兆伏級扇形束CT在頭頸部腫瘤放射治療中的掃描策略研究

管 秋 劉 楠 連 欣 李 楠 姜 斐 邱 杰* 張福泉

目前，圖像引導放射治療已廣泛應用于腫瘤放射治療中，通過獲取治療前病變部位的圖像，并與計劃圖像進行對比、修正擺位誤差、體內器官移動及腫瘤退縮等原因造成的位置偏差來保證放射治療的精確[1-5]。頭頸部解剖結構復雜，腫瘤放射治療中存在靶區周圍危及器官較多的問題，照射位置偏差可能造成腫瘤控制率下降及正常組織副反應增加[6-8]。螺旋斷層放射治療(helical-Tomotherapy，HT)系統利用扇形束兆伏級CT(megavoltage computed tomography，MVCT)圖像引導，追蹤靶區的位置，修正擺位誤差與體內器官運動，在提高靶區劑量的同時最大限度的保護正常器官[9]。然而，MVCT掃描條件的設定無明確規范，層厚、范圍選擇及配準方法存在個體差異，參數的設定會影響臨床治療效率、患者耐受性及正常組織接受的低劑量輻射[10-12]。為此，本研究對頭頸部腫瘤不同掃描條件下得到的配準結果進行分析，以期得到適合臨床使用的掃描條件。

1 材料與方法

1.1 一般資料

選取2015年1-7月期間就診于北京協和醫院放療科的11例頭頸部腫瘤患者，其中男性7例，女性4例；年齡20～77歲，平均年齡(51±17)歲；11例患者中鼻咽癌患者3例，垂體瘤患者3例，鼻竇癌患者2例，下咽癌、喉癌和鼻腔橫紋肌肉瘤患者各1例。所有患者均采用HT系統治療，并進行MVCT掃描條件的前瞻性研究。所有患者均簽署知情同意書。

1.2 納入與排除標準

(1)納入標準：①頭頸部腫瘤患者；②采用螺旋斷層放射治療系統進行治療；③卡氏(性能)評分量表(Karnofsky performance scale，KPS)評分＞60分的成年患者。

(2)排除標準：①KPS評分＜60分的體弱患者；②有幽閉恐懼、憋氣癥狀的患者；③無法配合長時間治療的患者。

1.3 儀器與材料

采用BigBore型大孔徑CT模擬機(荷蘭飛利浦公司)定位獲取患者定位圖像，傳輸至TomoTherapy計劃工作站(美國ACCURAY公司)進行計劃設計，計劃驗證通過后采用HI-ART螺旋斷層放射治療系統(美國ACCURAY公司)進行治療。

1.4 檢查方法

(1)體位。患者取仰臥位，采用大孔徑CT模擬機定位，3 mm層厚增強掃描。對3例垂體瘤患者采用碳纖維頭托及頭部熱塑面網固定，其余8例患者采用碳纖維頭頸肩固定板及頭頸肩熱塑網膜固定。

(2)掃描范圍。對于垂體瘤患者，MVCT掃描范圍從顱底至硬腭；對鼻咽癌、鼻竇癌等長靶區患者，MVCT掃描范圍分3類：①全部掃描計劃靶區(planning target volume，PTV)，掃描上界為顱底，下界為鎖骨上；②上段掃描，掃描上界為顱底，下界為下頦；③下段掃描，掃描上界為喉，下界為鎖骨上。

(3)層厚選擇。MVCT掃描層厚選擇為：①垂體瘤患者采用2 mm(細)、4 mm(正常)和6 mm(粗)3種條件交替掃描；②鼻咽癌、鼻竇癌等長靶區患者采用4 mm(正常)和6 mm(粗)2種條件交替掃描。

1.5 觀察與評價指標

頭頸部腫瘤患者進行MVCT掃描時，采用不同的掃描層厚與掃描范圍組合，分別得到橫向(lateral，Lat)患者左右方向、縱向(longitudinal，Lng)患者進出床方向、垂直(vertical，Vrt)患者升降床方向和旋轉(rotational，Roll)4個方向相應的位置修正結果，對4個方向修正結果進行對比分析，觀察采用不同掃描條件其結果是否存在統計學差異、掃描條件的不同對圖像質量的影響以及掃描條件不同造成掃描時間的差異對患者耐受性和治療效率的影響。

1.6 統計學方法

采用SPSS 19.0軟件對11例患者的MVCT配準結果進行數據分析處理，計量資料以均數±標準差(x-±s)表示，組間比較采用配對樣本t檢驗進行分析，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 鼻咽癌及鼻竇癌等長靶區不同掃描條件配準分析

(1)在鼻咽癌及鼻竇癌等長靶區的5例患者中，當MVCT配準范圍為顱底-下頦，掃描層厚分別為4 mm和6 mm時，配準結果在Lat、Lng、Vrt和Roll的4個方向的偏差平均值、t值及P值采用不同層厚掃描得到的配準結果差異無統計學意義(t=0.67，t=-1.69，t=0.93，t=0.89；P＞0.05)，見表1。

表1 五例鼻咽癌及鼻竇癌患者MVCT掃描范圍為顱底-下頦時掃描層厚配準比較(x-±s)

(2)當配準范圍為喉-鎖骨上時，4個方向采用4 mm和6 mm不同層厚時所得配準結果差異無統計學意義(t=-0.62，t=-1.55，t=1.76，t=-1.20；P＞0.05)，見表2。

(3)通過以上對比發現，選用不同掃描層厚時，相同配準部位的MVCT在4個方向的配準結果無明顯統計學差異。去除層厚因素，將顱底-下頦(上段)的配準結果與喉-鎖骨上(下段)的配準結果進行對比發現，對于鼻咽癌這樣的長靶區腫瘤，當選擇上段、下段兩個不同的部位進行配準時，顱底-下頦與喉-鎖骨上的配準結果在LatA、Vrt和Roll的3個方向差異有統計學意義(t=-5.48，t=-2.56，t=-3.82；P＜0.05)，見表3。

表2 五例鼻咽癌及鼻竇癌患者MVCT掃描范圍為喉-鎖骨上時掃描層厚配準比較(x-±s)

表3 五例鼻咽癌及鼻竇癌患者MVCT顱底-下頦與喉-鎖骨上不同掃描范圍的配準結果比較(x-±s)

2.2 垂體瘤患者不同掃描條件配準結果分析

(1)在3例垂體瘤患者不同掃描條件配準中，當患者MVCT的掃描范圍相同(上界為顱底，下界為硬腭)，設置2 mm、4 mm和6 mm的3種不同掃描層厚進行掃描，并對不同條件得到的配準結果進行分析發現，在Lat、Lng、Vrt和Roll的4個方向采用3種不同掃描層厚得到的配準結果中均無差異。

(2)層厚2 mm與4 mm比較。在Lat、Lng、Vrt和Roll的4個方向采用2 mm與4 mm掃描層厚得到的配準，其差異無統計學意義(t=0.23，t=0.57，t=0.27，t=-1.65；P＞0.05)，見表4。

表4 三例垂體瘤患者MVCT相同掃描范圍2 mm與4 mm掃描層厚配準比較(x-±s)

(3)層厚2 mm與6 mm比較。在Lat、Lng、Vrt和Roll的4個方向采用2 mm與6 mm掃描層厚得到的配準，其差異無統計學意義(t=-0.25，t=0.62，t=0.81，t=-1.04；P＞0.05)，見表5。

表5 三例垂體瘤患者MVCT相同掃描范圍2 mm與6 mm掃描層厚配準比較(x-±s)

(4)層厚4 mm與6 mm比較。在Lat、Lng、Vrt和Roll的4個方向采用2 mm與6 mm掃描層厚得到的配準，其差異無統計學意義(t=0.03，t=-0.36，t=0.56，t=-1.22；P＞0.05)，見表6。

表6 三例垂體瘤患者MVCT相同掃描范圍4 mm與6 mm掃描層厚配準比較(x-±s)

2.3 垂體瘤患者相同掃描層厚不同掃描范圍配準比較

對3例垂體瘤患者選用6 mm層厚掃描，當患者MVCT的相同掃描層厚、掃描范圍分別為顱底-硬腭和PTV兩種不同長度時，配準結果在Lat、Lng、Vrt和Roll的4個方向偏差平均值、t值及P值，采用兩種不同掃描范圍得到的配準結果差異無統計學意義(t=1.28，t=-0.89，t=-1.63，t=0.72；P＞0.05)，見表7。

表7 三例垂體瘤患者MVCT掃描層厚為6 mm的不同掃描范圍配準比較(x-±s)

表9 MVCT不同掃描條件所需掃描時長與治療時長比較(s，x-±s)

2.4 垂體瘤患者MVCT最優與最劣掃描條件配準比較

對3例垂體瘤患者采用最優掃描條件(掃描層厚2 mm，掃描范圍顱底-硬腭)與最劣掃描條件(掃描層厚6 mm，短掃描范圍只包括PTV)得到Lat、Lng、Vrt和Roll的4個方向的偏差值，其配準結果比較差異均無統計學意義(t=1.61，t=-0.28，t=-0.87，t=-0.66；P＞0.05)，見表8。

表8 垂體瘤患者MVCT最優與最劣掃描條件配準結果比較(x-±s)

2.5 MVCT不同掃描條件所需掃描時長比較

頭頸部腫瘤MVCT采用不同掃描范圍、掃描層厚所需要的掃描時長與治療時長比較，鼻咽癌所需治療時長為(448±76)s； 垂體瘤所需治療時長為(216±75)s，見表9。

2.6 掃描條件對圖像質量的影響

對于垂體瘤患者，雖然采用優、劣掃描條件得到的配準結果無統計學差異，但MVCT圖像隨掃描條件變差導致相關解剖結構缺失，圖像噪點增加、分辨力下降，器官組織、病灶邊界及位置辨別困難。自動配準功能準確性下降，臨床醫生的配準難度增加，所有這些因素都會造成配準時間的增加。因此，推薦垂體瘤患者使用2 mm或4 mm的掃描層厚，掃描范圍至少包括顱底-硬腭，以方便臨床醫生的配準(如圖1所示)。

3 討論

圖1 垂體瘤患者MVCT不同掃描層厚對比圖像

對于鼻咽癌、鼻竇癌等靶區較長的患者，進行MVCT時選用不同的掃描層厚，對配準結果無影響，不同層厚的配準結果在Lat、Lng、Vrt和Roll的4個方向均無統計學差異。但選擇較寬的掃描層厚能明顯縮短掃描時長，如鼻咽癌患者MVCT掃描范圍全掃PTV(顱底至鎖骨上)，采用2 mm的掃描層厚，平均掃描時長可達(546±60)s，而治療時長為(448±76)s，掃描時長甚至超過治療時長，極大降低了患者的耐受性；如果采用4 mm的掃描層厚，掃描時長可減少到(280±30)s；當采用6 mm的掃描層厚時，掃描時長可縮短到(191±25)s。在保證配準結果無明顯統計學差異的前提下，采用寬層厚掃描，可極大縮短掃描時間，改善患者的舒適度及耐受性，明顯提高治療效率。

本研究治療靶區較長患者，選擇不同的配準區域，配準結果具有明顯統計學差異。如鼻咽癌患者選擇上段(顱底-下頦)的配準結果與下段(喉-鎖骨上)的配準結果進行對比，在Lat、Lng、Vrt和Roll的4個方向有明顯統計學差異，這與靶區較長有必然聯系。在本研究的病例中，患者PTV在頭腳方向長度最長可達24 cm，擺位過程中靶區長軸方向及旋轉方向不能很好的重復定位狀態，從而造成靶區上、下段在左右方向及旋轉方向的位置差異。為減少此種現象的發生，可在CT定位時，于患者胸部勾畫頭頸肩熱塑網膜左右標記線的延長線，以及在患者兩側腋下勾畫升床線幫助治療擺位，減小擺位誤差。

在本研究中，對于垂體瘤等靶區較短的患者，采用不同的掃描層厚及掃描范圍進行MVCT掃描時，配準結果并未發現明顯統計學差異，這與頭部腫瘤患者采用熱塑固定網膜、擺位固定后頭部移動范圍小有關。采用最優掃描條件為層厚2 mm，掃描范圍顱底-硬腭，所需時間為(199±26)s，而垂體瘤患者平均治療時長為(216±75)s，該例垂體瘤患者驗證加治療總的時間為6～9 min，患者總體耐受性較好，當掃描層厚增加、掃描范圍減少時，掃描時間能進一步縮短。

頭頸部患者治療前，通過兆伏級的扇形束CT掃描，可修正靶區的位置偏差，尤其是由于擺位誤差和治療床沉降引起的位置偏差，患者首次治療前進行圖像引導并獲取床值后，后期治療中MVCT配準偏差值非常小。Shah等[13]對患者MVCT受量及掃描層厚對劑量的影響進行研究；Vaandering等[11]及Zendan等[14]對MVCT掃描頻次進行了相關研究，Moldovan等[15]對MVCT鉛門寬度、螺距對治療時間的影響進行研究，均對調整掃描條件進而減少患者受量、提高治療效率提出建議，針對患者體重變化、腫瘤退縮等因素，對掃描頻次及配準方式進行研究。

通過對螺旋斷層治療中MVCT不同掃描條件設置的研究，找出了適合頭頸部腫瘤患者的掃描方式，在保證配準結果準確性的同時，提高患者的舒適度、耐受性及治療效率。

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