4D-CBCT在臨床中的應用

張瑋婷

福建醫科大學附屬龍巖第一醫院，福建省龍巖市 364000

隨著現代影像科技、計算機技術、高精度機械控制技術的高速發展，目前放射治療從技術上步入了精確放療時代，從常規2D放療發展到三維適形、調強放療以及立體定向放療[1]。這些技術在提高放療精準性的同時，由于其具有劑量分布適形，體位固定重復性要求高的特點，要求在治療前進行精準擺位驗證，所以必須借助影像引導，從實際治療上提高腫瘤放療精準性[2]。

圖像引導放療(IGRT)是指在治療擺位時采集圖像，利用這些圖像，引導此次以及后續分次治療的技術[3]。IGRT的方式多樣，傳統的IGRT設備是在直線加速器上安裝兆伏級電子射野影像裝置(EPID)，近年來發展起來的機載錐形束CT是將CBCT平板探測器的讀書裝置和探測器結合在一起，提高了空間分辨率和密度分辨率，可以更直觀、精確、方便地計算擺位誤差[4]。

我科現有的醫科達Synergy直線加速器機載千伏級四維錐形束CT(4D-CBCT)，在錐形束CT的基礎上加入了時間變量因素，能夠采集和顯示整個呼吸周期中腫瘤和解剖結構的位置，并追蹤腫瘤位于完整呼吸相位中的最長停滯階段，考慮了時間加權平均因素，對擺位校準作出決策。尤其適用于受呼吸影響運動幅度大、目標腫瘤逃出計劃靶區的概率大、容易影響放療效果的胸部腫瘤類型。

本文研究測試了4D-CBCT在圖像掃描和重建、圖像配準、使用耗時方面，不同條件下的臨床應用的配準效果，探討4D-CBCT更為合理的臨床應用方法。

1 圖像掃描和重建

肺癌患者擺位后，于放療前行4D-CBCT掃描。掃描參數為電壓120kV，電流40mA，脈沖時間14ms，準直器S20，過濾器F0。

4D-CBCT的圖像重建只能選擇低分辨率重建和中分辨率重建，從實際測試結果來看，4D-CBCT低分辨率重建耗時25s，中分辨率重建耗時50s，兩種分辨率的重建效果和配準結果如圖1、圖2所示。

A B

圖1不同分辨率重建效果圖

A:低分辨率重建效果 B:中分辨率重建效果

A B

圖2不同分辨率重建的配準結果

A:低分辨率配準結果 B:中分辨率配準結果；各方向配準結果值見圖右下角Lat(左右)、Long(頭腳)、Vert(前后)

如圖所示，4D-CBCT低分辨率和中分辨率重建得出患者左右、頭腳、前后三個方向的配準結果分別為0.37、-0.33、0.16和0.37、-0.33、0.17，配準結果基本沒差別。綜上，考慮到應在治療時盡量縮短時間以保證患者耐受性和舒適性，4D-CBCT臨床在線校準更適合采用低分辨率圖像重建方式。

此外，普通CBCT的圖像重建可以選擇低分辨率重建、中分辨率重建、高分辨率重建三種方法。測試三種分辨率選擇對配準結果和適用性體會如下：高分辨率重建時間82s，中分辨率重建時間48s，配準結果基本沒差別。低分辨率重建方式重建時間短、但圖像質量差；高分辨率重建圖像質量高，但重建需要時間長，推薦作為離線分析使用；中分辨率重建的圖像質量既能滿足匹配需求，時間也短，最適合在線配準；中、高分辨率重建方式對匹配結果的影響沒有明顯差別。所以普通的CBCT的在線校準更建議使用中分辨率重建方式。

2 圖像配準

在掃描和重建后的圖像中手動拉取三維配準框，并選取配準方式，對重建獲得的4D-CBCT影像與計劃CT影像進行配準。在三維配準框的選擇上，經測試，三維配準框的選擇范圍不同對配準結果有影響。尤其是選擇不合適的配準框，配準結果的差異很大，如圖3所示，分別為配準框太小、配準框沒有包括靶區，配準框位置較偏的配準結果。而配準框包括靶區外擴5cm、配準框包括靶區及周圍骨結構，二者的配準結果比較相近，經臨床醫生檢驗，配準結果也比較準確，如圖4所示。

A B C

圖3三種不合適三維配準框得出的配準結果

A:配準框太小 B:配準框沒有包括靶區 C:配準框位置較偏

A B

圖4兩種正確的三維配準框得出的配準結果

A:配準框包括靶區外擴5cm B:配準框包括靶區及周圍骨結構

所以，在4D-CBCT圖像配準前一定要調整配準框范圍，至少包括PTV范圍，并在三維上各外放5cm以上，如果腫瘤與附近骨結構相對位置固定，也要包括這些骨結構。

此外，在配準方式的選擇上，如果腫瘤與附近骨結構相對位置固定，可以選擇骨配準；如果是肺內孤立性病灶，選擇灰度配準效果好；一般選擇灰度配準[5]。

4D-CBCT最終給出一個呼吸周期中的10幅不同呼吸狀態的掃描圖像，經過三維配準框配準、靶區配準，使得4D-CBCT圖像上靶區及周圍正常器官的解剖結構在水平位、冠狀位、矢狀位上與定位圖像上的相應解剖結構獲得最佳重疊，由此得出患者實際的靶中心位置與治療計劃靶中心位置在三維方向的偏差數值，即為左右(LR)、頭腳(SI)、和前后(AP)3個方向上的擺位誤差。可動態觀察10個呼吸狀態下的10組擺位誤差，并通過時間加權平均，得出最終臨床執行的平均擺位誤差。通過機載HexalPOD光學跟蹤系統及引導軟件進行在線擺位校準。

3 使用耗時

4D-CBCT在錐形束CT的基礎上加入了時間變量因素，而據報道，普通CBCT所獲得的圖像內包含數個呼吸周期的運動圖像，在受呼吸運動影響大的胸部腫瘤放療前影像引導方式的選擇上，筆者測量了正常在線校準使用CBCT(中分辨率圖像重建)、4D-CBCT(低分辨率圖像重建)時，二者各部分的使用耗時，結果如表1。

表1 CBCT和4D-CBCT使用耗時測量結果(s)

4D-CBCT使用時間僅比CBCT多62s，雖然同時給患者帶來了略多一些的附加劑量。但4D-CBCT能觀察呼吸完整時相內，10幅不同呼吸狀態的擺位誤差結果，確保不出現靶區“漏照”與“脫靶”的情況，從而提高放療精確度和確保放療療效，依據放療總目標來說，這種獲益相對于風險更有價值。所以，針對胸部腫瘤放療，均選擇采用4D-CBCT掃描和配準。

綜上，通過對4D-CBCT在圖像掃描和重建、圖像配準、使用耗時方面，不同條件下的測試，細化了我科4D-CBCT的臨床使用方法，提高了我科人員對于4D-CBCT的應用熟悉程度，由此應用于胸部腫瘤患者的放療前影像引導，能夠進一步提高放療精度，提高放療療效，對臨床指導精確放療具有實際意義。