鼻咽癌圖像引導放射治療配準方法對體位校正的影響

羅劍鋒 劉美蓮 馮凱華

臨床上對腫瘤患者予以放射治療過程中，擺位誤差會對放射治療的精確度產生一定程度上的影響，從而可能導致放射治療療效的降低，尤其是隨著近年來調強放射治療在臨床上的應用日益廣泛，對擺位誤差的控制以及定量分析具有極其重要的臨床意義[1]。為了有效提高擺位準確性，影像引導放射治療的理念開始被提出，通常是將患者與模擬機房或加速器機房中所拍攝得到的定位片與計劃系統生成的數字重建影像進行配準，從而有利于指導醫務人員對患者的體位以及射野進行校正[2]。然而，該方式具有操作復雜、重復性較差以及誤差較大等缺陷，存在一定的局限性。

隨著醫療水平的不斷進步，電子射野影像系統逐漸應用于臨床中，顯著提高了工作效率，且能對患者治療狀態下的射野形狀正確性進行實時分析，同時可快速分辨患者擺位的正確與否[3]。但另有研究報道顯示，電子射野影像系統與CT數字重建進行配準時雖然可通過對其窗寬窗位進行調整，從而使得兩者較佳理想的狀態，但依舊存在一定程度的圖像差異，而該種差異則會直接影響醫師對患者特征解剖部位的勾畫，進一步導致誤差的發生[4]。鑒于此，本研究通過對鼻咽癌圖像引導放射治療時不同配準方法對體位校正的影響進行分析，為臨床鼻咽癌患者圖像引導放射治療時的擺位提供具有參考價值的誤差數據。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選取2016年5月至2017年5月桂林醫學院附屬醫院收治的40例鼻咽癌患者，其中男性29例，女性11例；年齡30～74歲，平均年齡(48.3±10.5)歲。按照隨機數字法將其分為4組，即自動圖像配準組、自動椎體中點配準組、手動圖像配準組以及手動椎體中點配準組，每組10例。所有患者均行圖像引導放射治療，收集此過程中所獲取的52對電子射野影像，以及計劃系統生成的數字重建圖像。4組患者分別采用4種不同配準方法進行配準分析，其中自動圖像配準組待系統自動選擇窗寬窗位后予以圖像灰度配準；自動椎體中點配準組待系統自動選擇窗寬窗位后，選擇第一頸椎體前緣中點為配準點予以自動配準；手動圖像配準組在自動圖像配準組的基礎上采用手動調節窗寬窗位并予以圖像灰度配準；手動椎體中點配準組在自動椎體中點配準組的基礎上采用手動調節窗寬窗位并選擇第一頸椎體前緣中點為配準點予以自動配準。分別記錄4種不同配準方法下所得靶區在X軸以及Y軸方向上的擺位誤差情況。分別記錄4組不同配準方法下所得靶區在X軸以及Y軸方向上的擺位誤差情況。所有患者對本次研究均知情并簽署了同意書，且經醫院倫理委員會批準。

1.2 納入與排除標準

(1)納入標準：①所有患者均經病理診斷確診為鼻咽癌；②均于Varian Clinac 23EX型醫用電子直線加速器上行圖像引導放射治療；③具有完整的臨床影像學資料[5-6]。

(2)排除標準：不愿意參加本次研究的患者。

1.3 儀器設備

Clinac 23EX型醫用電子直線加速器(美國Varian公司)；16排CT(美國GE公司)；模擬定位機(日本Toshiba)。

1.4 檢測方法

所有患者先于模擬定位機房接受熱塑面罩固定，隨后采用16排CT進行掃描，獲取放射治療時所需的CT圖像，并將CT圖像傳輸至計劃系統中進行90°和270°面頸聯合不規則野設計，并生成與之對應的射野數字重建圖像。然后將放射治療計劃傳輸給加速器控制電腦，嚴格按照計劃設計予以患者擺位和照射。采用電子射野影像裝置雙曝光法對患者治療體位的射野照射區域以及外擴4 cm的周邊組織結構圖像進行拍攝，獲取側位定位片以及相對應的角度CT數字重建片，總共52對。其中三維適形調強放射的治療參數：選擇Varian 23EX放射源，帶80葉多葉光柵，以Sliding window方式進行調強照射，第1階段劑量為56～60 Gy，復查CT，將縮野加量到鼻咽部劑量70～78 Gy，其中位劑量為70 Gy。對頸部存在淋巴結腫大的患者，設置劑量為60～70 Gy；對頸部無淋巴結腫大的患者，給予預防照射劑量為56 Gy。

1.5 研究方法

研究過程中4組不同的配準方法進行配準分析，自動圖像配準組采用Clinac 23EX的Varis網絡系統工作平臺，自動選擇窗寬窗位，并嚴格根據軟件操作說明書的指示，對CT數字重建推向以及電子射野影像裝置推向進行灰度配準；自動椎體中點配準組自動選擇窗寬窗位，根據醫師自身臨床經驗選擇第一頸椎體前緣中點為配準點予以自動配準；手動圖像配準組在自動圖像配準組方法的基礎上，采用手動調節窗寬窗位并予以圖像灰度配準；手動椎體中點配準組在自動椎體中點配準組方法的基礎上采用手動調節窗寬窗位并選擇第一頸椎體前緣中點為配準點予以自動配準。

1.6 觀察指標

分別對比4組不同配準方法下所得靶區在X軸以及Y軸方向上的擺位誤差情況。

1.7 統計學方法

使用SPSS 20.0軟件實施檢測，計算4組數據的均值以及標準差，并將自動圖像配準組和自動椎體中點配準組、自動圖像配準組和手動圖像配準組、自動椎體中點配準組和手動椎體中點配準組、手動圖像配準組和手動椎體中點配準組方法所得的靶區在X軸以及Y軸方向上的擺位誤差分別予以配對樣本t檢驗，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 四組靶區在X軸與Y軸方向上的擺位誤差均值以及標準差情況對比

自動圖像配準組配準方法的靶區在X軸與Y軸方向上的擺位誤差均值以及標準差分別為(1.0±3.8)mm和(-1.5±0.3)mm；自動椎體中點配準組配準方法的靶區在X軸與Y軸方向上的擺位誤差均值以及標準差分別為(-1.1±4.6)mm和(-4.5±4.7)mm；手動圖像配準組配準方法的靶區在X軸與Y軸方向上的擺位誤差均值以及標準差分別為(1.4±3.1)mm和(-1.9±4.4)mm；手動椎體中點配準組配準方法的靶區在X軸與Y軸方向上的擺位誤差均值以及標準差分別為(1.8±3.2)mm和(-3.0±3.8)mm，見表1。

表1 四組X軸與Y軸方向上的擺位誤差均值以及標準差情況對比(mm，±s)

表1 四組X軸與Y軸方向上的擺位誤差均值以及標準差情況對比(mm，±s)

組別 例數 X軸方向上的位移 Y軸方向上的位移自動圖像配準組 10 1.0±3.8 -1.5±0.3自動椎體中點配準組 10 -1.1±4.6 -4.5±4.7手動圖像配準組 10 1.4±3.1 -1.9±4.4手動椎體中點配準組 10 1.8±3.2 -3.0±3.8

2.2 四組靶區在X軸與Y軸方向上的擺位誤差統計學分析結果

自動圖像配準組與自動椎體中點配準組的靶區在X軸與Y軸方向上的擺位誤差對比，差異均有統計學意義(t=3.572，t=5.719；P＜0.05)；自動椎體中點配準組與手動椎體中點配準組的靶區在X軸與Y軸方向上的擺位誤差對比，差異均有統計學意義(t=-4.502，t=-2.916；P＜0.05)，見表2。

表2 四組靶區在X軸與Y軸方向上的擺位誤差統計學分析結果

3 討論

近年來，隨著三維適形以及調強放射治療技術在臨床中的應用不斷普及，對放射治療擺位精度的要求也逐漸提高[7-8]。有研究顯示，在臨床放射治療中，如擺位出現誤差，則會出現“失之毫厘謬以千里”的結局，將導致患者部分靶區無法得到有效的放射劑量，或高劑量靶區部分落在了危險器官以及正常組織區域，從而對臨床放射治療療效產生極為不利的影響，甚至會對患者造成不必要的損傷[9-10]。由此，為了有效提高擺位的精準度，臨床上開始提出影像引導放射治療的理念，其中主要是指通過放射治療前擺位時或治療過程中收集患者身體結構圖像，并與計劃設計生成的CT數字重建圖像進行對比，從而指導擺位的糾正、射束調整或計劃的糾正，使患者所接受的放射劑量更精準[11-12]。其中對于頭頸部放射治療來說，重要組織和器官相對比較密集，且存在較大的個體差異，因此促進了更為清晰的X射線圖像技術在放射治療體位矯正中的應用。另有研究顯示：在臨床治療中，如何在有限的時間中快速準確地完成在線校正擺位誤差，對放射治療療效具有極其重要的意義[13-14]。而電子射野影像裝置是臨床上開發最早、使用最為簡便的一種影像引導裝置，且技術相對成熟，性價比較高。

本研究發現，4種不同配準方法所得到的靶區在X軸方向上的擺位誤差均數以及標準差較小，表明了在擺位過程中，升降床位所帶來的擺位誤差不明顯。但靶區在Y軸上的位移方向均為負方向，提示了在圖像引導放射治療時可能存在擺位操作的習慣性誤差，而機器與軟件系統亦可能存在系統誤差。與此同時，本研究結果發現，四種不同配準方法所得到的Y軸方向上的擺位誤差均數以及標準差存在顯著差異，且自動椎體中點配準組中的擺位誤差均數以及標準差高于其他3組，表明了在放射治療擺位時患者躺在病床上的位置以及醫師進行的在線校正對擺位誤差具有顯著的影響。其中袁奉金等[15]及蔣璐等[16]的研究報道認為，不同的患者存在個體差異，因此治療在計劃設計以及擺位校正過程中均應考慮該因素，對于不同的患者，盡可能地采用個體化的方式進行擺位校正。此外，自動圖像配準組與自動椎體中點配準組的靶區在X軸與Y軸方向上的擺位誤差對比，差異均有統計學意義；自動椎體中點配準組與手動椎體中點配準組的靶區在X軸與Y軸方向上的擺位誤差對比，差異均有統計學意義，提示了單純地采用灰度骨性比較和結合醫師自身經驗選擇兩種校正方法，在影像質量限定的情況下配準結果存在顯著差異[17-18]。而當有影像軟件幫助時，可有效改善配準結果，但僅根據軟件操作說明書的指示進行灰度配準時，即使床寬床位得到有效調整，也無法有效改善配準結果。本研究認為，電子射野影像裝置所拍攝的擺位圖像屬于兆伏級X射線圖像，其對空氣以及軟組織的分辨率較差，單獨根據骨性結構的灰度對比予以配準，會導致配準精度以及所需要的時間受多種因素影響，甚至發生錯誤的配準。此外，與蝶竇以及斜坡等解剖結構相比較，第一頸椎受窗寬窗位的影響較小，且無需花費太多的時間進行調節，可較為準確地進行配準[19]。另有研究報道，先進的影像學技術可有效提高醫療質量，但完全依賴硬件顯然是不可取的，醫療經驗仍是影響擺位誤差的重要因素，值得臨床重視[20]。

鼻咽癌患者進行圖像引導放射治療時，不同配準方法對體位校正的影響存在明顯差異，其中以第一頸椎椎體前緣中心為圖像配準參考點的效果最佳，值得臨床推廣應用。