千伏級CBCT與X線透視成像校正鼻咽癌患者擺位誤差相關性及一致性研究

黃敏霞 沙朝豐 史安娜

在鼻咽癌圖像引導下的調強放射治療中，利用千伏級錐形束CT（CBCT）進行在線擺位校正是目前常用的方法。利用CBCT進行掃描，可以顯示靶區及正常組織的三維解剖結構，但是存在掃描耗時長、患者受照劑量高的缺點。對于分割次數較多的患者，不適合在每次治療前利用CBCT進行擺位校正。此外，一些基層醫院并不具備CBCT圖像引導直線加速器硬件的條件，也無法利用CBCT進行擺位校正。傳統的X線透視成像可能成為CBCT的替代方法，這種方法具有掃描耗時少、患者受照劑量低的優點，但它只能顯示二維圖像的解剖結構。因此，X線透視成像在放射治療中能否達到CBCT的擺位校正效果，有待進一步探討。筆者比較了這兩種圖像采集方法在校正鼻咽癌患者擺位誤差時的相關性及一致性，以期為臨床應用提供參考。

1 對象和方法

1.1 對象 選擇2016年2月本院收治的35例鼻咽癌患者為研究對象，均為男性，年齡44（31，65）歲。所有患者在瓦里安Acuity模擬機透視下，按放射治療要求擺正體位；再根據臨床醫囑進行熱塑拉膜固定，在面罩上作兩側及正面的十字線標志。使用GE公司Highspeed CT模擬定位機掃描患者的定位圖像；將圖像通過放療網絡傳至飛利浦公司Pinnacle 9.2計劃系統，由醫生勾畫靶區后進行調強計劃設計；計劃批準后，將等中心位置參數、定位CT的數字重建射野圖像（DRR）等治療參數經網絡傳至醫科達Synergy加速器機載XV系統中。35例鼻咽癌患者共進行300次擺位校正前的CBCT和X線透視成像，在操作過程中患者均未出現不適感，依從性良好。

1.2 圖像采集及匹配 （1）按CT掃描位置，患者平躺在Synergy加速器治療床上；按要求完成患者擺位流程，并將激光對準面罩上3個方向的十字線標志，用XV系統拍攝千伏級正側位X線透視圖像，面積30cm×30cm。前后方向的透視參數：電壓100kV，電流200mA，時間4ms；左右（Lateral）方向的透視參數：電壓70kV，電流200mA，時間20ms。參照骨性標志，將拍攝的正側位圖像與計劃CT參考圖像DRR進行手動配準，見圖1；記錄擺位誤差的數據。（2）完成以上操作后，在Synergy加速器上對患者行CBCT掃描，掃描電壓100kV，單幀掃描電流80mA，單幀掃描時間25ms；獲取一組校正前的X線容積圖像，并與計劃CT參考圖像進行自動的骨性配準，見圖2；酌情進行手動微調，獲取患者左右（x）、上下（y）、前后（z）等3個平移方向上的擺位誤差值。按照本院標準，若平移誤差≤0.2cm，則直接實施放療；若平移誤差＞0.2cm，根據配準誤差移動治療床，再實施放療。

圖1 千伏級X線透視圖像與DRR手動配準

圖2 CBCT圖像自動配準

1.3 數據處理 根據Van等[1]方法分別計算兩種圖像采集方法的系統擺位誤差（Σ，即每例患者平均偏移的標準差）和隨機擺位誤差（σ，即每例患者偏移的標準差的均方根）。根據公式M_ptv=2.5Σ+0.7σ，分別計算兩種圖像采集方法的 CTV-PTV外放邊界（M_ptv）推薦值。應用 SPSS 20.0統計軟件對兩種方法的測量結果進行Spearman相關分析，P＜0.05為差異有統計學意義。應用Bland-Altman繪圖法檢驗兩種方法的一致性。根據本院標準，將界值定為0.2cm，若95%一致性限度＜0.2cm，認為兩種方法是一致的。

2 結果

2.1 兩種圖像采集方法在x、y、z方向的平移擺位誤差 CBCT在x、y、z方向的CTV-PTV外放邊界（M_ptv）推薦值分別為 0.41、0.56、0.31cm，X 線透視成像在 x、y、z方向的CTV-PTV外放邊界（M_ptv）推薦值分別為0.36、0.50、0.43cm，見表 1。

表1 CBCT和X線透視成像的平移擺位誤差（cm）

2.2 兩種圖像采集方法的相關性 經Spearman相關分析，兩種圖像采集方法在x、y、z方向所得的平移擺位誤差結果均呈正相關（rs=0.634、0.869和0.735，均P＜0.05）。

2.3 兩種圖像采集方法的一致性 兩種圖像采集方法在 x、y、z方向上的 95%一致性限度分別為[0.26，-0.22]、[0.21，-0.23]、[0.21，-0.33]cm，均＞0.2cm，提示兩種圖像采集方法所得的平移擺位誤差缺乏足夠的一致性，見圖3。

圖3 擺位誤差的一致性檢驗圖

3 討論

對于頭頸部腫瘤患者，使用傳統的X線電子射野影像系統（EPID）拍攝等中心驗證片的單次劑量可達2～6cGy[2]，而直線加速器 CBCT 的單次劑量為 3～9cGy[3]。EPID使用兆伏級X射線，軟組織顯像能力較弱；而CBCT使用千伏級X射線，其射線利用率及圖像分辨率均較高，軟組織顯像能力明顯增強，并能顯示人體三維解剖結構。因此，在劑量相差不大的情況下，CBCT具有明顯的優勢[4]。對于鼻咽癌患者，千伏級X線透視成像也是值得考慮的擺位驗證技術。該技術的單次劑量僅1～3mGy[5]，較 EPID、CBCT 均小了一個數量級；但射線利用率、圖像分辨率及軟組織顯像能力與CBCT相當。千伏級X線透視成像只能顯示二維透視圖像，且無法考慮到呼吸對器官成像位置的影響；但是鼻咽癌治療計劃的感興趣區均在顱腔內，其位置相對于骨性標志的偏差不如肺癌、食管癌明顯，因此使用不考慮呼吸運動的2D成像技術應該足以完成鼻咽癌患者的日常擺位驗證。

本研究發現CBCT與千伏級X線透視成像的擺位誤差的平均值、系統誤差、隨機誤差的差值均低于直線加速器系統的測量精度和機械精度（0.1cm），與Murphy等[5]研究結果一致。經Spearman相關分析，發現兩種圖像采集方法在x、y、z方向所得的平移擺位誤差結果均呈正相關，與李明輝[6]研究結果一致。表1各組數據的比較過程中，參考Van等[1]研究方法，對原始數據進行多次統計平均。因此，這種比較從某種程度上忽略了每次擺位中間存在的細節問題。為進一步研究CBCT與千伏級X線透視成像能否相互替代，尤其要考慮單次擺位所得擺位誤差的差異，本研究使用Bland-Altman繪圖法來評價兩者的一致性。結果表明兩種圖像采集方法在x、y、z方向上的95%一致性限度均＞0.2cm，與李明輝[6]研究結果不同?？紤]原因可能有以下兩點：（1）本研究先拍攝千伏級X線透視成像片，再拍攝CBCT，但李明輝[6]只拍攝了一次CBCT，千伏級X線透視成像片是從CBCT中重建出來的；（2）本研究利用骨性標志找到上頜骨、下頜骨、鼻中隔的位置，用千伏級X線透視圖像與DRR進行手動匹配，但李明輝[6]先在DRR上勾畫骨性解剖結構，包括顱骨、脊柱前后緣、硬腭、鼻中隔、眼眶、垂體窩等骨性結構，再將這些結構自動映射到透視圖像上并手動匹配。但在臨床實踐中，醫生通常只勾畫與放療有關的感興趣區，很少為了千伏級X線透視成像而專門勾畫骨性標志。此外，本研究發現千伏級X線透視成像與CBCT一致性較差（兩者一致性限度＞0.2cm），千伏級X線透視成像尚不足以替代CBCT。分析原因有以下兩點：（1）CBCT能顯示三維解剖結構，筆者能綜合靶區、軟組織和骨性標志的偏差來確定CBCT最終的平移誤差，但在千伏級X線透視成像中，筆者只能根據有限的骨性標志來確定平移誤差；（2）與千伏級X線透視圖像比較的是DRR，該圖像是由5mm一層的CT圖像重建所得，經多次運算后丟失了很多信息，而CBCT與CT圖像是三維的，受層厚和CT重建的影響較小[7]。可見，相比千伏級X線透視成像，CBCT所得的平移擺位誤差更可靠。

綜上所述，千伏級X線透視成像尚不能替代CBCT?？紤]到千伏級X線透視成像的照射劑量較CBCT小一個數量級，臨床上可根據實際情況聯合運用兩種方法，以實現臨床治療的最佳效果。