螺旋斷層放療系統(tǒng)三種自動配準技術在頭頸部腫瘤治療擺位中的差異比較

王文保 劉 娟 楊 覓 周 霞 閆 婧★

頭頸部腫瘤是常見的惡性腫瘤之一，放射治療是主要的治療手段之一［1］。但由于頭頸部解剖結(jié)構(gòu)復雜，周圍有對放射線耐受差的重要組織器官，如脊髓、頸動脈、晶體等，放療過程中可能會產(chǎn)生一些不良反應或遠期并發(fā)癥，影響患者的生活質(zhì)量。隨著調(diào)強放射治療（Intensity Modulated Radiation Therapy，IMRT）和圖像引導放射治療（Image Guided Radiation Therapy，IGRT）的相繼出現(xiàn)，改善了頭頸部腫瘤患者的治療現(xiàn)狀。患者的生存率進一步提高，生活質(zhì)量有了明顯的改善［2-3］。螺旋斷層放射治療（Helical Tomotherapy，TOMO）是集IMRT和IGRT于一體的先進放療設備。TOMO是放射治療與圖像引導采用同一放射源，最大限度的減少了非同源圖像引導的誤差。TOMO的圖像引導有三種自動配準技術，分別是骨配準技術、骨與軟組織配準技術和全部像素配準技術。本文回顧性分析2015年3月至2017年12月在本科治療的20例頭頸部腫瘤患者，旨在比較螺旋斷層放射治療系統(tǒng)三種自動配準技術在頭頸部腫瘤治療擺位中的差異。

1 臨床資料

1.1 一般資料 20例頭頸部腫瘤患者中鼻咽癌14例，腦膠質(zhì)瘤3例，松果體腫瘤、聲門型喉癌、腮腺癌腦轉(zhuǎn)移各1例。男18例，女2例，年齡12～84歲，中位年齡47歲。患者一般情況較好，KPS評分≥70分。

1.2 方法 （1）定位CT掃描：利用PHILIPS螺旋CT進行模擬定位，碳纖維定位一體板，采用仰臥位，熱塑膜固定，所有患者均行增強掃描，掃描范圍從顱頂至硬腭水平或者鎖骨頭下緣，螺距1：1，層厚5mm。（2）制定治療計劃：遵循ICRU 報告［4-5］，放療醫(yī)師在Pinnacle3 9.10m三維計劃系統(tǒng)上勾畫靶區(qū)和危及器官，并設定處方劑量及分割方式、危及器官限量等，傳輸至TOMO計劃系統(tǒng)，物理師根據(jù)醫(yī)生對靶區(qū)劑量要求及危及器官的劑量限制，制定并優(yōu)化放療計劃，由高年資醫(yī)師確認放療計劃。（3）放射治療：圖像采集：按定位時體位擺好位置，在TOMO MVCT掃描界面，以定位重建的圖像為定位像，選取合適的掃描區(qū)域（一般為腫瘤靶區(qū)）行MVCT掃描。其中獲取螺距選擇Normal，重建層厚選2mm。配準過程：使用TOMO系統(tǒng)自動配準 MVCT圖像與計劃 CT 圖像時，選取骨配準、骨與軟組織配準和全部像素配準技術分別對MVCT圖像與定位 CT 圖像進行自動配準，配準完畢后數(shù)據(jù)顯示模塊自動顯示 X軸、Y軸、Z 軸、Roll方向上的擺位誤差值，并記錄。放射治療：手動配準MVCT圖像與定位CT圖像時，采取腫瘤作為配準參照物。在橫斷面、冠狀面、矢狀面 3 個分畫面中，通過反復調(diào)整模板位置和角度，主觀判斷模板上的解剖結(jié)構(gòu)與 MVCT圖像上相應解剖結(jié)構(gòu)是否獲得最佳重疊，檢查 MVCT圖像上腫塊是否被GTV 曲線完全包繞。最佳重疊后，認為配準完畢，數(shù)據(jù)顯示模塊自動顯示實際靶體積中心位置與定位 CT 掃描時靶體積中心位置在 X、Y、Z 、Roll方向上的誤差值，并記錄。

1.3 統(tǒng)計學方法 系統(tǒng)誤差為所有患者所有分次擺位誤差的平均值，隨機誤差為所有患者所有分次擺位誤差的標準差［6］。采用Excel表格進行統(tǒng)計學分析，擺位誤差大小以（s）表示，組間差異比較采用配對t檢驗，以 P＜0.05 為差異具有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

隨機選取20例患者中539組MVCT掃描圖像數(shù)據(jù)，所選數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布。手動配準技術及三種自動配準技術的擺位誤差比較見表1。

表1 骨配準技術與手動配準技術擺位誤差的差異比較［mm，］

表1 骨配準技術與手動配準技術擺位誤差的差異比較［mm，］

注：與手動配準技術比較，*P＜0.05，#P＜0.01

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3 討論

螺旋斷層放射治療作為IGRT的新技術，將加速器與兆伏級CT完美融合在一起，通過獲取MVCT圖像與定位CT圖像進行圖像配準，實現(xiàn)放射治療中在線實時糾正擺位誤差，保證治療精準度、劑量準確性，最終提高患者治療增益比。尤其是在周圍毗鄰有許多重要器官的頭頸部腫瘤患者的治療中發(fā)揮重要作用。

本資料通過對20例患者的539組MVCT掃描圖像數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，結(jié)果顯示：三種自動配準技術與手動配準技術比較，骨配準技術與手動配準技術相近度較高，在頭腳（Y軸）、前后（Z 軸）方向上不存在差異；在左右（X軸）、Y軸上的旋轉(zhuǎn)（Roll）方向上差異均有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。而骨與軟組織配準、全部像素配準技術除了在前后（Z軸）方向無統(tǒng)計學差異，其他方向上都存在明顯差異（P＜0.001）。

螺旋斷層放療系統(tǒng)的三種不同自動配準技術在頭頸部腫瘤的治療擺位中，骨配準技術相對于骨與軟組織配準技術和全部像素配準技術，體現(xiàn)出準確性更高、配準時間最短，工作效率最高。分析原因：（1）頭頸部解剖雖然復雜，但位置相對固定，尤其是骨性結(jié)構(gòu)。（2）TOMO系統(tǒng)的三種自動配準技術，配準時是以CT圖像的像素值范圍為配準標準。骨配準技術（＞1.1g/cm3的像素）、骨與軟組織配準技術（＞0.3g/cm3的像素）和全部像素配準技術（全部像素），選取的像素范圍越大，配準精確度越低。（3）放射治療師在擺位時對患者的搬動，對X軸影響最大，外加TOMO的治療床對Z軸方向上有一個較好的位置記憶校準，故而三種配準技術在Z 軸方向上，三種自動配準技術與手動配準技術比較差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。

頭頸部患者放療擺位總體具有重復性較好、擺位誤差小等特點，但仍存在部分誤差超出臨床允許范圍的現(xiàn)象［7］。所以實時的在線MVCT位置驗證是必須的，雖然骨與軟組織、全部像素不如骨配準，但是對于頭頸部大腫塊患者的驗證，必須以腫塊（軟組織）為配準參照物，骨配準技術就不是首選。并且自動配準以后都必須引入手動配準環(huán)節(jié)，以手動配準為最終的治療結(jié)果。

在放射治療中，影響治療精準度的因素主要是擺位誤差和劑量分布。擺位誤差是客觀存在的，放療過程中應盡可能最小化。TOMO系統(tǒng)每次治療前進行MVCT 掃描，通過圖像自動引導結(jié)合人工配準方式可以量化地提高擺位的精度［8］。既往研究表明［9-10］：螺旋斷層放療使其腫瘤劑量更準確，腫瘤區(qū)域內(nèi)劑量分布更均勻、劑量梯度變化更小，危及器官得到更好的保護。

綜上所述，螺旋斷層放療中IGRT的應用可以顯著縮小頭頸部腫瘤放療中分次間的擺位誤差，作為在線圖像引導的放療工具，其在精確放療中具有積極意義。