IGPS-O圖像聯(lián)合CT重建圖像在頭頸部腫瘤患者放療中的應(yīng)用研究

梁廣立，崔永剛，杜 武

(天津醫(yī)科大學(xué)腫瘤醫(yī)院放射治療科/國(guó)家腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心/天津市腫瘤防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/天津市惡性腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心 300060)

在頭頸部惡性腫瘤的治療中有80.0%的患者會(huì)接受放療。鼻咽癌等頭頸部惡性腫瘤治療方法上首選放療[1]。頭頸部腫瘤患者在放療期間雖采用個(gè)體化頭枕、熱塑性面罩等多種體位固定裝置進(jìn)行體位固定，但在分次放療過程中容易存在體位擺位誤差等問題[2]。當(dāng)前普遍采用的圖像引導(dǎo)下的放療技術(shù)可糾正患者體位誤差[3]。頭頸部惡性腫瘤中鼻咽癌利用圖像引導(dǎo)下調(diào)強(qiáng)放療有效提高了局部控制率[4]。目前，國(guó)內(nèi)各放療中心常用錐形束CT圖像引導(dǎo)放療技術(shù)[5]。該技術(shù)方法是加速器大機(jī)架從22°連續(xù)旋轉(zhuǎn)至178°，kv-X線球管每間隔4°～6°曝光1次，至 200°弧形曝光停止。鼻咽癌療程一般為33次。在每天的錐形束CT位置驗(yàn)證過程中，患者受到額外的輻照劑量需要慎重考慮[6]。2018年本院放射治療科安裝使用了江蘇瑞爾公司生產(chǎn)的IGPS-O圖像引導(dǎo)放療定位系統(tǒng),該系統(tǒng)2個(gè)球管1次曝光即可獲得配準(zhǔn)影像。患者額外輻照僅為錐形束CT的1/10。本研究選取在本院接受調(diào)強(qiáng)放療的頭頸部惡性腫瘤患者50例，每天利用IGPS-O圖像采集實(shí)時(shí)圖像聯(lián)合CT定位重建圖像評(píng)估患者在分次間和分次內(nèi)的誤差，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2018年8-12月本院放療科收治的頭頸部惡性腫瘤患者50例，其中男35例，女15例；鼻咽癌38例，喉癌7例，口腔癌3例，甲狀腺癌2例。50例患者均經(jīng)病理檢查確診，治療前Karnofsky功能狀態(tài)評(píng)分(KPS評(píng)分)大于或等于80 分。患者具有良好的自控能力，無其他高危基礎(chǔ)疾病或第二原發(fā)腫瘤。所有患者均采用調(diào)強(qiáng)放療。

1.2 儀器設(shè)備及材料

選用飛利浦大孔徑CT、瓦里安(Varian)Ⅸ醫(yī)用電子直線加速器、IGPS-O圖像引導(dǎo)放療定位系統(tǒng)、Medtec 全碳素纖維頭頸肩固定板、熱塑體模等。

1.3 IGPS-O圖像引導(dǎo)放療定位系統(tǒng)工作原理

該系統(tǒng)采用交角立體平面成像技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)控制兩組由kV級(jí)(診斷級(jí))X射線管組件、高壓發(fā)生器、平板探測(cè)器、曝光控制器組成的成像硬件系統(tǒng)，對(duì)患者的解剖結(jié)構(gòu)或外部植入標(biāo)記進(jìn)行2個(gè)方向的透視投影，取得一對(duì)交角X射線投影圖像。對(duì)獲得的二維X射線投影圖像和用于放療計(jì)劃的三維CT圖像進(jìn)行2D-3D圖像配準(zhǔn)和2D-3D幾何轉(zhuǎn)換，精確探測(cè)患者(病灶)在放療設(shè)備上的擺位誤差，據(jù)此引導(dǎo)放療設(shè)備移動(dòng)治療床，校正患者位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)患者在治療前的精確定位(圖1)。

左側(cè)豎向排列為CT的三幅圖像，中間豎向排列的2幅為CT重建的DRR圖像，最右側(cè)豎向排列2幅為IGPS-O系統(tǒng)實(shí)際掃描采集的Xray圖像。圖1 IGPS-O圖像系統(tǒng)掃描的工作界面

1.4 IGPS-O圖像引導(dǎo)放療定位系統(tǒng)特點(diǎn)

該系統(tǒng)采用kV級(jí)X射線成像技術(shù)，應(yīng)用先進(jìn)的圖像處理方法，直觀和準(zhǔn)確地探測(cè)患者體位誤差，具有定位精度高、定位時(shí)間短、成像劑量低、圖像質(zhì)量高、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。

1.5 檢查方法

1.5.1大孔徑CT模擬定位及體位固定

患者取仰臥位，選擇合適的頭枕，頭部后仰，保持兩外耳孔連線平行于床面，雙手掌心貼于體側(cè)。采用頭頸肩熱塑面罩和全碳素纖維頭頸肩固定板進(jìn)行體位固定。固定過程中面罩與面部的貼合緊密，患者呼吸通暢。掃描層厚2 mm;掃描后患者CT圖像傳至pinnacle計(jì)劃系統(tǒng)，進(jìn)行靶區(qū)與重要危及器官的定義、勾畫和計(jì)劃設(shè)計(jì)。

1.5.2IGPS-O圖像獲取與CT重建圖像配準(zhǔn)

IGPS-O圖像引導(dǎo)放療定位系統(tǒng)曝光時(shí)2個(gè)球管同時(shí)工作，且無須轉(zhuǎn)動(dòng)球管，一次曝光即可獲得正交位置的2幅影像，系統(tǒng)自動(dòng)選取靶區(qū)周圍明顯的骨性標(biāo)志為配準(zhǔn)的感興趣區(qū)，聯(lián)合CT重建圖像與IGPS-O圖像實(shí)時(shí)采集kV級(jí)X線影像，電腦可自動(dòng)計(jì)算出擺位誤差。在此基礎(chǔ)上技師、醫(yī)師核對(duì)配準(zhǔn)圖像的準(zhǔn)確性，手動(dòng)微調(diào)直至完全配比成功最終確定配準(zhǔn)結(jié)果。得出患者位置誤差RL(左右方向)、SI(頭腳方向)、AP(腹背方向)3個(gè)方向的分次間誤差值。當(dāng)3個(gè)方向任一誤差大于3 mm時(shí)進(jìn)行在線移床位置校正。校正后再次進(jìn)行IGPS-O圖像掃描，并重新與定位CT重建影像進(jìn)行匹配，得到校正后的誤差即為分次內(nèi)誤差。若治療前體位旋轉(zhuǎn)誤差 大于3°需治療技師為患者重新擺位[7]。然后再次進(jìn)行IGPS-O圖像掃描采集。由于瓦里安 (Varian)Ⅸ直線加速器治療床不能修正旋轉(zhuǎn)誤差，故本研究?jī)H分析RL、SI、AP 3個(gè)方向的平移誤差。

2 結(jié) 果

共采集擺位、校位移床后IGPS-O圖像400幅，RL、SI、AP分次間誤差小于2 mm分別為48.2%、33.6%、56.3%，移床校位后RL、SI、AP分次內(nèi)誤差小于2 mm分別降至14.7%、17.3%、23.6%。RL、SI、AP分次間誤差2～3 mm分別為38.5%、42.2%、21.6%，移床校位后RL、SI、AP分次內(nèi)誤差2～3 mm分別降至0、0、3.5%。RL、SI、AP分次間誤差大于3 mm分別為13.3%、24.2%、22.1%，移床校位后RL、SI、AP分次內(nèi)誤差均沒有大于3 mm的情況。IGPS-O圖像3個(gè)方向平移誤差統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 IGPS-O圖像3個(gè)方向平移誤差統(tǒng)計(jì)(mm，n=400)

3 討 論

圖像引導(dǎo)熱塑膜面罩定位系統(tǒng)可較好地修正擺位誤差，但仍有殘差[8]。圖像引導(dǎo)定位系統(tǒng)用于檢測(cè)腫瘤患者位置驗(yàn)證時(shí)分次間誤差為調(diào)強(qiáng)放療的不確定性主因[9]。本研究應(yīng)用IGPS-O圖像引導(dǎo)放療定位系統(tǒng)聯(lián)合CT重建圖像進(jìn)行頭頸部腫瘤患者精準(zhǔn)放療的結(jié)果顯示，RL、SI、AP分次間誤差小于2 mm分別為48.2%、33.6%、56.3%，2～3 mm分別為38.5%、42.2%、21.6%，>3 mm分別為13.3%、24.2%、22.1%。移床校位后RL、SI、AP分次內(nèi)誤差均沒有大于3 mm的情況。有研究對(duì)28例頭頸部腫瘤患者進(jìn)行了類似研究發(fā)現(xiàn)，在左右、上下和前后方向上治療前擺位誤差大于3 mm分別占11.0%、14.0%、17.0%。通過應(yīng)用IGPS-O圖像引導(dǎo)放療定位系統(tǒng)聯(lián)合CT重建圖像進(jìn)行立體圖像引導(dǎo)定位，在線校位可降低平移誤差，平移誤差大于2 mm降低誤差效果明顯。但研究中也發(fā)現(xiàn)，平移誤差在1 mm時(shí)降低誤差效果不明顯。所以,使用IGPS-O圖像引導(dǎo)放療定位系統(tǒng)聯(lián)合CT重建圖像校正位置時(shí)平移誤差大于2 mm建議使用在線校正誤差；當(dāng)誤差在1 mm時(shí)不建議進(jìn)行在線位置校正。

放療過程中僅對(duì)平移誤差進(jìn)行修正并不足夠，患者旋轉(zhuǎn)誤差也應(yīng)考慮[10-11]。在頭頸部腫瘤中即使小的旋轉(zhuǎn)誤差，也可能導(dǎo)致靶區(qū)邊緣出現(xiàn)大的位移[12]。這種大的位移，最終可能會(huì)導(dǎo)致靶區(qū)照射劑量不足而正常器官照射劑量過高[13]。本研究中瓦里安Ⅸ加速器治療床僅能在三維水平方向運(yùn)動(dòng)，僅修正水平方向誤差，不能修正旋轉(zhuǎn)誤差。故建議實(shí)現(xiàn)頭頸部腫瘤患者精準(zhǔn)放療時(shí)加速器6維治療床應(yīng)是標(biāo)配硬件。

綜上所述，頭頸部惡性腫瘤患者應(yīng)用IGPS-O圖像引導(dǎo)放療定位系統(tǒng)聯(lián)合CT重建圖像進(jìn)行立體圖像引導(dǎo)定位能實(shí)現(xiàn)調(diào)強(qiáng)精準(zhǔn)放療，對(duì)患者的額外輻照極低且安全。賈衛(wèi)娟等[14]研究表明，在線校正可使靶區(qū)外擴(kuò)邊界減小。患者行圖像引導(dǎo)下調(diào)強(qiáng)放療能保證靶區(qū)足夠劑量，同時(shí)也要做到減少正常組織不必要的照射[15]。

IGPS-O圖像具有降低患者額外受照劑量、縮短體位校正時(shí)間、提高患者治療過程舒適度等優(yōu)勢(shì)，沒有裝配CBCT掃描的直線加速器，是一種值得推薦的放療圖像引導(dǎo)技術(shù)。在今后工作中IGPS-O圖像聯(lián)合CT重建圖像進(jìn)行立體圖像引導(dǎo)下的精準(zhǔn)放療值得繼續(xù)深入研究應(yīng)用。