放射治療計劃系統(tǒng)圖像配準(zhǔn)方式在頭頸部腫瘤患者擺位中的應(yīng)用

柳炫宇，陳君，盧琳，藍(lán)林臻，曾疆，陳龍建，郭飛寶（通信作者）

福建醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院 （福建福州 350004）

隨著放射治療技術(shù)的發(fā)展和設(shè)備的不斷更新，放射治療已經(jīng)進(jìn)入精準(zhǔn)治療時代，極小的誤差都可能導(dǎo)致靶區(qū)受照射劑量不足，而周圍危機(jī)器官受照射劑量增加[1]。頭頸部腫瘤（鼻咽癌、下咽癌等）周圍分布著許多重要的組織和器官，如視神經(jīng)、腦干、腮腺、頸段脊髓等，且腫瘤與周邊組織的間距較小，這對放射治療技術(shù)提出了更高的要求[2-3]。目前，圖像引導(dǎo)放射治療（image guide radiation therapy，IGRT）是保證精準(zhǔn)治療的重要手段[4-5]。其中千伏級錐形束CT（kilovoltage cone beam computer tomography，kV-CBCT）所拍攝圖像的軟組織分辨力高，等中心一致性好，是目前臨床最為常用的成像設(shè)備[6]；但kV-CBCT 圖像是由直線加速器的機(jī)載影像系統(tǒng)（on board imager，OBI）所獲取的，采用kV-CBCT 對患者進(jìn)行位置驗(yàn)證會極大地延長患者在直線加速器上首次擺位的時間，影響直線加速器的常規(guī)治療任務(wù)。因此，若在不引入其他新設(shè)備或軟件的情況下，能夠?qū)⑹状螖[位的位置驗(yàn)證任務(wù)從直線加速器上解脫出來，將極大地提高放射治療的效率及直線加速器的使用率。本研究采用放射治療計劃系統(tǒng)（radiation therapy planning system，TPS）圖像配準(zhǔn)方式得到TPS 首次擺位誤差，并將其與直線加速器kV-CBCT 的首次擺位誤差進(jìn)行比較，探討采用TPS 圖像配準(zhǔn)方式進(jìn)行擺位的可行性，現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2019年4－8月于我院接受圖像引導(dǎo)放射治療的108例頭頸部腫瘤患者的臨床資料，其中男73例，女35例；膠質(zhì)瘤28例，鼻咽癌32例，腦轉(zhuǎn)移癌8例，鼻腔癌4例，腮腺癌2例，口腔癌7例，喉癌8例，下咽癌7例，腦膜瘤3例，腦髓母細(xì)胞瘤2例，舌癌6例，垂體瘤1例。所有患者均采用同一批次定位膜進(jìn)行體位固定，定位膜制作均由同一技師完成，其制作及冷卻時間充足。

納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）患者均有明確的病理診斷或影像學(xué)診斷；（2）患者醫(yī)囑遵循性良好；（3）患者均為首次接受放射治療，非二次放射治療加量。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）患者頭頸部存在外生腫物或贅生物；（2）患者存在明確的放療禁忌證；（3）患者存在嚴(yán)重并發(fā)癥；（4）患者存在雙側(cè)瞳孔散大、深度昏迷及大腦強(qiáng)直等危急癥狀。

1.2 方法

1.2.1 相關(guān)設(shè)備

（1）固定架：Klarity S 型碳纖維一體化人體固定架R609-SFCF3。（2）定位膜：Klarity S 型頭頸肩膜R460ST。（3）恒溫烤箱：Klarity 多功能烤箱KT-820。（4）掃描設(shè)備：西門子大孔徑CT 模擬定位機(jī)（SOMATOM Definition AS）。（5）計劃設(shè)計軟件：Raystation TPS（V4.7.5）。（6）直線加速器：瓦里安Trilogy 5918醫(yī)用直線加速器。

1.2.2 定位掃描

囑患者著薄棉質(zhì)無領(lǐng)無扣寬松衣服，拔除金屬假牙，去除頭頸部所有飾品，平躺于固定架上，目視上方，雙手自然置于身體兩側(cè)；將恒溫烤箱加熱軟化后的頭頸肩膜貼敷于患者頭頸肩部皮膚表面，并用鎖扣固定于固定架上，常溫下靜置30 min 成型；由臨床醫(yī)師判斷腫瘤所在區(qū)域，將該區(qū)域移至外部激光燈交匯處，并畫線標(biāo)記，交點(diǎn)處粘貼直徑1 mm 的球形鉛點(diǎn)進(jìn)行掃描（掃描層厚為3 mm），得到定位掃描CT 圖像。

1.2.3 計劃設(shè)計

在Raystation TPS 上進(jìn)行靶區(qū)的勾畫及放射治療計劃方案的設(shè)計。

1.2.4 首次擺位誤差的獲取

TPS 首次擺位誤差的獲取：患者在進(jìn)行定位掃描的CT模擬定位機(jī)下進(jìn)行擺位圖像掃描，患者狀態(tài)同定位掃描（無假牙，無飾品，相同衣服，相同姿勢，平躺于固定架上），采用個體化的頭頸肩定位膜進(jìn)行固定；根據(jù)定位膜上的標(biāo)記線將患者移至參考（reference，Ref）點(diǎn)，再根據(jù)TPS的移位數(shù)據(jù)，將患者移至照射等中心（isocenter，Iso）點(diǎn)，并在此處進(jìn)行擺位掃描，掃描條件同定位掃描，將得到的圖像傳回TPS；在TPS 上根據(jù)CT 圖像灰度配準(zhǔn)方式將擺位圖像與計劃設(shè)計CT 圖像進(jìn)行配準(zhǔn)融合，必要時由臨床醫(yī)師進(jìn)行手動調(diào)整，將融合后的圖像誤差減去TPS 的擺位移位數(shù)據(jù)，得到左右（LR）、頭腳（SI）、前后（AP）3個方向上的配準(zhǔn)誤差，作為TPS 首次擺位誤差。

kV-CBCT 首次擺位誤差的獲取：在瓦里安Trilogy 5918醫(yī)用直線加速器上進(jìn)行首次擺位，患者狀態(tài)同定位掃描（無假牙，無飾品，相同衣服，相同姿勢，平躺于固定架上），并采用個體化的頭頸肩定位膜進(jìn)行固定；根據(jù)外部激光燈系統(tǒng)將患者移至Ref 點(diǎn)，再根據(jù)TPS 的移位數(shù)據(jù)，將患者移至Iso 點(diǎn)，并在此處采用OBI 實(shí)時采集患者的kVCBCT 圖像，將所獲得的圖像與計劃設(shè)計CT 圖像進(jìn)行對比，并以計劃設(shè)計CT 圖像為基準(zhǔn)，根據(jù)圖像的灰度值進(jìn)行自動配準(zhǔn)，必要時由臨床醫(yī)師進(jìn)行手動調(diào)整，從而得到LR、SI和AP 方向上的誤差數(shù)值，作為kV-CBCT 首次擺位誤差。

1.3 觀察指標(biāo)

比較TPS 和kV-CBCT 獲得的LR、SI、AP 3個方向上的首次擺位誤差。

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理

2 結(jié)果

TPS 圖像配準(zhǔn)方式和kV-CBCT 引導(dǎo)得到的LR、SI、AP 方向上的首次擺位誤差比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），見表1。

表1 108例患者的TPS、kV-CBCT 首次擺位誤差比較

3 討論

由于頭頸部分布著腦干、脊髓、下頜、咽喉、腮腺等復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)，控制著人體重要的生理功能，且該區(qū)域內(nèi)集中著較多的血管和神經(jīng)，各器官部位交錯，一旦發(fā)現(xiàn)腫瘤，很難根治性切除，因此，頭頸部腫瘤患者主要采用放射治療或以放射治療為主的綜合治療[7]。

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，IGRT 等精準(zhǔn)放射治療技術(shù)應(yīng)用于臨床，放射治療已進(jìn)入精準(zhǔn)治療時代[8-9]。擺位誤差是放射治療中不可避免的問題，極小的誤差將導(dǎo)致放射劑量產(chǎn)生較大的差異，進(jìn)而影響患者的治療效果[10]。IGRT 作為目前精準(zhǔn)放射治療中較為先進(jìn)的治療技術(shù)，可有效降低擺位誤差，提高放射治療的效果。馬翔等[11]對頭頸部腫瘤患者的首次擺位誤差進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，CBCT 的圖像質(zhì)量高，可清晰分辨骨和軟組織結(jié)構(gòu)，減少首次擺位誤差，并有助于確認(rèn)合適的臨床靶區(qū)外放邊界[11]。但我院采用CBCT 進(jìn)行患者首次擺位時發(fā)現(xiàn)，CBCT 與定位CT 的圖像質(zhì)量有細(xì)微差別，主要在于CBCT 無法與定位CT 采取相同的參數(shù)進(jìn)行掃描，在圖像配準(zhǔn)上缺乏一定的說服力；同時，在直線加速器上進(jìn)行首次擺位的耗時過長，極大地影響直線加速器的正常治療工作；此外，患者長時間保持穩(wěn)定不動的姿勢，加重其心理不適感，也極有可能造成不自主運(yùn)動，影響治療效果。

目前，臨床上有多種方法可進(jìn)行放射治療的首次擺位，但各方法均需要引入新的軟件系統(tǒng)進(jìn)行誤差分析[12-13]。本研究采用TPS 自帶圖像配準(zhǔn)系統(tǒng)，配準(zhǔn)的兩組圖像均在同一CT 模擬定位機(jī)下完成掃描，操作快捷，結(jié)果可靠。本研究結(jié)果顯示，TPS 圖像配準(zhǔn)方式和kV-CBCT 引導(dǎo)所獲得的LR、SI、AP 方向上的首次擺位誤差比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。但本研究的不足之處在于未涉及旋轉(zhuǎn)角度誤差。沈浩和夏兵[14]分析擺位誤差對劑量驗(yàn)證的影響，結(jié)果顯示，在旋轉(zhuǎn)誤差≥ 1°時，采用Gamma 分析法，計劃的通過率均迅速降低；但旋轉(zhuǎn)誤差又并非簡單的平面旋轉(zhuǎn)，它可能是三維空間中沿某一方向上的旋轉(zhuǎn)，因此，這不僅與患者自身旋轉(zhuǎn)有關(guān)，還與直線加速器和CT 模擬定位機(jī)的床面水平程度有關(guān)。黃家文等[15]研究鼻咽癌放射治療旋轉(zhuǎn)與平移誤差的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)減少旋轉(zhuǎn)誤差能有效地提高鼻咽癌放射治療擺位的精確度與穩(wěn)定性。因此，在頭頸部腫瘤患者的首次擺位中，若存在旋轉(zhuǎn)誤差，應(yīng)重新擺位。

綜上所述，針對頭頸部腫瘤患者，可以采用TPS 圖像配準(zhǔn)方式代替kV-CBCT 進(jìn)行首次擺位，且TPS 圖像與計劃設(shè)計圖像均來源于同一CT 模擬機(jī)，可采用相同參數(shù)進(jìn)行掃描，其圖像質(zhì)量及成像速度均優(yōu)于kV-CBCT，可更好地確保精準(zhǔn)放射治療的實(shí)施；但患者的擺位誤差往往伴隨著空間旋轉(zhuǎn)角度誤差，由于設(shè)備因素的限制，本研究未對空間旋轉(zhuǎn)角度誤差進(jìn)行深入研究，存在諸多不足之處，未來將做更全面的研究，為臨床實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)放射治療提供依據(jù)。