新華XHA2200 高能加速器影像引導(dǎo)系統(tǒng)不同配準(zhǔn)算法對肺部靶區(qū)擺位誤差的影響

武玉濤，王曉玲，高娜，郭楷

沂源縣人民醫(yī)院 （山東 淄博 256100）

圖像引導(dǎo)放射治療是一種四維放射治療技術(shù)，治療時通過對靶區(qū)及其周圍解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像，以確定放射治療射束相對于患者體內(nèi)預(yù)期靶區(qū)的位置，據(jù)此對射束和靶區(qū)的預(yù)期相對位置進(jìn)行必要的修正[1]。錐形束CT（cone beam CT，CBCT）圖像引導(dǎo)作為當(dāng)前放射治療中最常用的引導(dǎo)技術(shù)，根據(jù)采用的射線源不同，可將其分為kV 級X 線的kVCBCT[2]和MV 級X 線的MV-CBCT[3]；需要注意的是，在放射治療過程中，由于患者器官運(yùn)動，可能導(dǎo)致靶區(qū)照射不準(zhǔn)[4]，而4D-CBCT 技術(shù)的出現(xiàn)能夠很好地解決這一問題[5-6]。除CBCT 圖像引導(dǎo)外，超聲引導(dǎo)系統(tǒng)[7]和核磁圖像引導(dǎo)系統(tǒng)在臨床上亦已有應(yīng)用；植入磁感應(yīng)粒子引導(dǎo)系統(tǒng)和光學(xué)表面成像引導(dǎo)[8]系統(tǒng)技術(shù)尚不成熟；正電子發(fā)射斷層顯像（positron emission tomography，PET）CT 引導(dǎo)技術(shù)目前正處于研究階段。本研究采用的是新華XHA2200高能加速器影像引導(dǎo)系統(tǒng)kV-CBCT，探討系統(tǒng)不同配準(zhǔn)算法（灰度配準(zhǔn)算法和骨配準(zhǔn)算法）對肺部靶區(qū)擺位誤差的影響，旨在為臨床應(yīng)用新華影像引導(dǎo)系統(tǒng)提供一定的指導(dǎo)，現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2020年8月至2021年2月在我院進(jìn)行圖像引導(dǎo)放射治療的60例肺癌患者為研究對象，其中，男41例，女19例；年齡42～78歲，平均（60.02±12.00）歲；右肺小細(xì)胞癌28例，左肺小細(xì)胞癌32例。本研究經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會審核批準(zhǔn)。

1.2 儀器與方法

1.2.1 儀器

儀器選用新華XHA2200高能加速器影像引導(dǎo)系統(tǒng)，其是在高能加速器上集成的kV-CBCT 圖像引導(dǎo)系統(tǒng)，其中，kV-CBCT 圖像引導(dǎo)系統(tǒng)主要由6部分組成，包含治療室內(nèi)的X 線球管、高壓發(fā)生器、平板探測器[8]、機(jī)械臂（圖1）以及控制室內(nèi)的計算機(jī)控制系統(tǒng)和圖像工作站（圖2）。

圖1 新華XHA2200高能加速器影像引導(dǎo)系統(tǒng)治療室內(nèi)部分

圖2 新華XHA2200高能加速器影像引導(dǎo)系統(tǒng)控制室內(nèi)部分

1.2.2 方法

（1）用固定夾板將新華一體化體架固定在CT床板上；協(xié)助患者取仰臥位，頭朝機(jī)架，手臂上舉手持握桿；使用熱塑膜將患者固定在新華一體化體架上，然后進(jìn)行CT 掃描，獲取定位CT 圖像；將定位CT 圖像導(dǎo)入Fonicsplan TPS 中，由醫(yī)師勾畫靶區(qū)及正常組織輪廓，物理師制定相應(yīng)的治療計劃，計劃經(jīng)醫(yī)師評估批準(zhǔn)后，將計劃CT 圖像、輪廓信息以及計劃文件通過Fonicsplan TPS DICOM 發(fā)送至影像引導(dǎo)系統(tǒng)，并將計劃CT 圖像作為圖像配準(zhǔn)的參考圖像。（2）按照CT 定位時采用的體位和固定方式將患者固定在加速器治療床上，再按照治療計劃進(jìn)行擺位，然后進(jìn)行CBCT 圖像掃描和重建，選取相同的感興趣區(qū)，先選用手動配準(zhǔn)，配準(zhǔn)結(jié)果經(jīng)醫(yī)師確認(rèn)，使病灶區(qū)域重合度達(dá)到最好，然后分別選用灰度配準(zhǔn)算法和骨配準(zhǔn)算法，配準(zhǔn)界面見圖3。

圖3 關(guān)于左肺肺癌的配準(zhǔn)界面

1.3 評價指標(biāo)

分別記錄60例患者在X（左右）、Y（前后）、Z（頭腳）3個方向上用不同配準(zhǔn)算法得到的位置偏差的絕對值，并計算其平均值，據(jù)此比較灰度配準(zhǔn)算法與手動配準(zhǔn)的擺位誤差以及骨配準(zhǔn)算法與手動配準(zhǔn)的擺位誤差。

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理

2 結(jié)果

灰度配準(zhǔn)算法與手動配準(zhǔn)在X、Y、Z 方向上的擺位誤差比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），見表1。骨配準(zhǔn)算法與手動配準(zhǔn)在X 方向上的擺位誤差比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）；骨配準(zhǔn)算法在Y、Z 方向上的擺位誤差大于手動配準(zhǔn)，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），見表2。

表1 灰度配準(zhǔn)算法與手動配準(zhǔn)的擺位誤差比較（cm，±s，60例）

表1 灰度配準(zhǔn)算法與手動配準(zhǔn)的擺位誤差比較（cm，±s，60例）

配準(zhǔn)算法 X 方向 Y 方向 Z 方向灰度配準(zhǔn) 0.685±0.669 0.596±0.454 0.689±0.462手動配準(zhǔn) 0.688±0.687 0.592±0.453 0.710±0.451 t-0.443 1.344 -1.400 P 0.340 0.090 0.072

表2 骨配準(zhǔn)算法與手動配準(zhǔn)的擺位誤差比較（cm，±s，60例）

表2 骨配準(zhǔn)算法與手動配準(zhǔn)的擺位誤差比較（cm，±s，60例）

配準(zhǔn)算法 X 方向 Y 方向 Z 方向骨配準(zhǔn) 0.717±0.653 0.628±0.434 0.734±0.440手動配準(zhǔn) 0.688±0.687 0.592±0.453 0.710±0.451 t 1.466 2.630 2.230 P 0.070 0.001 0.045

3 討論

隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，放射治療進(jìn)入了精準(zhǔn)治療時代，其中精確定位是精確放射治療的重中之重，而圖像引導(dǎo)是確保治療前擺位準(zhǔn)確性和治療中照射位置準(zhǔn)確性的重要手段[9]。但需要注意的是，不同的配準(zhǔn)算法會產(chǎn)生不同的影像配準(zhǔn)結(jié)果，按配準(zhǔn)的圖像內(nèi)容不同，配準(zhǔn)算法可分為灰度配準(zhǔn)算法和骨配準(zhǔn)算法。其中，灰度配準(zhǔn)算法通過利用感興趣區(qū)內(nèi)所有像素信息計算圖像的相關(guān)性來完成配準(zhǔn)，包括感興趣區(qū)內(nèi)的骨、血管、軟組織、空氣、床板和定位裝置信息[10]。骨配準(zhǔn)算法則僅通過利用感興趣區(qū)內(nèi)的骨信息計算圖像的相關(guān)性來完成配準(zhǔn)。總之，灰度配準(zhǔn)算法綜合考慮了感興趣區(qū)內(nèi)的所有因素，故在骨骼信息少的部位，灰度配準(zhǔn)算法的配準(zhǔn)結(jié)果相對于骨配準(zhǔn)算法更貼近解剖信息。手動配準(zhǔn)是在醫(yī)師的指導(dǎo)下使病灶重合度最好，我們可以以手動配準(zhǔn)為參照，比較灰度配準(zhǔn)算法和骨配準(zhǔn)算法與手動配準(zhǔn)結(jié)果的差異，為今后臨床選擇配準(zhǔn)算法提供依據(jù)。

本研究以肺癌患者為例，探討了新華XHA2200高能加速器影像引導(dǎo)系統(tǒng)不同配準(zhǔn)算法對肺部靶區(qū)擺位誤差的影響，結(jié)果顯示，灰度配準(zhǔn)算法與手動配準(zhǔn)在X、Y、Z方向上的擺位誤差比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）；骨配準(zhǔn)算法與手動配準(zhǔn)在X方向上的擺位誤差比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）；骨配準(zhǔn)算法在Y、Z方向上的擺位誤差大于手動配準(zhǔn)，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；表明相較于骨配準(zhǔn)算法，新華XHA2200高能加速器影像引導(dǎo)系統(tǒng)灰度配準(zhǔn)算法在肺癌患者中的配準(zhǔn)結(jié)果更好。但是，本研究是基于肺癌患者進(jìn)行的，未涉及其他部位，因此，在應(yīng)用新華XHA2200高能加速器影像引導(dǎo)系統(tǒng)時，本研究只能為肺癌患者的圖像引導(dǎo)放射治療提供指導(dǎo)；此外，本研究未考慮器官運(yùn)動的影響，后續(xù)在進(jìn)行肺癌患者CBCT配準(zhǔn)擺位時需要綜合考慮，如增加CBCT呼吸相位影像，然后與4D計劃CT在相同的相位進(jìn)行配準(zhǔn)。

總之，優(yōu)質(zhì)的CBCT 圖像不僅可用于放射治療中的圖像引導(dǎo)過程，還可為臨床開展自適應(yīng)放射治療提供影像學(xué)基礎(chǔ)，避免了通過多次模擬CT 來跟蹤患者解剖結(jié)構(gòu)變化的煩瑣過程，優(yōu)化了自適應(yīng)放射治療的工作流程，并可及時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)變化進(jìn)而不斷優(yōu)化計劃設(shè)計，為患者的治療全過程提供最佳的治療方案。