CBCT不同扫描参数在椎体图像引导调强放疗中的应用研究

黄成剑，李勇，杨金鑫，王先良

四川省肿瘤医院 放疗中心，四川 成都 610000

引言

骨转移多见于晚期恶性肿瘤，尤其是肺癌、乳腺癌、前列腺癌等，仅次于肺和肝脏转移[1]。骨转移中以脊柱转移最为常见，脊柱转移瘤70%发生在胸段，20%发生在腰段，10%发生在颈段。椎体为最常受累的部位，次之是椎板和椎弓根[2]。受到肿瘤侵入或病理性骨折[3‐4]即可引起剧烈疼痛及脊髓压迫症，甚至引起截瘫。椎体转移瘤的疼痛治疗可以有药物镇痛、放射治疗等，目前国际上对于椎体转移瘤病人多采用放射治疗[5‐8]，一方面可以止痛，另一方面可以预防椎体破坏脊髓神经压迫预防截瘫。传统椎体放疗模式一般为二维或三维放疗，采用常规分割方式实施照射[9‐10]。由于缺乏靶区的高度适形性和精确性，且存在脊髓受量的限制，治疗常无法得到满意的效果。随着放疗设备的更新、计算机技术及放射物理知识的进步，放疗技术已经从常规放疗发展为精确放疗，三维适形放疗、调强适形放疗及单次大剂量少分次立体定向放疗[11]，但是这些放疗技术剂量分布梯度陡峭，而放射治疗实际治疗过程中摆位误差的存在使靶区实际接受的剂量与治疗计划不一致，这就要求在放疗过程中的配准精度更高，而图像引导放疗（Image Guide Radiation Therapy，IGRT）[12]锥形束CBCT技术的出现，可以实时调整摆位过程中产生的误差[13]，大大提高了靶区受量减少了靶区周围正常组织受量[14]。由此放射治疗精确度大大提高，从而使进一步增加靶区照射剂量以提高疗效成为可能。为患者进行预防性处理和有效治疗，有助于缓解甚至消除症状，改善生存质量[15]。临床上加速器图像引导的常规扫描条件中并没有针对椎体放疗的扫描条件，按照椎体对应的部位选择扫描条件，本次研究对不同CBCT扫描条件在椎体IGRT中的应用进行研究。

1 材料与方法

1.1 研究对象

选择本院2019年1月至2020年2月期间使用Elekta Axesse治疗设备进行治疗的23例胸椎腰椎病灶需要放疗的病人。其中胸椎8例，腰椎15例；患者年龄46～73岁；病人体重指数相似。其中19例患者采取体部低温热塑膜联合体板固定，4例因为脊柱畸形采用真空垫联合低温热塑体膜和体板固定，利用治疗室内激光线及体网标记线摆位。

1.2 方法

1.2.1 计划CT图像的获取

患者平卧于治疗床，用热塑体模固定。使用Philips 16排CT模拟定位机扫描，数据图像传至Oncentra4.3 TPS，医师勾画靶区后物理师行IGRT计划的优化和设计，计划确认后IGRT计划传至Elekta Axesse直线加速器。

1.2.2 CBCT成像获取

利用我院配备的千伏级CBCT图像引导的Elekta Axesse直线加速器（Synergy系统）可获取XVI。常规摆位后，首先进行治疗前CBCT扫描获得治疗前XVI，然后与计划CT图像自动胸腰椎骨解剖结构（锥体、锥孔、棘突）加手动微调配准并经放疗医师和物理师共同确认。每位患者在放疗实施前，分别采用A、B两种扫描条件的CBCT进行摆位验证。在Synergy坐标系下，基于XVI傅里叶卷积配准算法，得到A、B两组扫描条件下，病人左右（X）、头脚（Y）、腹背（Z）三个方向上的两组误差值（表1）。

表1 A、B两种扫描参数设置

1.3 统计学分析

比较两组患者左右（X轴）、头脚（Y轴）、腹背（Z轴）摆位误差值，用配对t检验。全部数据统计采用SPSS 18.0软件完成，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 CBCT获得的XVI数据

配准次数为304次，其中58次为患者脊柱畸形和疼痛不能保持体位校正后的摆位误差，在扫描条件A中，摆位误差在 X、Y、Z 轴方向分别为（0.073±0.305）、（0.159±0.03）和（‐0.152±0.14）cm，在扫描条件B中，摆位误差在X、Y、Z轴方向分别为（0.057±0.195）、（0.057±0.195）和（‐0.106±0.005）cm，对应的t值分别为 1.474、1.231、1.725，对应的P值分别为0.154、0.231、0.098（表2）。两组摆位误差值在X、Y、Z三个方向上P>0.05差异均无统计学意义。

表2 A、B两种条件不同方向获得图像配准误差结果（±s，cm）

表2 A、B两种条件不同方向获得图像配准误差结果（±s，cm）

组别 X轴方向 Y轴方向 Z轴方向A条件 0.073±0.305 0.159±0.03 ‐0.152±0.14 B条件 0.057±0.195 0.141±0.05 ‐0.106±0.005 t值 1.474 1.231 1.725 P值 0.154 0.231 0.098

2.2 两种条件扫描时间及剂量对比

A条件获取图像时间为69 s，B条件获取图像时间为40 s，A条件患者CBCT接受的扫描剂量为0.6 mGy，B条件患者接受的扫描剂量为22 mGy，患者接受剂量均由XVI软件自动获取，A条件获取图像时间以及扫描时患者接受的剂量均低于B条件。A条件明显的缩短了患者卧床时间，同时A条件患者受额外的辐射剂量远远小于B条件的剂量（表3）。两种条件获取图像情况，见图1。

图1 A、B条件获取的图像

表3 A、B两种条件扫描时间及剂量对比

3 讨论

放射治疗是一种高精度治疗方法，其优势在于精确定位、精确计划、精确治疗。先进的医学影像技术的飞速发展极大促进了高精度放疗的实施，特别是千伏级CBCT技术。该技术利用X线源产生的锥形束连续绕患者旋转1周，将获取的一系列图像进行三维重建即可获得XVI图像[16]。XVI图像与定位CT图像进行匹配后，不仅能精确计算出三维方向上的平移误差，还能计算出相应的旋转误差，同时反映出照射靶区及OAR位置和形态变化。经治疗床自动在线校准后，可使摆位误差明显减小，提高肿瘤控制，确保了靶区可以达到更高的照射剂量，而脊髓剂量在耐受范围之内[17]，在脊柱放疗中很好地保护了重要神经组织。对于部分脊柱畸形患者，背部隆起畸形，平坦度差，关节骨骼的不对称，可以采用真空袋固定患者[18‐19]，避免体部移位引起照射误差。最近几年立体定向放疗大量运用于锥体转移瘤中，减少了病人照射次数，降低了误照率[20‐21]。由于大部分有椎体肿瘤患者仰卧于治疗床时间不能太长，要尽量减少配准时间和治疗时间。

在扫描配准环节，目前国内外多用电子射野影像系统（Electronic Portal Imaging Device，EPID）和CBCT进行肿瘤的校准，袁珂等[22]在对EPID和CBCT研究得出胸腹部成像扫描配准平均时间为（525±173）、（620±180）s，配准误差范围分别（3.21±0.89）、（1.95±0.64）mm，EPID成像时间短，但是精确度比CBCT要差。最近几年MR‐Linac也是在国内外普及开来，由于磁共振成像方式不同于EPID和CBCT，对患者不产生的额外辐射，减少了对患者二次辐射的危害，Nejad‐Davarani等[23]研究磁共振快速多对比度成像中，通过策略性获取梯度回波，减少了磁共振扫描时间，比较于CBCT扫描时间仍然过长，在脊柱转移瘤中，只需要满足配准时间短和刚性结构配准度高的情况下，CBCT仍然具有很大的优势。本研究通过对CBCT的不同成像参数研究，发现A条件下图像的噪声明显多于B条件，图像质量相比A条件下图较差。由于椎体是高密度组织，在CT图像中可以获得高的分辨率，在感兴趣范围集中在椎体时，XVI的傅里叶卷积配准算法可以对椎体进行配准。两组摆位误差值在X、Y、Z三个方向上P>0.05差异均无统计学意义，说明在椎体图像引导放疗中A、B两种条件的CBCT可以获得同样精准的结果。同时A条件获取图像时间以及扫描时的剂量均低于B条件，能够缩短患者治疗摆位和图像追踪时间，减少患者接受图像引导部分产生的额外照射剂，可以考虑在临床中推行A条件作为椎体IGRT的扫描条件。