兆伏级扇形束CT在头颈部肿瘤放射治疗中的扫描策略研究

管 秋 刘 楠 连 欣 李 楠 姜 斐 邱 杰* 张福泉

目前，图像引导放射治疗已广泛应用于肿瘤放射治疗中，通过获取治疗前病变部位的图像，并与计划图像进行对比、修正摆位误差、体内器官移动及肿瘤退缩等原因造成的位置偏差来保证放射治疗的精确[1-5]。头颈部解剖结构复杂，肿瘤放射治疗中存在靶区周围危及器官较多的问题，照射位置偏差可能造成肿瘤控制率下降及正常组织副反应增加[6-8]。螺旋断层放射治疗(helical-Tomotherapy，HT)系统利用扇形束兆伏级CT(megavoltage computed tomography，MVCT)图像引导，追踪靶区的位置，修正摆位误差与体内器官运动，在提高靶区剂量的同时最大限度的保护正常器官[9]。然而，MVCT扫描条件的设定无明确规范，层厚、范围选择及配准方法存在个体差异，参数的设定会影响临床治疗效率、患者耐受性及正常组织接受的低剂量辐射[10-12]。为此，本研究对头颈部肿瘤不同扫描条件下得到的配准结果进行分析，以期得到适合临床使用的扫描条件。

1 材料与方法

1.1 一般资料

选取2015年1-7月期间就诊于北京协和医院放疗科的11例头颈部肿瘤患者，其中男性7例，女性4例；年龄20～77岁，平均年龄(51±17)岁；11例患者中鼻咽癌患者3例，垂体瘤患者3例，鼻窦癌患者2例，下咽癌、喉癌和鼻腔横纹肌肉瘤患者各1例。所有患者均采用HT系统治疗，并进行MVCT扫描条件的前瞻性研究。所有患者均签署知情同意书。

1.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准：①头颈部肿瘤患者；②采用螺旋断层放射治疗系统进行治疗；③卡氏(性能)评分量表(Karnofsky performance scale，KPS)评分＞60分的成年患者。

(2)排除标准：①KPS评分＜60分的体弱患者；②有幽闭恐惧、憋气症状的患者；③无法配合长时间治疗的患者。

1.3 仪器与材料

采用BigBore型大孔径CT模拟机(荷兰飞利浦公司)定位获取患者定位图像，传输至TomoTherapy计划工作站(美国ACCURAY公司)进行计划设计，计划验证通过后采用HI-ART螺旋断层放射治疗系统(美国ACCURAY公司)进行治疗。

1.4 检查方法

(1)体位。患者取仰卧位，采用大孔径CT模拟机定位，3 mm层厚增强扫描。对3例垂体瘤患者采用碳纤维头托及头部热塑面网固定，其余8例患者采用碳纤维头颈肩固定板及头颈肩热塑网膜固定。

(2)扫描范围。对于垂体瘤患者，MVCT扫描范围从颅底至硬腭；对鼻咽癌、鼻窦癌等长靶区患者，MVCT扫描范围分3类：①全部扫描计划靶区(planning target volume，PTV)，扫描上界为颅底，下界为锁骨上；②上段扫描，扫描上界为颅底，下界为下颏；③下段扫描，扫描上界为喉，下界为锁骨上。

(3)层厚选择。MVCT扫描层厚选择为：①垂体瘤患者采用2 mm(细)、4 mm(正常)和6 mm(粗)3种条件交替扫描；②鼻咽癌、鼻窦癌等长靶区患者采用4 mm(正常)和6 mm(粗)2种条件交替扫描。

1.5 观察与评价指标

头颈部肿瘤患者进行MVCT扫描时，采用不同的扫描层厚与扫描范围组合，分别得到横向(lateral，Lat)患者左右方向、纵向(longitudinal，Lng)患者进出床方向、垂直(vertical，Vrt)患者升降床方向和旋转(rotational，Roll)4个方向相应的位置修正结果，对4个方向修正结果进行对比分析，观察采用不同扫描条件其结果是否存在统计学差异、扫描条件的不同对图像质量的影响以及扫描条件不同造成扫描时间的差异对患者耐受性和治疗效率的影响。

1.6 统计学方法

采用SPSS 19.0软件对11例患者的MVCT配准结果进行数据分析处理，计量资料以均数±标准差(x-±s)表示，组间比较采用配对样本t检验进行分析，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 鼻咽癌及鼻窦癌等长靶区不同扫描条件配准分析

(1)在鼻咽癌及鼻窦癌等长靶区的5例患者中，当MVCT配准范围为颅底-下颏，扫描层厚分别为4 mm和6 mm时，配准结果在Lat、Lng、Vrt和Roll的4个方向的偏差平均值、t值及P值采用不同层厚扫描得到的配准结果差异无统计学意义(t=0.67，t=-1.69，t=0.93，t=0.89；P＞0.05)，见表1。

表1 五例鼻咽癌及鼻窦癌患者MVCT扫描范围为颅底-下颏时扫描层厚配准比较(x-±s)

(2)当配准范围为喉-锁骨上时，4个方向采用4 mm和6 mm不同层厚时所得配准结果差异无统计学意义(t=-0.62，t=-1.55，t=1.76，t=-1.20；P＞0.05)，见表2。

(3)通过以上对比发现，选用不同扫描层厚时，相同配准部位的MVCT在4个方向的配准结果无明显统计学差异。去除层厚因素，将颅底-下颏(上段)的配准结果与喉-锁骨上(下段)的配准结果进行对比发现，对于鼻咽癌这样的长靶区肿瘤，当选择上段、下段两个不同的部位进行配准时，颅底-下颏与喉-锁骨上的配准结果在LatA、Vrt和Roll的3个方向差异有统计学意义(t=-5.48，t=-2.56，t=-3.82；P＜0.05)，见表3。

表2 五例鼻咽癌及鼻窦癌患者MVCT扫描范围为喉-锁骨上时扫描层厚配准比较(x-±s)

表3 五例鼻咽癌及鼻窦癌患者MVCT颅底-下颏与喉-锁骨上不同扫描范围的配准结果比较(x-±s)

2.2 垂体瘤患者不同扫描条件配准结果分析

(1)在3例垂体瘤患者不同扫描条件配准中，当患者MVCT的扫描范围相同(上界为颅底，下界为硬腭)，设置2 mm、4 mm和6 mm的3种不同扫描层厚进行扫描，并对不同条件得到的配准结果进行分析发现，在Lat、Lng、Vrt和Roll的4个方向采用3种不同扫描层厚得到的配准结果中均无差异。

(2)层厚2 mm与4 mm比较。在Lat、Lng、Vrt和Roll的4个方向采用2 mm与4 mm扫描层厚得到的配准，其差异无统计学意义(t=0.23，t=0.57，t=0.27，t=-1.65；P＞0.05)，见表4。

表4 三例垂体瘤患者MVCT相同扫描范围2 mm与4 mm扫描层厚配准比较(x-±s)

(3)层厚2 mm与6 mm比较。在Lat、Lng、Vrt和Roll的4个方向采用2 mm与6 mm扫描层厚得到的配准，其差异无统计学意义(t=-0.25，t=0.62，t=0.81，t=-1.04；P＞0.05)，见表5。

表5 三例垂体瘤患者MVCT相同扫描范围2 mm与6 mm扫描层厚配准比较(x-±s)

(4)层厚4 mm与6 mm比较。在Lat、Lng、Vrt和Roll的4个方向采用2 mm与6 mm扫描层厚得到的配准，其差异无统计学意义(t=0.03，t=-0.36，t=0.56，t=-1.22；P＞0.05)，见表6。

表6 三例垂体瘤患者MVCT相同扫描范围4 mm与6 mm扫描层厚配准比较(x-±s)

2.3 垂体瘤患者相同扫描层厚不同扫描范围配准比较

对3例垂体瘤患者选用6 mm层厚扫描，当患者MVCT的相同扫描层厚、扫描范围分别为颅底-硬腭和PTV两种不同长度时，配准结果在Lat、Lng、Vrt和Roll的4个方向偏差平均值、t值及P值，采用两种不同扫描范围得到的配准结果差异无统计学意义(t=1.28，t=-0.89，t=-1.63，t=0.72；P＞0.05)，见表7。

表7 三例垂体瘤患者MVCT扫描层厚为6 mm的不同扫描范围配准比较(x-±s)

表9 MVCT不同扫描条件所需扫描时长与治疗时长比较(s，x-±s)

2.4 垂体瘤患者MVCT最优与最劣扫描条件配准比较

对3例垂体瘤患者采用最优扫描条件(扫描层厚2 mm，扫描范围颅底-硬腭)与最劣扫描条件(扫描层厚6 mm，短扫描范围只包括PTV)得到Lat、Lng、Vrt和Roll的4个方向的偏差值，其配准结果比较差异均无统计学意义(t=1.61，t=-0.28，t=-0.87，t=-0.66；P＞0.05)，见表8。

表8 垂体瘤患者MVCT最优与最劣扫描条件配准结果比较(x-±s)

2.5 MVCT不同扫描条件所需扫描时长比较

头颈部肿瘤MVCT采用不同扫描范围、扫描层厚所需要的扫描时长与治疗时长比较，鼻咽癌所需治疗时长为(448±76)s； 垂体瘤所需治疗时长为(216±75)s，见表9。

2.6 扫描条件对图像质量的影响

对于垂体瘤患者，虽然采用优、劣扫描条件得到的配准结果无统计学差异，但MVCT图像随扫描条件变差导致相关解剖结构缺失，图像噪点增加、分辨力下降，器官组织、病灶边界及位置辨别困难。自动配准功能准确性下降，临床医生的配准难度增加，所有这些因素都会造成配准时间的增加。因此，推荐垂体瘤患者使用2 mm或4 mm的扫描层厚，扫描范围至少包括颅底-硬腭，以方便临床医生的配准(如图1所示)。

3 讨论

图1 垂体瘤患者MVCT不同扫描层厚对比图像

对于鼻咽癌、鼻窦癌等靶区较长的患者，进行MVCT时选用不同的扫描层厚，对配准结果无影响，不同层厚的配准结果在Lat、Lng、Vrt和Roll的4个方向均无统计学差异。但选择较宽的扫描层厚能明显缩短扫描时长，如鼻咽癌患者MVCT扫描范围全扫PTV(颅底至锁骨上)，采用2 mm的扫描层厚，平均扫描时长可达(546±60)s，而治疗时长为(448±76)s，扫描时长甚至超过治疗时长，极大降低了患者的耐受性；如果采用4 mm的扫描层厚，扫描时长可减少到(280±30)s；当采用6 mm的扫描层厚时，扫描时长可缩短到(191±25)s。在保证配准结果无明显统计学差异的前提下，采用宽层厚扫描，可极大缩短扫描时间，改善患者的舒适度及耐受性，明显提高治疗效率。

本研究治疗靶区较长患者，选择不同的配准区域，配准结果具有明显统计学差异。如鼻咽癌患者选择上段(颅底-下颏)的配准结果与下段(喉-锁骨上)的配准结果进行对比，在Lat、Lng、Vrt和Roll的4个方向有明显统计学差异，这与靶区较长有必然联系。在本研究的病例中，患者PTV在头脚方向长度最长可达24 cm，摆位过程中靶区长轴方向及旋转方向不能很好的重复定位状态，从而造成靶区上、下段在左右方向及旋转方向的位置差异。为减少此种现象的发生，可在CT定位时，于患者胸部勾画头颈肩热塑网膜左右标记线的延长线，以及在患者两侧腋下勾画升床线帮助治疗摆位，减小摆位误差。

在本研究中，对于垂体瘤等靶区较短的患者，采用不同的扫描层厚及扫描范围进行MVCT扫描时，配准结果并未发现明显统计学差异，这与头部肿瘤患者采用热塑固定网膜、摆位固定后头部移动范围小有关。采用最优扫描条件为层厚2 mm，扫描范围颅底-硬腭，所需时间为(199±26)s，而垂体瘤患者平均治疗时长为(216±75)s，该例垂体瘤患者验证加治疗总的时间为6～9 min，患者总体耐受性较好，当扫描层厚增加、扫描范围减少时，扫描时间能进一步缩短。

头颈部患者治疗前，通过兆伏级的扇形束CT扫描，可修正靶区的位置偏差，尤其是由于摆位误差和治疗床沉降引起的位置偏差，患者首次治疗前进行图像引导并获取床值后，后期治疗中MVCT配准偏差值非常小。Shah等[13]对患者MVCT受量及扫描层厚对剂量的影响进行研究；Vaandering等[11]及Zendan等[14]对MVCT扫描频次进行了相关研究，Moldovan等[15]对MVCT铅门宽度、螺距对治疗时间的影响进行研究，均对调整扫描条件进而减少患者受量、提高治疗效率提出建议，针对患者体重变化、肿瘤退缩等因素，对扫描频次及配准方式进行研究。

通过对螺旋断层治疗中MVCT不同扫描条件设置的研究，找出了适合头颈部肿瘤患者的扫描方式，在保证配准结果准确性的同时，提高患者的舒适度、耐受性及治疗效率。

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