新型TiGRT IVS系統引導肺癌調強放射治療擺位研究

段小娟，羅 燦，周一兵

（陸軍軍醫大學第二附屬醫院全軍腫瘤研究所，重慶400037）

0 引言

腫瘤放射治療已經進入精準放射治療時代。隨著調強放射治療（intensity modulated radiotherapy，IMRT）的逐漸普及，對擺位精度的要求越來越高。影像引導放射治療（image guided radiotherapy，IGRT）能夠提高擺位準確性，是精確放射治療的基礎。電子射野影像裝置（electronic portal imaging device，EPID）的主體是非晶硅陣列，是最早使用、最簡單的影像引導裝置[1-4]。我科于2019年7月安裝由中國蘇州LinaTech公司研制的TiGRT IVS系統，該系統采用最新型的非晶硅平板探測器，加載于Elekta Synergy加速器上，用于驗證射野形狀、定量分析和控制患者的擺位誤差。TiGRT IVS系統單次成像劑量在0.1～0.2 cGy，具有拍攝時間短、操作簡單、圖像配準速度快、價格便宜等特點。

TiGRT IVS系統拍攝的圖像中，頭頸部腫瘤和腹盆部腫瘤圖像能夠清晰地顯示骨性標記，便于圖像配準。但胸部由于結構復雜，加上呼吸、心跳運動的干擾，拍攝到的圖像在進行圖像配準時缺乏足夠的參考點，使得配準結果會有較大的誤差。本研究以錐形束CT（cone beam CT，CBCT）配準結果為參考，驗證TiGRT IVS系統的在線校位精度，從而驗證其臨床有效性及可行性。

1 資料與方法

1.1 病例資料

選擇2019年10月至2020年2月在我院Elekta Synergy醫用電子直線加速器上進行IGRT的肺癌患者30例（男22例，女8例；年齡27～76歲，中位年齡53歲），其中肺腺癌、肺鱗癌、小細胞肺癌患者各8、10、12例。納入標準：（1）經過臨床診斷及病理學檢查，所有患者均符合肺癌的臨床診斷標準；（2）自愿參與研究，并在知情同意書上簽署患者及家屬姓名。排除標準：（1）一般狀況差，功能狀態（performance status，PS）評分≥4分患者；（2）伴有嚴重心肺供能疾病、心功能不全、哮喘、高血壓等疾病患者；（3）意識模糊及精神紊亂患者；（4）中途中斷治療患者。本研究經醫學倫理委員會批準。

1.2 設備及參數

放射治療基于Elekta Synergy醫用電子直線加速器的6 MV X射線，劑量率為400 MU/min，照射野大小為40 cm×40 cm，葉片在等中心的寬度為1 cm。圖像引導系統TiGRT IVS采用的非晶硅平板探測器探測面板尺寸為41 cm×41 cm，分辨力為2 688×2 688。kV級CBCT圖像引導系統Elekta XVITM掃描角度為130°～290°，掃描速度為3°/s，射野為26 cm×26 cm。

1.3 定位及靶區勾畫

患者均采取頭先進、仰臥位，使用頸胸部熱塑體膜和全碳素纖維底板固定體位，經CT掃描后圖像傳至Oncentra 4.3治療計劃系統（treatment planning system，TPS）完成靶區勾畫及計劃設計。30例患者中7例患者的靶區靠近胸骨角，23例患者的靶區靠近椎體。在0°和90°/270°生成相應射野的數字重建放射影像（digitally reconstructed radiograph，DRR）圖像，圖像重建層厚為5 mm，將放射治療計劃和DRR傳輸至加速器進行擺位、照射。常規劑量分割治療25～33次，每周5次，持續5～6周；大劑量分割治療10次，每周5次，持續2周。首次擺位時行TiGRT IVS系統和CBCT位置驗證，常規劑量分割患者每周行1次位置驗證，大劑量分割患者每次治療時均行位置驗證，并與DRR圖像進行配準。

1.4 圖像配準方法

TiGRT IVS系統正位圖采用2種不同的配準方法。方法A（以下稱為“IVS-A”）：利用TiGRT IVS系統手動調節窗寬、窗位，結合臨床經驗將配準特征結構選為椎體或肋骨，根據椎體上下緣、左右緣或肋骨進行配準，如圖1所示。方法B（以下稱為“IVS-B”）：基于IVS-A，手動調節窗寬、窗位，配準的特征結構選為氣管，根據氣管分叉進行配準。側位圖則根據與靶區“就近”原則，選擇椎體或胸骨、肋骨等進行配準。經圖像配準后，分別記錄靶區在左右（Lat）、頭腳（Lng）、前后（Vrt）3個方向上的擺位誤差，并記錄TiGRT IVS系統圖像配準時間（包括拍片時間、圖像重建及配準時間）。

CBCT配準：先采用骨性標記然后結合靶區自動配準，手動微調，記錄靶區在Lat、Lng、Vrt 3個方向上的擺位誤差，并記錄CBCT圖像配準時間（包括掃描時間、圖像重建及配準時間）。

1.5 統計學方法

將3種配準方法得到的擺位誤差導入SPSS 19.0軟件中進行分析，計算各組數據的均值和標準差，并對3種方法的配準誤差進行正態性檢驗，根據數據是否服從正態分布，對方法IVS-A與CBCT、方法IVS-B與CBCT的擺位誤差分別進行配對樣本t檢驗或非參數檢驗，P＜0.05表示具有統計學差異。

圖1 勾畫椎體上下緣和胸骨角等進行配準示意圖

2 結果

2.1 擺位誤差數據

30例患者分別采集TiGRT IVS系統和CBCT圖像各156張，共312張圖像。IVS-A配準所用時間為（69±12）s，IVS-B配準所用時間為（54±8）s，CBCT配準所用時間為（112±14）s。表明TiGRT IVS系統圖像引導所用時間少于CBCT。

30例患者擺位誤差的頻率分布直方圖如圖2所示。可以看出，IVS-A擺位誤差在3個方向上最高頻率分布在-0.1～＜0.1 cm內。CBCT擺位誤差在Lat方向上最高頻率分布在0.1～＜0.3 cm，Lng方向上最高頻率分布在-0.3～＜-0.1 cm，Vrt方向上最高頻率分布在-0.1～＜0.1 cm內。IVS-B擺位誤差在Lat方向上最高頻率分布在0.1～＜0.3 cm，在Lng方向上最高頻率分布在-0.1～＜0.1 cm。

對于156張TiGRS IVS系統圖像，IVS-A誤差值≤5 mm的有139張，占89.1%；≤8 mm的有154張，占98.7%。IVS-B誤差值≤5 mm的134張，占85.9%；≤8 mm的有151張，占96.8%。156張CBCT圖像中，誤差值≤5 mm的有129張，占82.7%；≤8 mm的有152張，占97.4%。

以CBCT配準結果為參考，對TiGRT IVS系統在線校位精度進行驗證。采用配對樣本t檢驗，2種圖像引導系統的擺位誤差在Lat和Lng方向上P值均＞0.05，無統計學差異；在Vrt方向上P值＜0.05，有統計學差異，詳見表1。

2.2 大劑量分割患者的擺位誤差

圖2 擺位誤差分布直方圖

1例大劑量分割患者的擺位誤差分布如圖3所示。其中，Lat方向上3種方法的誤差分別為（0.04±0.16）、（0.01±0.19）、（-0.09±0.23）cm，Lng方向上分別為（0.13±0.16）、（0.26±0.28）、（0.15±0.15）cm，Vrt方向上TiGRT IVS系統骨性配準和氣管配準的結果均為（0±0.16）cm，CBCT為（-0.03±0.18）cm。圖3（b）中前1～7次TiGRT IVS系統2種配準方法的結果一致，且均小于CBCT的結果。3種配準方法的誤差都服從正態分布，采用配對樣本t檢驗得到TiGRT IVS系統2種配準方法的結果與CBCT的結果有統計學差異（P=0.001）。

表1 TiGRT IVS系統與CBCT的患者擺位誤差比較單位：cm

圖3 1例大劑量分割患者的擺位誤差分布

3 討論

擺位誤差主要由CT模擬定位時患者的體位與治療體位的偏差、靶區勾畫和計劃偏差、影像學信息、加速器出束劑量波動等因素引起，不僅會降低療效，還會危及靶區周圍正常組織和器官。因此，放射治療過程中擺位驗證是精確放射治療不可或缺的保證措施。目前，有多種設備可以實現患者擺位驗證，如MV級EPID[5-7]、kV級射野平面機載影像系統（on-board imager，OBI）圖像[8-9]、kV級CBCT[10]、kV級ExacTrac[11]等。本研究中的TiGRT IVS系統基于MV級EPID，具有成本低、高效率、高精度、高分辨力等特點。

TiGRT IVS系統相較于Elekta Synergy直線加速器自帶的EPID影像系統iViewGT，空間分辨力更高，獲得的圖像更清晰，有助于臨床醫生更加準確地判斷患者的擺位誤差和射野信息。另外，對于肺癌常規劑量分割放療30次的患者，患者全程所受TiGRT IVS系統劑量為0.5～1.0 cGy，kV級OBI劑量為2.3～5.2 mGy，kV級CBCT低劑量模式劑量為0.725～1.607 cGy[12]?？梢奣iGRT IVS系統和kV級CBCT成像劑量相當，對于肺癌患者常規放療總劑量6 000 cGy，這些額外輻射劑量可以忽略，能夠保證患者的治療安全。

從本研究結果來看，擺位誤差主要集中在0～5 mm范圍內，8 mm以上的擺位誤差很少。TiGRT IVS系統對擺位誤差的控制在Lat和Lng方向都和CBCT無統計學差異，在Vrt方向有統計學差異，但都在臨床標準范圍內。對于常規劑量分割的患者，TiGRT IVS系統可以替代CBCT。由于TiGRT IVS系統采用氣管配準與骨性標記配準的擺位誤差與結果無統計學差異，但氣管配準所用時間相較于骨性標記配準更少，因此正位片中加入氣管輔助配準可以進一步縮短圖像驗證時間。而對于大劑量分割的患者，應注意患者的個體差異。另外，由于TiGRT IVS系統不能很好地顯像軟組織，故可結合CBCT觀察靶區情況。

本研究存在的不足是病例數只有30例，而且大劑量分割患者只有1例。下一步將繼續分析TiGRT IVS系統引導肺癌患者放射治療的擺位誤差，尤其是大劑量分割患者的擺位誤差，使擺位精確性得到進一步提高。

綜上所述，TiGRT IVS系統能夠有效測量、控制肺癌患者調強放射治療的擺位誤差；正位片中可選氣管作為輔助配準的特征結構，以提高擺位精度并進一步減少圖像引導時間；而對于大劑量分割患者的圖像引導，可結合CBCT觀察靶區位置。