肺癌放療中CBCT不同配準(zhǔn)方式的誤差分析

袁星星 黃玉玲 潘純國(guó) 張 云

放射治療是肺癌的重要治療手段，其中調(diào)強(qiáng)放射治療(IMRT)技術(shù)能在保證腫瘤高劑量照射的同時(shí)降低鄰近肺和心臟等正常器官的照射劑量?；贗MRT劑量學(xué)優(yōu)勢(shì)，IMRT對(duì)放療的精準(zhǔn)要求更高。圖像引導(dǎo)放射治療可提高放療的精準(zhǔn)性，其中基于錐形束CT(cone-beam CT，CBCT)成像技術(shù)是目前常用的圖像引導(dǎo)模式，通過治療前采集患者的CT圖像，并與定位CT圖像配準(zhǔn)，能精確提供患者擺位誤差，并予以修正[1-2]。除CBCT圖像質(zhì)量外，現(xiàn)有研究表明不同自動(dòng)配準(zhǔn)方式會(huì)影響誤差結(jié)果[3-4]。本文詳細(xì)研究了肺癌患者放療基于KV-CBCT圖像掃描區(qū)域自動(dòng)灰度配準(zhǔn)、自動(dòng)骨性配準(zhǔn)和基于PTV外放20 mm區(qū)域自動(dòng)灰度配準(zhǔn)的平移和旋轉(zhuǎn)誤差，探討3種配準(zhǔn)方式的差異，從而為規(guī)范CBCT在肺癌放療中的應(yīng)用提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料

隨機(jī)選擇2019年1月至2020年12月在本院放療中心治療的25例肺癌患者，Ⅰ期2例， Ⅱ期5例， Ⅲ期18例。男性18例，女性7例。年齡32～85歲，中位年齡65歲。所有患者均采用調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃，處方劑量為50～60 Gy/25～30次。

1.2 模擬定位及圖像采集

患者均采用仰臥位，使用頭頸肩面罩配合塑形墊或頸胸膜配合與塑形墊的方式進(jìn)行體位固定。利用西門子大孔徑CT模擬定位機(jī)進(jìn)行CT掃描，掃描層厚5 mm。掃描后圖像傳輸至三維治療計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行，靶區(qū)勾畫后由物理師制作放療計(jì)劃，按要求確定照射中心。每例患者均利用Varian公司TrueBeam直線加速器的CBCT系統(tǒng)獲取3次圖像(首次治療前，治療中，最后一周)，如擺位誤差在某個(gè)方向超過5 mm，需重新擺位和掃描，再次擺位后采集的數(shù)據(jù)圖像納入分析，共75組CBCT圖像。

1.3 圖像配準(zhǔn)方式

CBCT圖像與定位CT圖像按以下3種方式進(jìn)行圖像自動(dòng)配準(zhǔn)：A方式，配準(zhǔn)區(qū)域包括整個(gè)CBCT掃描區(qū)域，灰度自動(dòng)配準(zhǔn)，得出擺位平移和旋轉(zhuǎn)誤差；B方式，配準(zhǔn)區(qū)域包括整個(gè)CBCT掃描區(qū)域(與A方式具有相同的配準(zhǔn)框)，骨自動(dòng)配準(zhǔn)，得出擺位平移和旋轉(zhuǎn)誤差；C方式，配準(zhǔn)區(qū)域僅包含計(jì)劃靶區(qū)外擴(kuò)20 mm區(qū)域，灰度自動(dòng)配準(zhǔn)，得出擺位平移和旋轉(zhuǎn)誤差。其中頭、前和左方向誤差為正值，均值計(jì)算考慮正負(fù)。

1.4 誤差分析及統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

用PASW統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)各種方式誤差行配對(duì)t檢驗(yàn)，χ2檢驗(yàn)方法驗(yàn)證計(jì)數(shù)差異是否具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

3種不同配準(zhǔn)方式在前后、頭腳、左右方向的平移誤差范圍分別為-4.4～3.9 mm、-4.4～4.4 mm、-4.2～3.6 mm，-4.6～4.1 mm、-3.5～4.9 mm、4.1～3.6 mm,-4.1～4.6 mm、-3.8～4.9mm、-4.5～4.8 mm。旋轉(zhuǎn)誤差范圍分別為：-1.5～2.8°、-0.7～1.5°、-1.1 ～2.1°，-1.6～3.0°、-0.8～3.1°、-1.2～2.8°和-2.5～3.3°、-0.6～2.3°、-1.7～2.5°。3種配準(zhǔn)方式相比，A方式與B方式間只有頭腳方向的平移和旋轉(zhuǎn)誤差存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.000，P=0.000)，A方式與C方式間只有頭腳方向的平移誤差存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.000)，B方式與C方式間只有頭腳方向的旋轉(zhuǎn)誤差存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.002)，見表1。3種配準(zhǔn)方式擺位誤差≥3 mm的發(fā)生率差異分析結(jié)果見表2。

表1 3種不同配準(zhǔn)方式在不同方向的誤差

表2 3種不同配準(zhǔn)方式在不同方向的擺位誤差≥3 mm的發(fā)生情況(次，%)

3 討論

KV級(jí)的CBCT不僅能夠清楚地顯示患者的骨性和軟組織結(jié)構(gòu)，還能觀察到腫瘤及周邊正常組織的體積變化和位置等信息，因此CBCT已廣泛作為圖像引導(dǎo)方式運(yùn)用于臨床的精準(zhǔn)放療。有研究報(bào)道CBCT可提高非小細(xì)胞肺癌患者放療精準(zhǔn)性，減小計(jì)劃靶區(qū)(PTV)外放的邊界，從而降低正常組織的受照劑量[5]。臨床上獲取擺位誤差是通過比較CBCT圖像與CT定位圖像，而在這個(gè)過程中影響因素較多，如觀察者、圖像質(zhì)量、配準(zhǔn)方式等。目前放療設(shè)備制造廠家提供了不同自動(dòng)配準(zhǔn)的軟件，它們的出現(xiàn)極大地提高了臨床配準(zhǔn)的效率，使得在日常治療中放療技師能順利完成圖像配準(zhǔn)和驗(yàn)證誤差工作。

本研究比較了Varian公司的自動(dòng)配準(zhǔn)軟件中配準(zhǔn)區(qū)域和配準(zhǔn)模式的選擇對(duì)圖像配準(zhǔn)誤差差異，研究結(jié)果表明在相同的配準(zhǔn)框的條件下，按灰度和骨性配準(zhǔn)兩種方式在頭腳方向、左右方向的平移和旋轉(zhuǎn)誤差是不同的，骨配準(zhǔn)得到的誤差值要大于灰度配準(zhǔn)的誤差值，兩者的平移系統(tǒng)誤差相差0.3 mm。這與Yeung 等的研究結(jié)果是一致的[3]。Yeung 等發(fā)現(xiàn)基于CBCT圖像骨性配準(zhǔn)的獲得的擺位誤差較軟組織的稍大。但梁軍研究小組發(fā)現(xiàn)肺癌患者放療采用灰度配準(zhǔn)和骨性兩種配準(zhǔn)方式的擺位誤差均值都在 1.3 mm范圍內(nèi)，且兩種方式?jīng)]達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)差異[6]。黃伯天等發(fā)現(xiàn)CBCT與CT在胸腹體模上采用灰度配準(zhǔn)精度和穩(wěn)定性高于骨性配準(zhǔn)[7]。對(duì)于胸部其他腫瘤如食管癌圖像配準(zhǔn)也進(jìn)行了大量的研究，如李建成等[8]從配準(zhǔn)時(shí)間和配準(zhǔn)準(zhǔn)確性綜合分析認(rèn)為骨性配準(zhǔn)與手動(dòng)配準(zhǔn)相結(jié)合的配準(zhǔn)方法最佳。車少敏等[9]發(fā)現(xiàn)對(duì)頸段、胸上段食管癌灰度配準(zhǔn)與骨性配準(zhǔn)差異明顯，推薦首先骨性配準(zhǔn)，必要用再手動(dòng)微調(diào)。配準(zhǔn)框的范圍也會(huì)影響配準(zhǔn)結(jié)果，本研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)僅考慮靶區(qū)情況下進(jìn)行灰度配準(zhǔn)，其獲取的平移誤差在前后、頭腳和左右方向均要大于按整個(gè)CBCT掃描區(qū)域進(jìn)行配準(zhǔn)所獲得的數(shù)據(jù)，且頭腳方向誤差超過3 mm的比例顯著提高，達(dá)到44.0%。張健等認(rèn)為選擇范圍較大的配準(zhǔn)方法有利于提高配準(zhǔn)精度[10]，但I(xiàn)GRT協(xié)作組的規(guī)范建議，圖像配準(zhǔn)框的范圍應(yīng)以PTV為基礎(chǔ)在三維上各外放2 cm包括的區(qū)域。

總之，不同配準(zhǔn)方式都會(huì)造成肺癌擺位誤差的精度，從而影響PTV外放邊界的大小，因此在臨床使用時(shí)應(yīng)根據(jù)治療精度要求選擇合適的配準(zhǔn)條件。