图像引导放射治疗技术不同验证模式对头颈部肿瘤调强放疗摆位误差的影响

吴 冰 马广栋 王亮和

(武汉大学人民医院放疗中心，湖北省武汉市 430060，电子邮箱：zqw@163.com)

随着调强适形放疗等技术的广泛开展，放疗已进入精确定位、精确计划、精确治疗的新时代，因此临床上对放疗摆位精度提出了更高的要求，而图像引导放射治疗(image-guided radiation therapy，IGRT)技术为调强放疗位置的准确性提供了质量保证。IGRT将机载影像(on-board imager，OBI)系统和直线加速器相结合[1]，通过采集治疗前患者的DR图像或锥形束CT(cone beam CT，CBCT)图像，并与计划系统所生成的数字重建放射影像图像或CT图像进行匹配，分析不同方向上的实际误差，纠正摆位误差，从而实现精确放疗。由于头颈部肿瘤与重要器官或组织毗邻，放疗时需保护周围正常组织，采用IGRT技术可以提高治疗的位置精度，减少对周围正常组织的照射量。但采用IGRT技术治疗时图像的验证配准方式是影响位置精度的主要因素[2]。本研究采用Varian公司OBI系统的IGRT二维KV-KV和三维CBCT模式进行位置验证，比较两种模式对放疗精度的影响，以期为临床精确治疗提供参考。

1 资料与方法

1.1 临床资料 选取2015年6月至2016年6月在我院放疗中心行调强放疗的20例头颈部肿瘤患者为研究对象，其中男性12例，女性8例，年龄25～70岁，中位年龄45岁；卡氏评分均≥70分；鼻咽癌7例，喉癌5例，颅内肿瘤8例(星形细胞瘤4例，垂体瘤4例)。回顾性分析患者的临床资料，将20例患者按不同验证方式分为A组及B组，每组各10例。A组行二维KV-KV位置验证，B组行三维CBCT位置验证。两组患者的一般资料比较，差异均无统计学意义(均P>0.05)，见表1。

表1 两组患者一般资料比较

注：“—”为Fisher确切概率法。

1.2 研究方法

1.2.1 体位固定及定位CT扫描：所有患者根据实际情况选用合适头枕，采取仰卧位，头颈肩用热塑膜面罩固定，用美国GE公司HiSpeed螺旋CT机进行定位，扫描范围从颅顶到胸锁关节，层厚2.5 mm，将图像传至Varian Eclipse计划系统进行计划设计并生成数字重建放射影像图像。

1.2.2 图像采集：用美国Varian公司Clinac 23IX直线加速器OBI系统的KV-KV和CBCT图像采集模式分别对A、B两组进行摆位图像采集。KV-KV图像采集方法为：利用Varian OBI系统的KV级Exact Arm机械臂，机架角设置为0°和90°或0°和270°，曝光条件为100 kV、100 mA、80 ms，获取正交两幅图像。CBCT图像采集方法为：在千伏源处附加全滤线器获取验证图像，机架角从22°逆时针旋转到178°，图像采集范围为200°，图像重建矩阵设为512×512，重建层厚2.5 mm。

1.2.3 图像配准：所有患者治疗前均进行1次位置验证，位置验证频率为每周1次，患者疗程为5～7周，中位疗程为6周。A组采用二维KV-KV模式验证58次共收集65幅图像，B组采用三维CBCT模式验证63次共采集62幅图像。图像配准范围主要是等中心计划靶区所包括的靶区范围。(1)KV-KV的配准方式和配准区域：KV-KV主要采用骨性配准。正位片配准参考骨性标记包括下颌骨左右边缘、下颌骨下缘、颈椎左右缘、锁骨上下缘；侧位片配准参考骨性标记包括下颌骨前缘、枕骨下缘、颈椎前缘和棘突。图像配准范围主要是等中心前后、上下射野单上记录的距离范围。(2)CBCT的配准方式和配准区域：CBCT主要采用骨性配准和软组织配准。三维图像配准包括轴位、矢状位和冠状位3种方位，先配准矢状位和冠状位再配准轴位，其中矢状位配准参考骨性标记同二维侧位片配准，冠状位配准参考骨性标记同二维正位片配准，轴位验证影像要具体参考骨性标记的左右、前后。图像配准范围主要是等中心计划靶区所包括的靶区范围。

1.2.4 获取数据：将采集的KV-KV图像、CBCT图像与计划系统生成的数字重建放射影像图像和定位CT图像进行对比。(1)记录治疗床位置在不同方向的误差数值，比较两组患者水平方向上前后、头脚、左右的位置偏差数据，摆位误差的最大值均为其绝对值。任一方向各位置的摆位误差大于3 mm时，需调整患者该方向上的治疗位置至验证后治疗坐标位置，而水平方向各位置的摆位误差小于3 mm时也需调整患者该方向上的治疗位置至验证后治疗坐标位置，调整治疗床位置后再行放疗。(2)记录B组患者的旋转偏差，包括绕左右、绕头脚、绕前后方向的位置偏差数据。由于KV-KV模式在旋转方向上不能识别，故只分析平移方向。

1.3 统计学分析 采用SPSS 19.0软件进行统计分析。计量资料以(x±s)或[M(P25，P75)]表示，组间比较采用t检验或秩和检验；计数资料以例数(百分比)表示，组间比较采用χ2检验或Fisher确切概率法。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 两组患者摆位误差比较 两组患者的前后、头脚、左右方向摆位误差比较，差异均无统计学意义(均P>0.05)，但A组前后、头脚、左右方向上摆位误差的最大值均大于B组，见表2。B组绕左右、头脚、前后方向的旋转偏差分别为0.57°(0.32°，1.37°)、1.18°(0.74°，1.58°)、0.99°(0.62°，1.93°)。

表2 两组患者水平方向摆位误差比较(mm)

2.2 两种验证模式条件及效果比较 B组的影像清晰度、配准区域、配准方式均优于A组。B组图像清晰，各器官清晰可见，以等中心计划靶区包括的范围为配准区域，配准方式为骨性配准+自动配准+软组织配准；而A 组图像模糊，组织器官叠加，仅以射野分布范围为配准区域，配准方式为骨性配准+自动配准。A组的验证时间及影像采集获取时间均短于B组(均P<0.05)，见表3。

表3 两种验证模式的效果比较(x±s)

3 讨 论

近年来，恶性肿瘤的发病率逐年增高，已成为危害人类健康的高发疾病。放疗是恶性肿瘤综合治疗的主要手段之一，占所有恶性肿瘤治疗方法的50%～70%[3]。由于头颈部肿瘤部位特殊，周围重要器官较多，因此行调强放疗时复杂形状的剂量分布对治疗位置的准确性要求更高。IGRT技术的应用能够及时矫正摆位误差，从而提高放疗精确度。摆位误差包括系统误差及随机误差[4]。系统误差由直线加速器、伽马刀、射波刀等放射治疗设备的机械误差引起，而随机误差具有随机性，主要与患者在治疗过程中的体位变化、放疗技师的工作实践水平有关。摆位误差虽不可消除，但需要尽可能减小。以往放疗的位置验证主要依靠拍摄射野验证片或电子射野影像，存在图像采集配准复杂、分辨率较低、无法进行自动对比等局限性[5]，难以满足调强治疗等高精度放疗的要求。目前在临床上OBI系统主要用于患者治疗位置的修正，具有采集配准方便、图像质量清晰、患者吸收剂量较小、自动化程度高等优点[6]。

本研究结果显示，二维KV-KV验证模式和三维CBCT验证模式在水平方向上前后、头脚、左右位置的摆位误差比较，差异均无统计学意义(均P>0.05)，这提示两种模式在水平方向位置验证的准确性无明显差异。二维KV-KV验证模式图像信息量较三维CBCT图像少，只能保证在平移方向位置的准确性，不能体现体位的旋转偏差；但与平移偏差相比，旋转偏差对靶区影响甚小[7]，且两种模式的水平方向的摆位偏差均小于3 mm。两种验证模式均能矫正治疗中的摆位误差，提高放疗精度。

本研究结果还显示，二维KV-KV验证模式的验证时间、影像采集获取时间均短于三维CBCT验证模式(均P<0.05)，但三维CBCT验证模式的影像清晰度、配准区域、配准方式均优于二维KV-KV验证模式。二维KV-KV验证模式具有获取时间短、成像快等优点，但存在影像清晰度低、仅能分析骨性解剖误差等局限性；三维CBCT图像虽存在获取时间长、成像慢等局限性，但在获取的三维影像中各个器官影像均清晰可见，易对于位移的分析和比对，同时三维CBCT图像的配准区域为骨性配准+自动配准+软组织配准模式，既能够分析骨性的解剖误差，也可以分析靶区软组织的变化情况。在实际治疗过程中，多数患者首次治疗的摆位误差较后续治疗过程中产生的摆位误差大，可能与患者初次治疗时因紧张而配合不佳有关。因此，若客观条件限制无法保证每位患者在治疗前均行IGRT技术的位置验证，对于一般情况好，体重变化不大的患者，可酌情每周行1～2次的位置验证，根据误差情况调整摆位；对于多次摆位误差均较大的患者，尽可能每次治疗前行IGRT技术来保证放疗的精确性。

综上所述，IGRT技术的二维KV-KV验证模式和三维CBCT验证模式在水平方向上对摆位误差的验证效果相当，均能提高头颈部摆位的精确度，减少分次间的摆位误差。在临床治疗时可根据患者的承受度和配合程度选择摆位误差验证模式。