圖像引導(dǎo)放療中兩種驗(yàn)證方式的比較研究

丘敏敏 林澤煌 鄧永錦 黃泰茗 閔蒙真 鐘嘉健

中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射治療科，廣東廣州 510080

放療是腫瘤治療的三大手段之一，75%的腫瘤患者需要放療[1]。調(diào)強(qiáng)放療具有高度適形性，靶區(qū)邊緣劑量陡峭，可提高靶區(qū)劑量同時(shí)保護(hù)正常組織器官，得到廣泛應(yīng)用。這也對(duì)擺位精度提出更高要求。圖像引導(dǎo)放療技術(shù)（image-guided radiation therapy，IGRT）可為調(diào)強(qiáng)放療的精確實(shí)施提供保障[2]。按照射線能量，可分為MV 級(jí)和kV 級(jí)。采用MV 級(jí)射線的包括電子射野影像系統(tǒng)（electronic portal imaging device，EPID）、螺旋斷層放療系統(tǒng)（tomotherapy）等，EPID 存在拍攝流程復(fù)雜，圖像分辨率低，需手動(dòng)配準(zhǔn)等問(wèn)題，配準(zhǔn)效果很大程度依賴技師工作水平，校正精度無(wú)法保證[3-4]；而Tomo 圖像質(zhì)量高、操作便捷、自動(dòng)化程度高，但掃描速度慢、治療時(shí)間長(zhǎng)，且國(guó)內(nèi)裝機(jī)不多，并不能廣泛應(yīng)用[5]。此外，MV 級(jí)驗(yàn)證普遍存在輻射劑量大，射線利用率不高等問(wèn)題[6]。kV 級(jí)驗(yàn)證存在拍攝流程簡(jiǎn)潔、圖像分辨率高，自動(dòng)化程度高、輻射小、射線利用率高等優(yōu)勢(shì)[7-8]。錐形束CT（cone-beam computed tomography，CBCT）和二維影像（two-dimensional kilovolt，2D-kV）是目前主流的kV 級(jí)驗(yàn)證方式。本研究旨在通過(guò)比較CBCT 和2D-kV 兩種驗(yàn)證方式的配準(zhǔn)精度、耗時(shí)等因素，為臨床日常圖像引導(dǎo)放療提供參考。

1 材料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院2016年3月至10月接受放療的50 例患者，其中頭頸組20 例，胸腹組15 例，盆腔組15 例。頭頸組中，男14 例，女6例；年齡35～78 歲，中位年齡49 歲。胸腹組中，男8 例，女7 例；年齡17～73 歲，中位年齡51 歲。盆腔組中，男6 例，女9 例；年齡34～81 歲，中位年齡57 歲。三組患者的一般資料比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），具有可比性。所有患者知曉數(shù)據(jù)采集過(guò)程并簽署知情同意書(shū)。所有患者在Varian Novalis TX 直線加速器上接受治療。

1.2 方法

所有患者采用常規(guī)分割放療，每周治療5 次。通過(guò)瓦里安機(jī)載影像系統(tǒng)（on-board imager，OBI），每天進(jìn)行圖像采集，每周選擇一天進(jìn)行CBCT 采集，其余4 d 進(jìn)行2D-kV 采集。CBCT 采集是應(yīng)用OBI 系統(tǒng)獲得三維圖像，而2D-kV 是通過(guò)正側(cè)位曝光，得到正交的兩張平片。兩種驗(yàn)證方式的采集參數(shù)如表1 所示，曝光參數(shù)及劑量如表2 所示。配準(zhǔn)采用自動(dòng)骨匹配與手動(dòng)微調(diào)相結(jié)合，誤差方向Vrt、Lng、Lat 分別表示升降（vertical，Vrt）、進(jìn)出（longitudinal，Lng）、左右（lateral，Lat）的誤差。

表1 兩種驗(yàn)證方式的采集參數(shù)

表2 兩種驗(yàn)證方式的曝光參數(shù)及劑量

曝光協(xié)議，2D-kV 分別為正/側(cè)位曝光協(xié)議；掃描范圍，CBCT 圖像為圓柱體，長(zhǎng)×FOV；2D-kV 為長(zhǎng)方形，長(zhǎng)×寬，長(zhǎng)指頭腳方向；獲取時(shí)間和配準(zhǔn)時(shí)間為參考其他文章，結(jié)合本科室實(shí)際操作時(shí)間的估算值[9]。

曝光條件和劑量參考廠家提供的操作手冊(cè)，為標(biāo)準(zhǔn)曝光條件。實(shí)際操作中，2D-kV 可根據(jù)病人實(shí)際情況降低曝光參數(shù)，CBCT 則無(wú)法隨意調(diào)整。曝光條件：CBCT 組為每幀曝光條件，2D-kV 分別為正/側(cè)位曝光條件。mAs，CBCT 為拍攝的總mAs，2D-kV 分別為正/側(cè)位的mAs。

2 結(jié)果

2.1 兩組驗(yàn)證方式的圖像采集結(jié)果

50 例患者總共進(jìn)行1320 組圖像采集，其中270組為CBCT，1050 組為2D-kV。

2.2 兩種驗(yàn)證方式誤差絕對(duì)值的比較

兩種驗(yàn)證方式誤差絕對(duì)值的比較，兩組最大值接近，其中胸腹組誤差較大，CBCT 驗(yàn)證中Lng 方向最大值為11 mm，2D-kV 驗(yàn)證中Vrt 方向最大值為10 mm（表3）。

表3 兩種驗(yàn)證方式誤差絕對(duì)值的最大值（mm）

2.3 兩種驗(yàn)證方式在Vrt、Lng、Lat 方向誤差統(tǒng)計(jì)的比較

頭頸組兩種驗(yàn)證方式在Vrt、Lng、Lat 方向的誤差統(tǒng)計(jì)比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）（表4）。胸腹組兩種驗(yàn)證方式在Vrt、Lng、Lat 方向的誤差統(tǒng)計(jì)比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）（表5）。盆腔組兩種驗(yàn)證方式在Vrt、Lng、Lat 方向的誤差統(tǒng)計(jì)比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）（表6）。

表4 頭頸組兩種驗(yàn)證方式在Vrt、Lng、Lat 方向誤差統(tǒng)計(jì)的比較（mm）

表5 胸腹組兩種驗(yàn)證方式在Vrt、Lng、Lat 方向誤差統(tǒng)計(jì)的比較（mm）

表6 盆腔組兩種驗(yàn)證方式在Vrt、Lng、Lat 方向誤差統(tǒng)計(jì)的比較（mm）

3 討論

調(diào)強(qiáng)放療具有精確定位、精確計(jì)劃、精確治療的“三精”特點(diǎn)，這也對(duì)擺位準(zhǔn)確性提出了更高地要求。IGRT 可校正擺位誤差，為精確治療提供保證。而CBCT和2D-kV 是目前主流的kV 級(jí)驗(yàn)證方式。

胸腹組出現(xiàn)誤差最大值，可能由于靶區(qū)和危及器官受呼吸運(yùn)動(dòng)、腸道蠕動(dòng)、等影響，位置變化大，導(dǎo)致誤差增加，這也說(shuō)明位置驗(yàn)證的必要性和重要性。本研究顯示，三組患者在CBCT 和2D-kV 兩種驗(yàn)證方式的誤差比較，沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05），說(shuō)明兩種驗(yàn)證方式準(zhǔn)確度沒(méi)有明顯差異。胡健等[10]發(fā)現(xiàn)2D-kV可使誤差減低到2 mm 以內(nèi)，配準(zhǔn)精度可信，可一定程度代替CBCT。

與CBCT 比較，2D-kV 具有以下優(yōu)勢(shì)：①CBCT 圖像最大長(zhǎng)度為18 cm；而2D-kV 在等中心位置，圖像長(zhǎng)度為26 cm，調(diào)整射線源與探測(cè)器的位置，圖像最大長(zhǎng)度可達(dá)50 cm，拍攝范圍大大增加[11]。對(duì)于食管癌等長(zhǎng)靶區(qū)或多靶區(qū)患者，可顯示完整靶區(qū)，有利于整體協(xié)同配準(zhǔn)，提高治療精度。②CBCT 對(duì)床值有限制，當(dāng)靶區(qū)太偏或床值過(guò)低時(shí)，需將床移到指定位置（床左右為0，床高為-20 mm；當(dāng)床左右超過(guò)±5 mm 時(shí)，無(wú)法自動(dòng)移床，需到機(jī)房?jī)?nèi)手動(dòng)操作）；而2D-kV 沒(méi)有這些限制。對(duì)位于四肢尤其是遠(yuǎn)端的靶區(qū)，中心點(diǎn)偏離中線較遠(yuǎn)，床左右經(jīng)常在±10 mm 以上，無(wú)法拍攝CBCT，只能選擇2D-kV 進(jìn)行驗(yàn)證，以避免發(fā)生碰撞。③2D-kV 只需任意2 個(gè)角度的正交圖像，靈活性高。而CBCT 至少需要200°的旋轉(zhuǎn)拍攝，2D-kV 圖像獲取和配準(zhǔn)的時(shí)間明顯短于CBCT。胡健等[10]指出2D-kV驗(yàn)證時(shí)間僅為CBCT 的三分之一。Hoogeman 等[12]則發(fā)現(xiàn)在15 分鐘的治療過(guò)程中，患者會(huì)產(chǎn)生0.8～1.2 mm的誤差。隨著治療時(shí)間延長(zhǎng)，分次內(nèi)誤差會(huì)增加。對(duì)于基礎(chǔ)狀況差、疼痛、自主意識(shí)不強(qiáng)的患者，2D-kV 縮短治療時(shí)間，一定程度上可減少分次內(nèi)誤差，保障治療精度。④驗(yàn)證過(guò)程會(huì)增加患者吸收劑量[13-14]。Ludlow等[15-16]認(rèn)為CBCT 的劑量是2D-kV 的9 倍以上。而體重指數(shù)能夠影響患者吸收劑量[17]，對(duì)于體型小、體重輕的患者，2D-kV 可手動(dòng)降低曝光參數(shù)，進(jìn)一步降低吸收劑量。鐘嘉健等[18-20]報(bào)道對(duì)于瘦弱患者，在保證圖像質(zhì)量情況下，可降低20%～60%劑量，吸收劑量降為0.5～1.2 mGy，遠(yuǎn)低于CBCT 劑量。

綜上所述，CBCT 和2D-kV 兩種方式驗(yàn)證精度相當(dāng)，均可提高放療精度。2D-kV 在操作限制、耗時(shí)、劑量等方面存在優(yōu)勢(shì)，為臨床日常圖像引導(dǎo)放療提供參考。