhǔn)軟件自動(dòng)肝臟配準(zhǔn)可用于肝癌圖像引導(dǎo)放射治療，但每次圖像引導(dǎo)時(shí)均需有經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師和治療師共同參與，且自動(dòng)配準(zhǔn)完成之后應(yīng)根據(jù)肝臟外輪廓進(jìn)行手動(dòng)校正[8]。精準(zhǔn)放射治療時(shí)代的目標(biāo)是亞毫米級，純手動(dòng)校正已無法做到，因此，整個(gè)放射治療過程主要利用圖像引導(dǎo)技術(shù)。圖像引導(dǎo)放射治療已成為精準(zhǔn)復(fù)位和確定外擴(kuò)邊界的一個(gè)重要方式，其不僅能修正擺位誤差，還能監(jiān)測器官運(yùn)動(dòng)、特殊體位的變化，實(shí)現(xiàn)肝癌病灶精準(zhǔn)定位和劑量的合理分布，并能實(shí)時(shí)觀察腫瘤病灶的變化情況[9]。有研究顯示，圖像引導(dǎo)放射治療提高了腫瘤控制率，縮短了放射治療時(shí)間，適合于各期肝癌患者的治療[10]。

患者放射治療前需行CBCT 掃描，通過CBCT 圖像和CT 圖像采用最大誤差配準(zhǔn)，得出LR、SI 和AP 方向的擺位誤差，為了使靶區(qū)覆蓋腫瘤的運(yùn)動(dòng)范圍，在計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)需在CTV 上外擴(kuò)一定的邊界，形成PTV。Van Herk[2]經(jīng)典公式指出，為使90%的患者CTV 累積劑量達(dá)處方劑量的95%以上，CTV 至PTV 的外擴(kuò)邊界至少應(yīng)為2.5Σ+0.7σ。本研究結(jié)果顯示，CTV 至PTV 的LR、SI、AP 方向上外擴(kuò)邊界分別為0.643、0.771、0.488 cm。分析原因?yàn)椋焊闻K作為上腹部臟器對呼吸極為敏感，而熱塑體膜固定可在一定程度上限制呼吸運(yùn)動(dòng)的影響，減少AP 方向上的誤差；而SI 方向上誤差為最大，可能與固定方式或皮膚牽拉導(dǎo)致標(biāo)志線移位等因素有關(guān)。

綜上所述，放射治療中CTV 受多種因素的影響，可通過固定裝置、固定方式的選用或改進(jìn)控制擺位、呼吸產(chǎn)生的誤差；同時(shí)，根據(jù)科室的情況，分析研究擺位誤差，得出合理的外擴(kuò)邊界；合理的外擴(kuò)邊界可確保靶區(qū)受到足夠的照射劑量，并最大限度減少正常組織的受照射劑量，進(jìn)而有效改善患者的生命質(zhì)量。