不同人员对肺癌CBCT图像配准误差分析

李庆瑞 陈吉祥 丁大庆 刘 邦 于会明

肺癌是临床上常见的恶性肿瘤，死亡人数列在恶性肿瘤的第一位[1]。放射治疗的基本目标是实现放射治疗增益比的最大化，随着以调强适形放疗、立体定向放疗为代表的精确放疗方式的推广应用，肺癌的预后有了明显改善，但是也有危及器官的风险[2-3]。锥形束CT(cone beam computed tomography，CBCT)能更好地实现治疗增益比最大化，其在直线加速器上的使用提高了放射治疗的精度，能降低正常组织并发症发生率，提高肿瘤控制率(tumor control probability，TCP)[4-5]。CBCT的图像配准是目前放射治疗领域的关键技术，主要是得到患者体位的变化，以修正患者的摆位误差。摆位误差又包含系统误差、随机误差两部分[6-7]。随机误差是由于分次治疗患者体位差异、加速器等设备的不稳定及技术组成员操作误差造成；系统误差的产生原因主要跟仪器因素有关，比如加速器精确度的下降[8]。统一摆位标准和配准标准，可以有效减低摆位误差[9-10]。本文分析与探讨了不同人员对肺癌CBCT图像配准误差情况，现报告如下。

1 资料与方法

1.1 研究对象

随机抽取2016年2月到2016年12月在我科放疗的20例肺癌患者作为研究对象，纳入标准：选择应用容积调强技术治疗；没有胸部放疗史；经组织学或细胞学检查结果为原发性肺癌；KPS评分≥70。其中男性12例，女性8例；年龄48～81岁，平均年龄(67.33±3.29)岁；临床分期：Ⅱ期6例，Ⅲ期8例，Ⅳ期6例。

1.2 定位及CBCT扫描

选择Simens 大孔径CT模拟定位机定位、带有机载锥形束CT的Varian Rapidarc直线加速器治疗。患者均用热塑体膜固定，双手抱头，头垫C枕。胸部CT扫描，层间距 5 mm，扫描范围为下颌到肝上缘。在CBCT扫描参数中，层距2.5 mm，矩阵384×384，电压80 KV，电流25 mA，每帧图像获取时间为8 ms。每周行1次CBCT扫描。在勾画靶区中，靶区可以分为大体肿瘤区(gross tumor volume，GTV)、计划靶区(planning target volume，PTV)、临床靶区(clinical target volume，CTV)等。GTV是临床和影像学检查所确定的肿瘤范围，CTV包括GTV加上亚临床病灶，PTV是CTV加器官运动的范围以及摆位误差。

1.3 图像配准

先由配准软件进行自动配准，然后由三名医技人员进行手动图像配准，包括技师、主管技师与医生，医生为放射治疗肿瘤学博士，副主任医师，工作年限10年以上，采取肿瘤作为配准参照物配准；主管技师为临床医学本科，工作年限10年以上；技师为医学影像学本科，工作年限2年以内。采取胸骨作为配准参照物配准。在左右(Lat)、进出(Lng)、升降(Vrt)3个方向上进行配比，并记录误差。

1.4 统计学分析

2 结果

20例患者均顺利完成30次治疗，中间均没有重新做模具或重新CT定位，共获得CBCT图像120个。本研究对这120个CBCT图像分别进行配准。

2.1 CBCT自动配准稳定性与误差

使用自动配准方式对同幅CBCT图像连续进行3次配准，配准范围：左右边界是胸骨以及患侧肋骨，上下边界是扫描的可见范围。结果显示配准结果保持不变。各方向轴的误差均在1 mm以内，自动配准方法的可重复率好。在Lat、Lng、Vrt方向的摆位误差分别为(0.23±0.13)mm、(0.23±0.10)mm、(0.24±0.09)mm。

2.2 CBCT手动配准误差

配准范围：左右边界是胸骨以及患侧肋骨，上下边界是扫描的可见范围。技师在Lat、Lng、Vrt方向的误差分别为(0.24±0.11)mm、(0.25±0.15)mm、(0.27±0.23)mm；主管技师分别为(0.10±0.08)mm、(0.11±0.07)mm、(0.13±0.09)mm；医生分别为(0.20±0.11)mm、(0.21±0.14)mm、(0.18±0.11)mm，主管技师手动配准误差都明显低于技师与医生(P<0.05)，也低于自动配准误差(P<0.05)(表1)。

表1 不同人员对肺癌CBCT图像配准误差对比

2.3 误差发生率比较

以误差≥0.20 mm作为误差发生的标准，自动配准在Lat、Lng、Vrt方向的误差发生率分别为20.0%、10.0%、20.0%；技师手动配准的误差频率分别为20.0%、20.0%、20.0%，主管技师分别为0.0%、0.0%与10.0%，医生分别为20.0%、30.0%、20.0%，见表2。

表2 不同人员对肺癌CBCT图像配准误差发生率比较

3 讨论

肺癌是我国常见恶性肿瘤之一，放疗是肺癌的主要治疗方法之一。精确放疗可以减少正常组织受量，降低放射性肺炎的发病率，提高病人的治愈率[11]。图像引导放疗很好的保证了治疗精确度[12]，CBCT是图像引导的一种，它能提高摆位的精确度，有利于危及器官的保护[13-14]。不过由于CBCT图像引导放射治疗技术受到肠胃蠕动、呼吸运动和靶区缩放等因素变化影响，所以对技师的配准能力提出了更高的要求[15]。

图像配准是目前放射治疗领域的关键技术，其需要对DRR图像和CBCT图像进行配准，修正患者的摆位误差。医学图像配准过程包括空间变换T、相似性测度、优化算法和图像插值等，CBCT系统中有摆位误差的自动配准系统，但是配准效果一直不太好[16-18]。技师和主管技师配比时，采用胸骨为主要配比参照物，肿瘤为辅助参照物，胸骨位置变化较小，所以配比误差较小。医生配比时，主要考虑肿瘤有没有出计划靶区，所以采用肿瘤为主要配比参照物，胸骨为辅助参照物，肺癌肿瘤受呼吸动度影响较大，所以医生配比误差略大。本研究显示主管技师手动配准误差都明显低于技师与医生，也低于自动配准误差。主管技师手动配准的误差频率分别为0.0%、0.0%与10.0%，也处于最低水平，结果证明了基于CBCT在图像配准增加了肺癌放疗的精确性。而主管技师由于工作经验丰富，对骨性标志和肿瘤边界区分良好，能够在匹配好骨性标志的同时很好的兼顾肿瘤区，对摆位误差进行修正，减小该摆位误差，有助于确定合适的放疗外放边界[19]。

CBCT能获取一定体积内的CT图像，在短时间内可以完成数据的获取和大量图像的重组，重建CT图像配准，获取摆位误差，可以进行在线校正[20-21]。能提高患者实际受照射剂量的精确性。不过在整个放疗过程中，每次治疗时患者的摆位位置会有所变化，而这种摆位的不精确性可造成靶区漏照，因此对于人工配准的要求也比较高[22-25]。因本研究样本有限，得出的结论不具有指导意义，将在下一步研究中加大样本量进行深入分析。

随着放疗技术的发展和新设备的出现，对技师的要求会越来越高。不能仅仅满足于会摆位，还要掌握影像配比、解剖知识，甚至B超技术和剂量验证等知识。年轻技师是科室的后备力量和生力军，要加大对他们的培养力度，在实际工作中建议实行一老带一新的工作制度，为他们的成长保驾护航。同时科室内统一匹配标准，有利于形成规范，进而可以减少临床医生的工作量。

总之，不同人员在肺癌CBCT图像配准中都有一定的摆位误差，主管技师手动配准能缩小误差，且能改善自动配准效果。