肺癌图像引导放疗不同配准方式对摆位误差的影响

吴志勤，张力，余建义，阎华伟，杨桂强，林立，黄包记，王志玮，潘涵慧，金献测

（温州医科大学院附属第一医院 放化疗科，浙江 温州 325015）

近几年，千伏级的锥形束CT（cone beam，CBCT）已经成为临床上重要的图像引导放射治疗（以下简称放疗）工具[1-2]。利用CBCT进行的图像引导放疗（image-guided radiation therapy，IGRT），可获取治疗摆位导致的三维方向的平移及旋转误差信息，并能作出相应调整，提高了治疗精度[3-4]。但其结果受匹配区域及匹配方式的影响，因此，本研究通过对比基于千伏级CBCT图像的自动骨性配准和灰度配准的平移和旋转矢量值，探讨不同配准方式在肺癌IGRT治疗中的差异。

1 对象和方法

1.1 对象 自2012年4月9日至2013年1月28日间，随机选取本放疗中心收治的肺癌患者43例，其中男40例，女3例，年龄26～84岁，中位年龄64岁。三维适形调强放疗34例，弧形容积调强放疗9例。

1.2 摆位固定及模拟CT 患者均采用标准仰卧位，使用热缩体膜，根据不同患者颈部曲度垫以舒适状态固定。首先尽可能接近放疗靶区的体表或根据放疗医师描画的体表位置，三维激光与之重合并放上标志金属小颗粒建立参照中心。应用Philips Brilliance大孔径CT模拟定位机进行螺旋扫描，图像矩阵512×512，层距层厚3 mm，扫描病变靶区然后通过计算机网络传送图像数据至放射治疗计划系统Pinnacle 8.0。

1.3 靶区勾画及计划 根据国际辐射单位与测量委员会（International Commission on Radiation Unit and Measurement，ICRU）第50号报告进行靶区勾画。大体肿瘤体积（gross tumor volume，GTV）为图像肉眼所见肿瘤大小，由副主任医师以上资深医师根据病变位置、病理类型及周围危及器官，对GTV进行一定的外扩得到临床靶区体积（clinical tumor volume，CTV），CTV再增加器官运动和摆位误差后为计划靶区体积（plan tumor volume，PTV）。物理师根据医嘱在放疗计划系统Pinnacle 9.2进行放疗计划设计。

1.4 图像采集和匹配 每次患者进行放疗时由2位放疗技师执行操作摆位体膜固定，首次治疗时需核对实际放疗靶中心与参考靶中心是否一致，若移位，认真核对数据及方向。摆位结束后以最终等中心靶区进行CBCT扫描，扫描角度0°～180°，机架速度180 deg/min，扫描电压120 kV，采集频度6 Frames/s，扫描受量1.2 mGy，mAs总量118.5 mAs。遮光器S20，滤线板F0，每次CBCT扫描时间为1 min，共约330 Frames。设置各项参数及扫描范围后即可采集CBCT图像，经XVI系统图像合成与放疗计划CT的图像分别进行骨性配准和灰度配准，着重观察照射靶区及周边骨组织的配准重合程度，每次配准XVI系统会自动计算出X轴（左右）、Y轴（头脚）、Z轴（腹背）方向的水平移位和X、Y、Z轴位旋转方向的误差。如治疗前X、Y、Z其中有一项＞5 mm，则需在线误差校正后第2次CBCT扫描时调整；如同时伴有旋转轴向误差＞3°则须进行重新摆位，以及治疗后第3次CBCT扫描。本组资料XVI系统在线调整只针对X、Y、Z方向。

1.5 统计学处理方法 采用SPSS 13.0统计软件。计量资料以±s表示，2组间比较采用配对t检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

本研究行肺癌IGRT 43例，共114次CBCT扫描，获得的CBCT三维图像与原计划CT图进行骨和灰度两种模式匹配，两种不同配准方式水平方向和旋转方向的误差及对比结果如下：骨性配准和灰度配准在水平方向X轴的误差分别为（-0.297±3.137）mm、（0.377±2.958）mm，配对检验t值为2.934；Y轴的误差为（-1.415±5.313）mm、（0.719±5.451）mm，t值为2.3467；Z轴的误差为（0.632±3.033）mm、（-0.679±2.982）mm，t值为5.241。骨性配准和灰度配准在旋转方向X轴的误差分别为（-0.469±1.605）°、（-0.493±1.461）°，配对检验t值为0.2714；Y轴的误差为（-0.203±1.431）°（0.35±1.424）°，t值为4.110；Z轴的误差为（0.134±1.478）°、（0.196±1.348）°，t值为0.7542。骨性配准和灰度配准两种配准方式除了在X轴旋转和Z轴旋转方向差异无统计学意义（P＞0.05）外，其他4个方向的误差数据差异均有统计学意义（均P＜0.05）。为了减少治疗时间，本组资料在线进行XVI系统误差调整时都是使用灰性配准计算，离线分别记录两种配准的各项数据。

3 讨论

放疗是肺癌主要的治疗手段之一。随着放疗新技术以及计算机技术的发展应用，适形调强放疗甚至弧形容积调强放疗越来越多地被临床使用，调强放疗的剂量分布和剂量计划系统的逆向优化可有效地保护正常器官，同时对肿瘤组织得以精确的适形治疗及剂量的最大化[5-6]。但其前提是得保证治疗实施过程中的精确，否则会造成高剂量区的偏移，降低肿瘤局控率和增加正常组织损伤。

IGRT就是应用各种成像技术设备，在每次治疗前利用成像技术对患者的摆位误差进行验证校准，确保处方剂量的准确传输，并且通过XVI系统获取的图像信息与治疗计划中的参考图像进行匹配，在线的位置修正和离线的计划修改，大大降低了摆位误差，提高了治疗精度[7]。骨性配准是单以骨高密度为计算的一种运算方式，速度最快，一般只要几秒，是适用于配准框内骨性组织较多或者照射靶区有较为接近的骨性标志。灰度配准是运算配准框内所有不同灰阶值，是一种精确配准运算方式，尤其照射靶区周围是低密度组织时更具优势。手工配准是人为因素参与较多的一种配准方式，本组没有参与比较。

本组43例患者共行114人次CBCT扫描，将6个方向误差数据配对进行统计学处理，骨性配准和灰度配准两种方式除了在X轴旋转和Z轴旋转方向差异无统计学意义外，其他4个方向的误差数据差异均有统计学意义。这与胸部肿瘤的解剖结构有关，肺癌组织周边富有软组织，相对于骨性组织有一点的距离，在放疗实施过程中靶区和正常器官的运动和体积变化较大，给骨性配准带来了一定的困难，而灰度配准是以配准框内所有灰阶进行比较，其配准精确，当肿瘤组织与骨性组织有一定距离及配准框内少有骨性组织时，建议首次适用灰度配准。本资料与梁军等[8]的分析有不同的结论，本资料3个水平方向的两种不同配准方式差异均有统计学意义，而梁军组则无明显影响，同时他没有对旋转方向作出分析。本组X轴旋转和Z轴旋转方向差异无统计学意义，笔者认为是因为胸部整体呈椭圆形结构，骨性配准和灰度配准在旋转方向上对组织的识别度相似。当照射靶区接近骨性解剖标志时，两者可相辅相成。不管使用哪一种配准方式，最终目的是为了CBCT图像与计划系统模拟CT图像尽可能完全重合，所以确定选用何种配准方式应以配准后两者图像的重合程度为依据[9]。

IGRT是新型的、强有力的放疗工具，可以提高放疗的可靠性，提高放疗的质量与安全性[10]。本研究只涉及IGRT其中的一种成像设备，即CBCT的图像配准算法，而IGRT所涉及的每次成像设备和方法，在用于临床治疗前都需要进一步仔细研究验证[11]。