肺癌圖像引導放療不同配準方式對擺位誤差的影響

吳志勤，張力，余建義，閻華偉，楊桂強，林立，黃包記，王志瑋，潘涵慧，金獻測

（溫州醫科大學院附屬第一醫院 放化療科，浙江 溫州 325015）

近幾年，千伏級的錐形束CT（cone beam，CBCT）已經成為臨床上重要的圖像引導放射治療（以下簡稱放療）工具[1-2]。利用CBCT進行的圖像引導放療（image-guided radiation therapy，IGRT），可獲取治療擺位導致的三維方向的平移及旋轉誤差信息，并能作出相應調整，提高了治療精度[3-4]。但其結果受匹配區域及匹配方式的影響，因此，本研究通過對比基于千伏級CBCT圖像的自動骨性配準和灰度配準的平移和旋轉矢量值，探討不同配準方式在肺癌IGRT治療中的差異。

1 對象和方法

1.1 對象 自2012年4月9日至2013年1月28日間，隨機選取本放療中心收治的肺癌患者43例，其中男40例，女3例，年齡26～84歲，中位年齡64歲。三維適形調強放療34例，弧形容積調強放療9例。

1.2 擺位固定及模擬CT 患者均采用標準仰臥位，使用熱縮體膜，根據不同患者頸部曲度墊以舒適狀態固定。首先盡可能接近放療靶區的體表或根據放療醫師描畫的體表位置，三維激光與之重合并放上標志金屬小顆粒建立參照中心。應用Philips Brilliance大孔徑CT模擬定位機進行螺旋掃描，圖像矩陣512×512，層距層厚3 mm，掃描病變靶區然后通過計算機網絡傳送圖像數據至放射治療計劃系統Pinnacle 8.0。

1.3 靶區勾畫及計劃 根據國際輻射單位與測量委員會（International Commission on Radiation Unit and Measurement，ICRU）第50號報告進行靶區勾畫。大體腫瘤體積（gross tumor volume，GTV）為圖像肉眼所見腫瘤大小，由副主任醫師以上資深醫師根據病變位置、病理類型及周圍危及器官，對GTV進行一定的外擴得到臨床靶區體積（clinical tumor volume，CTV），CTV再增加器官運動和擺位誤差后為計劃靶區體積（plan tumor volume，PTV）。物理師根據醫囑在放療計劃系統Pinnacle 9.2進行放療計劃設計。

1.4 圖像采集和匹配 每次患者進行放療時由2位放療技師執行操作擺位體膜固定，首次治療時需核對實際放療靶中心與參考靶中心是否一致，若移位，認真核對數據及方向。擺位結束后以最終等中心靶區進行CBCT掃描，掃描角度0°～180°，機架速度180 deg/min，掃描電壓120 kV，采集頻度6 Frames/s，掃描受量1.2 mGy，mAs總量118.5 mAs。遮光器S20，濾線板F0，每次CBCT掃描時間為1 min，共約330 Frames。設置各項參數及掃描范圍后即可采集CBCT圖像，經XVI系統圖像合成與放療計劃CT的圖像分別進行骨性配準和灰度配準，著重觀察照射靶區及周邊骨組織的配準重合程度，每次配準XVI系統會自動計算出X軸（左右）、Y軸（頭腳）、Z軸（腹背）方向的水平移位和X、Y、Z軸位旋轉方向的誤差。如治療前X、Y、Z其中有一項＞5 mm，則需在線誤差校正后第2次CBCT掃描時調整；如同時伴有旋轉軸向誤差＞3°則須進行重新擺位，以及治療后第3次CBCT掃描。本組資料XVI系統在線調整只針對X、Y、Z方向。

1.5 統計學處理方法 采用SPSS 13.0統計軟件。計量資料以±s表示，2組間比較采用配對t檢驗。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

本研究行肺癌IGRT 43例，共114次CBCT掃描，獲得的CBCT三維圖像與原計劃CT圖進行骨和灰度兩種模式匹配，兩種不同配準方式水平方向和旋轉方向的誤差及對比結果如下：骨性配準和灰度配準在水平方向X軸的誤差分別為（-0.297±3.137）mm、（0.377±2.958）mm，配對檢驗t值為2.934；Y軸的誤差為（-1.415±5.313）mm、（0.719±5.451）mm，t值為2.3467；Z軸的誤差為（0.632±3.033）mm、（-0.679±2.982）mm，t值為5.241。骨性配準和灰度配準在旋轉方向X軸的誤差分別為（-0.469±1.605）°、（-0.493±1.461）°，配對檢驗t值為0.2714；Y軸的誤差為（-0.203±1.431）°（0.35±1.424）°，t值為4.110；Z軸的誤差為（0.134±1.478）°、（0.196±1.348）°，t值為0.7542。骨性配準和灰度配準兩種配準方式除了在X軸旋轉和Z軸旋轉方向差異無統計學意義（P＞0.05）外，其他4個方向的誤差數據差異均有統計學意義（均P＜0.05）。為了減少治療時間，本組資料在線進行XVI系統誤差調整時都是使用灰性配準計算，離線分別記錄兩種配準的各項數據。

3 討論

放療是肺癌主要的治療手段之一。隨著放療新技術以及計算機技術的發展應用，適形調強放療甚至弧形容積調強放療越來越多地被臨床使用，調強放療的劑量分布和劑量計劃系統的逆向優化可有效地保護正常器官，同時對腫瘤組織得以精確的適形治療及劑量的最大化[5-6]。但其前提是得保證治療實施過程中的精確，否則會造成高劑量區的偏移，降低腫瘤局控率和增加正常組織損傷。

IGRT就是應用各種成像技術設備，在每次治療前利用成像技術對患者的擺位誤差進行驗證校準，確保處方劑量的準確傳輸，并且通過XVI系統獲取的圖像信息與治療計劃中的參考圖像進行匹配，在線的位置修正和離線的計劃修改，大大降低了擺位誤差，提高了治療精度[7]。骨性配準是單以骨高密度為計算的一種運算方式，速度最快，一般只要幾秒，是適用于配準框內骨性組織較多或者照射靶區有較為接近的骨性標志。灰度配準是運算配準框內所有不同灰階值，是一種精確配準運算方式，尤其照射靶區周圍是低密度組織時更具優勢。手工配準是人為因素參與較多的一種配準方式，本組沒有參與比較。

本組43例患者共行114人次CBCT掃描，將6個方向誤差數據配對進行統計學處理，骨性配準和灰度配準兩種方式除了在X軸旋轉和Z軸旋轉方向差異無統計學意義外，其他4個方向的誤差數據差異均有統計學意義。這與胸部腫瘤的解剖結構有關，肺癌組織周邊富有軟組織，相對于骨性組織有一點的距離，在放療實施過程中靶區和正常器官的運動和體積變化較大，給骨性配準帶來了一定的困難，而灰度配準是以配準框內所有灰階進行比較，其配準精確，當腫瘤組織與骨性組織有一定距離及配準框內少有骨性組織時，建議首次適用灰度配準。本資料與梁軍等[8]的分析有不同的結論，本資料3個水平方向的兩種不同配準方式差異均有統計學意義，而梁軍組則無明顯影響，同時他沒有對旋轉方向作出分析。本組X軸旋轉和Z軸旋轉方向差異無統計學意義，筆者認為是因為胸部整體呈橢圓形結構，骨性配準和灰度配準在旋轉方向上對組織的識別度相似。當照射靶區接近骨性解剖標志時，兩者可相輔相成。不管使用哪一種配準方式，最終目的是為了CBCT圖像與計劃系統模擬CT圖像盡可能完全重合，所以確定選用何種配準方式應以配準后兩者圖像的重合程度為依據[9]。

IGRT是新型的、強有力的放療工具，可以提高放療的可靠性，提高放療的質量與安全性[10]。本研究只涉及IGRT其中的一種成像設備，即CBCT的圖像配準算法，而IGRT所涉及的每次成像設備和方法，在用于臨床治療前都需要進一步仔細研究驗證[11]。