對比超聲圖像引導(dǎo)與機載錐形束CT擺位精確性

韋曉波，顧文棟，胡強，沐金明，程常海，李齊林，宗賢

（江蘇省常州市第一人民醫(yī)院 腫瘤放射治療科，江蘇 常州 213003）

0 引言

現(xiàn)代放療技術(shù)如調(diào)強放療尤其立體定向放療要求患者擺位準(zhǔn)確性非常高，臨床上常用的圖像引導(dǎo)放射治療方式有電子射野影像系統(tǒng)（electron portal image system，EPID）、錐形束CT（cone beam CT，CBCT）等。EPID和CBCT在顯著提高擺位精確性的同時，卻也給患者帶來了額外X線照射[1]。三維超聲圖像引導(dǎo)的放射治療是利用超聲圖像來進行圖像模擬與擺位驗證，其在乳腺、前列腺等軟組織成像上有明顯的優(yōu)越性，同時不會增加額外X線照射。本研究通過專用校準(zhǔn)模體評價超聲圖像引導(dǎo)系統(tǒng)引導(dǎo)擺位是否達到CBCT的準(zhǔn)確性。

1 資料與方法

1.1 設(shè)備與材料

1.1.1 醫(yī)科達AXESSETM直線加速器：配有HexaPODTM六維治療床系統(tǒng)和XVITM CBCT。

1.1.2 醫(yī)科達ClarityTM超聲引導(dǎo)系統(tǒng)：由模擬定位（Sim）工作站、自動輪廓勾劃（AFC）工作站、圖像引導(dǎo)（Guide）工作站三組工作站組成。Sim與Guide工作站均安裝有高頻線陣探頭（型號：L14-5W）和低頻凸陣探頭（型號：C5-2）。

1.1.3 專用校準(zhǔn)模體：模體（圖1）表面的四組十字線用于標(biāo)定模體坐標(biāo)系。模體內(nèi)部有深度不同，直徑15 mm，30 mm的高對比球體。超聲高頻線陣探頭用于探測較淺的直徑15 mm球體，超聲低頻凸陣探頭用于探測直徑30 cm球體。

圖1 校準(zhǔn)模體結(jié)構(gòu)圖

1.2 方法

1.2.1 模擬定位與計劃設(shè)計：用激光定位系統(tǒng)標(biāo)定好校準(zhǔn)模體位置后進行超聲模擬與CT模擬定位掃描。通過AFC工作站將CT與超聲圖像配準(zhǔn)融合并勾畫校準(zhǔn)模體圖像內(nèi)部球體輪廓，通過治療計劃系統(tǒng)設(shè)計簡單計劃（2個10×10 cm正交野）。

1.2.2 CBCT及超聲引導(dǎo)掃描：加速器治療室內(nèi)的HexaPODTM六維床置于開始位，用校準(zhǔn)模體進行擺位，表面十字線與激光定位線相重合。通過移動六維床人為產(chǎn)生一個誤差值，在每一床位使用高頻線陣探頭和低頻凸陣探頭分別做5次ClarityTM超聲掃描，高頻線陣探頭掃描淺層15 mm球體，低頻凸陣探頭掃描深層30 mm球體，并做1次CBCT掃描，記錄x、y、z方向的平移誤差。每次移動六維床并掃描完成后，在下次移床前均先將六維床回到開始位。最后計算超聲和CBCT掃描得出的測量誤差與給定標(biāo)準(zhǔn)誤差之間差值的絕對值。

1.3 統(tǒng)計學(xué)處理。采用SPSS 18.0建立數(shù)據(jù)庫，樣本間比較采用配對t檢驗。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 ClarityTM超聲圖像引導(dǎo)系統(tǒng)的穩(wěn)定性：在18個給定移床誤差位置使用高頻線陣探頭與低頻凸陣探頭各掃描5次超聲圖像，共180次。圖2為給定x、y、z方向移床誤差5 mm、0 mm、0 mm時一次超聲圖像引導(dǎo)結(jié)果示例，可見其顯示x、y、z方向測量誤差分別為5.1 mm、0.9 mm、0.1 mm。表1中可見ClarityTM兩組探頭掃描位置誤差值與給定位移誤差值間差值的最大絕對值均為0.9 mm。

圖2 x、y、z方向移床誤差分別為5 mm、0 mm、0 mm時超聲掃描結(jié)果示例

2.2 CBCT和ClarityTM超聲掃描結(jié)果比較：圖3為給定x、y、z移床誤差分別為5 mm、0 mm、0 mm時CBCT灰度平移配準(zhǔn)結(jié)果示例，其測量誤差分別為4.6 mm、0.8 mm、0.1 mm。表2中可見對ClarityTM和CBCT兩個引導(dǎo)系統(tǒng)在x、y、z三個方向上測量誤差與給定誤差間差值的絕對值小于1 mm，t檢驗結(jié)果顯示兩者間差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義。

表2 ClarityTM和CBCT掃描測量誤差與給定誤差間差值絕對值比較 （單位：mm）

圖3 x、y、z方向移床誤差分別為5mm、0mm、0mm時CBCT圖像引導(dǎo)示例

3 討論

近年來，圖像引導(dǎo)放射治療（IGRT）技術(shù)被廣泛應(yīng)用于驗證放射治療過程中患者擺位精確性，現(xiàn)在臨床應(yīng)用最廣泛的IGRT技術(shù)主要包括二維的EPID和三維的CBCT。這些以放射線為基礎(chǔ)的影像引導(dǎo)放療的方式會給患者帶來額外X線輻照。與其相比，超聲圖像引導(dǎo)是非電離成像，而且超聲對軟組織界限分辨較清。因此，將超聲圖像引導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用于乳腺癌、前列腺癌等疾病的放射治療有其現(xiàn)實意義[2-3]。

患者治療前行機載CBCT掃描后其圖像與計劃CT進行對比，確定患者當(dāng)日的擺位誤差并通過移動治療床校正，已成為事實上的標(biāo)準(zhǔn)。采用給定誤差法對圖像引導(dǎo)系統(tǒng)進行檢驗是一個簡單、可靠、易行的方法。通過觀察圖像引導(dǎo)系統(tǒng)對給定位移誤差的檢測結(jié)果判斷此引導(dǎo)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。從表2可以看出，ClarityTM超聲圖像和CBCT圖像兩個引導(dǎo)系統(tǒng)的穩(wěn)定性都相當(dāng)高，兩者在x、y、z三個方向上都小于1 mm，這一結(jié)果完全符合美國醫(yī)學(xué)物理學(xué)家協(xié)會（APPM）TG-154號報告[4]中對超聲圖像引導(dǎo)系統(tǒng)極端位置測試（end-to-end testing）的要求（＜2 mm）。同時配對t檢驗顯示兩個系統(tǒng)引導(dǎo)的準(zhǔn)確性差異方面沒有統(tǒng)計學(xué)差異，可見超聲圖像引導(dǎo)系統(tǒng)是精確而穩(wěn)定的，可以應(yīng)用于臨床。

與X線相比，超聲檢查無輻射、軟組織顯影清晰的特點特別適用于乳腺、前列腺等軟組織腫瘤患者。利用超聲圖像引導(dǎo)可以在放射治療前后多次檢查患者腫瘤部位變化，也可確定前列腺、直腸或?qū)m頸患者的膀胱充盈情況確定患者合適的治療時機。對于保乳術(shù)后患者，可用于確認(rèn)瘤床區(qū)位置，更有助于推量的精確性，進一步保證了療效。Wong等[5]比較20例乳腺癌患者CT和超聲之間腫瘤病灶在空間時間上的差異，結(jié)果顯示CT相對超聲中腫瘤病灶中心位置在前后、左右和上下方向的差異分別為0.1、0.2和0.4 mm，兩者之間差異不明顯，三維超聲圖像系統(tǒng)可以應(yīng)用于乳腺癌患者輔助擺位。

本研究證明，超聲圖像引導(dǎo)是一種快速、無創(chuàng)、無輻射的放射治療輔助擺位方法，且有較高的穩(wěn)定性與精確性。在乳腺癌、前列腺癌等軟組織腫瘤患者中可配合或代替CBCT使用，減少CBCT掃描所帶來的額外輻射，具有臨床可執(zhí)行性。