CBCT與CTVision圖像引導放射治療技術在鼻咽癌放射治療擺位誤差校正中的應用差異

高 路 劉青峰 謝克北 王億龍

鼻咽癌是我國華南地區(qū)的一種常見惡性腫瘤，目前臨床多采取放射治療的方式，但在鼻咽癌患者放射治療期間，雖可采取個體化頭枕、真空墊或熱塑性面罩等多種體位固定裝置進行體位固定，但在患者分次放射治療過程中容易存在體位擺位誤差等問題[1]。放射治療過程的質(zhì)量控制離不開準確監(jiān)測及分析糾正患者體位擺位誤差，而采用圖像引導放射治療技術是目前有效解決擺位誤差的主要方法[2]。圖像引導放射治療技術包括滑軌CT加速器系統(tǒng)(CTVision)[3]、千伏級正交X射線[4]、千伏級錐形束CT(cone-beam computed tomography，CBCT)[5]、兆伏級CBCT[6]、兆伏級電子射野影像系統(tǒng)[7]等。本研究選取中國醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院放療科40例行調(diào)強放射治療的鼻咽癌患者，旨在比較機載的千伏級CBCT與CTVision在鼻咽癌患者放射治療期間擺位誤差校正中的應用差異。

1 資料與方法

1.1 一般資料

方便選取2017年1月至2018年6月中國醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院放療科40例鼻咽癌患者，均行首程調(diào)強放射治療，將采取CTVision圖像引導放射治療技術的患者納入對照組，采取千伏級CBCT圖像引導放射治療技術的患者納入觀察組，每組20例，對照組中男性14例，女性6例；年齡43～63歲，平均年齡(46.97±10.14)歲；分期為Ⅰ期3例，Ⅱ期5例，Ⅲ期5例，Ⅳ期7例。觀察組中男性12例，女性8例；年齡45～65歲，平均年齡(45.06±9.13)歲；分期為Ⅰ期2例，Ⅱ期7例，Ⅲ期6例，Ⅳ期5例。兩組患者性別、年齡及分期的比較，差異均無統(tǒng)計學意義，具有可比性。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會批準，所有患者均自愿接受放射治療且簽署知情同意書。

1.2 納入與排除標準

(1)納入標準:①所有病例均符合鼻咽癌診斷標準；②患者均無造影劑過敏史；③所有患者均簽署知情同意書。

(2)排除標準:①腫瘤遠處轉(zhuǎn)移者；②患有嚴重心臟疾病及臟器功能障礙者；③曾經(jīng)接受放化療治療患者。

1.3 儀器設備

Somatom Sensation Open型CTVision(德國，西門子公司)；千伏級Elekta-Synergy直線加速器CBCT(醫(yī)科達公司)。

1.4 診斷方法

(1)計劃CT圖像的獲取:患者取仰臥位，采用全碳素纖維底板及“U”型熱塑性面罩進行頭枕固定。根據(jù)體位固定要求，經(jīng)大孔徑CT行定位掃描，以頭頂至鎖骨頭下2 cm為掃描范圍，矩陣512×512，層厚3 mm。經(jīng)網(wǎng)絡將CT圖像傳輸至Pinnacle放射治療計劃系統(tǒng)，根據(jù)國際輻射單位與測量委員會(International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU)50號和62號文件原則勾畫靶區(qū)和重要器官:由物理師對調(diào)強放射治療計劃進行方案設計。

(2)放射治療圖像的獲取及分析:在患者初次放射治療前，在放射治療體位下對照組行CTVision圖像引導體位校正，觀察組行機載的千伏級CBCT圖像引導體位校正，其后1次/周，共6次。CT掃描范圍及層厚與放射治療前計劃CT相同。基準圖像為初次放射治療前行CT引導體位校正所獲的CT圖像，由醫(yī)院2名資深的技師對兩組患者放射治療前及放射治療體位驗證時進行擺位操作。

(3)CT圖像的重建:分別對兩組患者所獲的CT圖像進行重建，層厚3 mm。采用骨性自動灰度配準所獲的CT圖像與CT基準圖像，如果配準偏差較大，則由醫(yī)院2名臨床醫(yī)生進行人工配準校正，并采用自動灰度配準所獲的CT圖像與CT基準圖像。

(4)擺位誤差的確定:對擺位誤差三維坐標系進行構建，其中坐標原點為計劃中心點，X軸為左右方向(左側為負，右側為正)，Y軸為頭足方向(足側為負，頭側為正)，Z軸為腹背方向(背側為負，腹側為正)，以獲得兩組患者在各個方向上的擺位誤差值。

(5)外擴邊界的確定:在對臨床靶區(qū)外放邊界進行計算時應賦予不同權重，需考慮到隨機誤差及系統(tǒng)誤差對臨床靶區(qū)外放邊界的貢獻不同。采用Van-Herk等[9]提出的腫瘤放射治療計劃靶區(qū)外放(M計劃靶區(qū))公式，其計算為公式1:

式中∑為群體化系統(tǒng)誤差，σ為群體化隨機誤差；求出使90%患者的臨床靶區(qū)≥95%處方劑量的臨床靶區(qū)-計劃靶區(qū)外擴邊界。該公式可考慮隨機誤差及系統(tǒng)誤差對劑量的影響，通過計算求得的邊界外放值可信度較高。

危及器官計劃體積的外放計算則采用McKenzie等[10]提出的腫瘤放射治療計劃體積外放(M計劃體積)公式求得危及器官的外放值，其計算為公式2:

1.5 觀察與評價指標

對放射治療擺位的精準性進行評估，若擺位偏差＞3 mm，則通過調(diào)整治療床進行擺位誤差校正，之后再進行放射治療。對擺位誤差的平均值和標準偏差進行計算，其中個體化系統(tǒng)誤差定義為患者不同分次誤差的平均值，個體化系統(tǒng)誤差的標準偏差即為群體化系統(tǒng)誤差(∑)，個體化隨機誤差定義為患者不同分次誤差的標準偏差，而個體化隨機誤差平方均值的平方根即為群體化隨機誤差(σ)[8]。

1.6 統(tǒng)計學方法

采用SPSS23.0版統(tǒng)計學軟件對數(shù)據(jù)進行分析，計量資料呈正態(tài)分布，用均值±標準差表示，采用獨立樣本t檢驗，計數(shù)資料采用率(%)的比較，行x2檢驗，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 兩組在不分周次情況下不同方向擺位誤差比較

兩組均采取同一體位的固定方式且不分周次的情況下，對照組擺位誤差＞3 mm所占比例為15.67%～18.33%，觀察組所占比例為24.89%～28.94%；對照組擺位誤差＞5 mm所占比例為1.67%～3.96%，觀察組所占比例為2.33%～4.89%；觀察組在腹背、頭足及左右方向上的擺位誤差與對照組比較，差異無統(tǒng)計學意義(t=1.11，t=1.53，t=0.70；P＞0.05)，見表1。

表1 兩組患者在不分周次情況下不同方向擺位誤差的比較(mm，±s)

表1 兩組患者在不分周次情況下不同方向擺位誤差的比較(mm，±s)

2.2 兩組不同方向M計劃靶區(qū)及M計劃體積計算結果

觀察組與對照組的分別為0.77～1.02 mm、0.76～0.97 mm，分別為1.17～1.38 mm，0.91～1.31 mm。觀察組與對照組的M計劃靶區(qū)分別為2.84～3.37、2.70～3.06；M計劃體積分別為1.66～1.91 mm、1.56～1.72 mm。見表2，表3。

表2 對照組20例患者在不同方向上M計劃靶區(qū)及M計劃體積的計算結果(mm)

表3 觀察組20例患者在不同方向上M計劃靶區(qū)及M計劃體積的計算結果(mm)

2.3 兩組分次放射治療在不同方向上擺位誤差比較

觀察組在分周次(1～6周)放射治療過程中在腹背、頭足及左右方向的周次擺位誤差與對照組比較，差異無統(tǒng)計學意義。在分周次放射治療期間，兩組均在體位固定效果方面表現(xiàn)出良好的重復性及準確性，可避免因放射治療中后期擺位誤差需要對面罩定位重新制作的影響。

3 討論

CTVision圖像引導放射治療技術可將有機結合直線加速器與放射治療計劃使用的診斷級扇形束千伏級CT，產(chǎn)生CT-on-rail，與直線加速器共用一張治療床，并且治療床可在軌道作用下在CT與直線加速器之間轉(zhuǎn)換，因此患者的放射治療體位無需移動，有助于提升放射治療擺位的精確性及重復性[11]。此外，CTVision可清晰顯像軟組織，密度分辨率較千伏級CBCT高，且空間分辨率亦明顯升高。但需要指出的是，CTVision無法實時監(jiān)測患者治療期間靶區(qū)運動狀況，且因直線加速器機房內(nèi)額外安裝一臺CT，使得設備占有空間較大，對設備的維護成本及要求較高。

通過加速器機架旋轉(zhuǎn)，采用CBCT可獲得患者放射治療前及放射治療過程中的圖像信息，并通過比較計劃CT圖像，可獲得平移及旋轉(zhuǎn)方向的誤差信息，對其進行在線校正，實現(xiàn)精確放射治療的目的[12]。CBCT根據(jù)其放射線能量差異，可分為兆伏級CBCT、千伏級CBCT。相比兆伏級CBCT，千伏級CBCT的空間分辨率較高，且對軟組織的密度分辨率較高，同時其成像條件更接近于計劃CT，因此其與計劃CT圖像進行圖像配準的精確性更高，也是本研究采用千伏級CBCT而非兆伏級CBCT的主要原因[13-14]。千伏級CBCT與CTVision相比，可實現(xiàn)在線監(jiān)測，且可有效糾正放射治療期間正常組織或腫瘤組織改變導致的變化，同時其與加速器有機結合為一體，成為一種新型、高效的加速器圖像引導系統(tǒng)。

患者實際治療體位與初次定位體位比較所形成的誤差即為擺位誤差，該值越小，表明患者治療體位的重復性越好[15]。此外，擺位誤差既包括系統(tǒng)誤差，亦包括隨機誤差。其中，可體現(xiàn)患者實際治療與CT模擬定位間的差異，其包括激光燈的誤差、加速器的機械誤差、CT定位系統(tǒng)的機械誤差及掃描誤差等；可反映患者每次治療時體位重復性的差異，其主要是因患者器官運動或技術人員擺位操作等因素引起[16]。本研究發(fā)現(xiàn)，兩組均采取同一體位的固定方式且不分周次的情況下，觀察組在腹背、頭足及左右方向上的擺位誤差與對照組比較，無明顯差異，且兩組結果均符合理想頭頸部腫瘤放射治療擺位誤差的要求(＜3 mm)。本研究中，兩組均采取同一體位的固定方式且不分周次的情況下，觀察組在腹背、頭足及左右方向上的擺位誤差與對照組比較，無明顯差異。對照組擺位誤差＞3 mm所占比例為15.67%～18.33%，觀察組所占比例為24.89%～28.94%；對照組擺位誤差＞5 mm所占比例為1.67%～3.96%，觀察組所占比例為2.33%～4.89%。CTVision與千伏級CBCT在擺位誤差＞3 mm時腹背、頭足及左右方向所占比例差異有統(tǒng)計學意義，可能是因這兩種圖像引導放射治療技術對軟組織分辨率存在差異性而引起。

此外，本研究依據(jù)外放公式，分別求得兩組患者臨床靶區(qū)-計劃靶區(qū)外擴邊界值及PRV值，結果顯示兩組外擴值均在放射治療計劃外擴的閾值(5 mm)范圍內(nèi)，提示采用熱塑性面罩對行精確放射治療的鼻咽癌患者體位固定具有可行性。觀察組在分次放射治療過程中在腹背、頭足及左右方向的周次擺位誤差與對照組比較，并無明顯差異。在分周次放射治療期間，兩組均在體位固定效果方面表現(xiàn)出良好的重復性及準確性，可避免因放射治療中后期擺位誤差需要對面罩定位重新制作的影響。

采用千伏級CBCT與CTVision兩種不同圖像引導放射治療技術均可有效校正鼻咽癌患者放射治療期間的擺位誤差，二者比較差異無統(tǒng)計學意義，因此在臨床應用中可根據(jù)不同患者及不同部位進行合理選擇。