對比超聲圖像引導與機載錐形束CT擺位精確性

韋曉波，顧文棟，胡強，沐金明，程常海，李齊林，宗賢

（江蘇省常州市第一人民醫院 腫瘤放射治療科，江蘇 常州 213003）

0 引言

現代放療技術如調強放療尤其立體定向放療要求患者擺位準確性非常高，臨床上常用的圖像引導放射治療方式有電子射野影像系統（electron portal image system，EPID）、錐形束CT（cone beam CT，CBCT）等。EPID和CBCT在顯著提高擺位精確性的同時，卻也給患者帶來了額外X線照射[1]。三維超聲圖像引導的放射治療是利用超聲圖像來進行圖像模擬與擺位驗證，其在乳腺、前列腺等軟組織成像上有明顯的優越性，同時不會增加額外X線照射。本研究通過專用校準模體評價超聲圖像引導系統引導擺位是否達到CBCT的準確性。

1 資料與方法

1.1 設備與材料

1.1.1 醫科達AXESSETM直線加速器：配有HexaPODTM六維治療床系統和XVITM CBCT。

1.1.2 醫科達ClarityTM超聲引導系統：由模擬定位（Sim）工作站、自動輪廓勾劃（AFC）工作站、圖像引導（Guide）工作站三組工作站組成。Sim與Guide工作站均安裝有高頻線陣探頭（型號：L14-5W）和低頻凸陣探頭（型號：C5-2）。

1.1.3 專用校準模體：模體（圖1）表面的四組十字線用于標定模體坐標系。模體內部有深度不同，直徑15 mm，30 mm的高對比球體。超聲高頻線陣探頭用于探測較淺的直徑15 mm球體，超聲低頻凸陣探頭用于探測直徑30 cm球體。

圖1 校準模體結構圖

1.2 方法

1.2.1 模擬定位與計劃設計：用激光定位系統標定好校準模體位置后進行超聲模擬與CT模擬定位掃描。通過AFC工作站將CT與超聲圖像配準融合并勾畫校準模體圖像內部球體輪廓，通過治療計劃系統設計簡單計劃（2個10×10 cm正交野）。

1.2.2 CBCT及超聲引導掃描：加速器治療室內的HexaPODTM六維床置于開始位，用校準模體進行擺位，表面十字線與激光定位線相重合。通過移動六維床人為產生一個誤差值，在每一床位使用高頻線陣探頭和低頻凸陣探頭分別做5次ClarityTM超聲掃描，高頻線陣探頭掃描淺層15 mm球體，低頻凸陣探頭掃描深層30 mm球體，并做1次CBCT掃描，記錄x、y、z方向的平移誤差。每次移動六維床并掃描完成后，在下次移床前均先將六維床回到開始位。最后計算超聲和CBCT掃描得出的測量誤差與給定標準誤差之間差值的絕對值。

1.3 統計學處理。采用SPSS 18.0建立數據庫，樣本間比較采用配對t檢驗。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 ClarityTM超聲圖像引導系統的穩定性：在18個給定移床誤差位置使用高頻線陣探頭與低頻凸陣探頭各掃描5次超聲圖像，共180次。圖2為給定x、y、z方向移床誤差5 mm、0 mm、0 mm時一次超聲圖像引導結果示例，可見其顯示x、y、z方向測量誤差分別為5.1 mm、0.9 mm、0.1 mm。表1中可見ClarityTM兩組探頭掃描位置誤差值與給定位移誤差值間差值的最大絕對值均為0.9 mm。

圖2 x、y、z方向移床誤差分別為5 mm、0 mm、0 mm時超聲掃描結果示例

2.2 CBCT和ClarityTM超聲掃描結果比較：圖3為給定x、y、z移床誤差分別為5 mm、0 mm、0 mm時CBCT灰度平移配準結果示例，其測量誤差分別為4.6 mm、0.8 mm、0.1 mm。表2中可見對ClarityTM和CBCT兩個引導系統在x、y、z三個方向上測量誤差與給定誤差間差值的絕對值小于1 mm，t檢驗結果顯示兩者間差異沒有統計學意義。

表2 ClarityTM和CBCT掃描測量誤差與給定誤差間差值絕對值比較 （單位：mm）

圖3 x、y、z方向移床誤差分別為5mm、0mm、0mm時CBCT圖像引導示例

3 討論

近年來，圖像引導放射治療（IGRT）技術被廣泛應用于驗證放射治療過程中患者擺位精確性，現在臨床應用最廣泛的IGRT技術主要包括二維的EPID和三維的CBCT。這些以放射線為基礎的影像引導放療的方式會給患者帶來額外X線輻照。與其相比，超聲圖像引導是非電離成像，而且超聲對軟組織界限分辨較清。因此，將超聲圖像引導技術應用于乳腺癌、前列腺癌等疾病的放射治療有其現實意義[2-3]。

患者治療前行機載CBCT掃描后其圖像與計劃CT進行對比，確定患者當日的擺位誤差并通過移動治療床校正，已成為事實上的標準。采用給定誤差法對圖像引導系統進行檢驗是一個簡單、可靠、易行的方法。通過觀察圖像引導系統對給定位移誤差的檢測結果判斷此引導系統的準確性。從表2可以看出，ClarityTM超聲圖像和CBCT圖像兩個引導系統的穩定性都相當高，兩者在x、y、z三個方向上都小于1 mm，這一結果完全符合美國醫學物理學家協會（APPM）TG-154號報告[4]中對超聲圖像引導系統極端位置測試（end-to-end testing）的要求（＜2 mm）。同時配對t檢驗顯示兩個系統引導的準確性差異方面沒有統計學差異，可見超聲圖像引導系統是精確而穩定的，可以應用于臨床。

與X線相比，超聲檢查無輻射、軟組織顯影清晰的特點特別適用于乳腺、前列腺等軟組織腫瘤患者。利用超聲圖像引導可以在放射治療前后多次檢查患者腫瘤部位變化，也可確定前列腺、直腸或宮頸患者的膀胱充盈情況確定患者合適的治療時機。對于保乳術后患者，可用于確認瘤床區位置，更有助于推量的精確性，進一步保證了療效。Wong等[5]比較20例乳腺癌患者CT和超聲之間腫瘤病灶在空間時間上的差異，結果顯示CT相對超聲中腫瘤病灶中心位置在前后、左右和上下方向的差異分別為0.1、0.2和0.4 mm，兩者之間差異不明顯，三維超聲圖像系統可以應用于乳腺癌患者輔助擺位。

本研究證明，超聲圖像引導是一種快速、無創、無輻射的放射治療輔助擺位方法，且有較高的穩定性與精確性。在乳腺癌、前列腺癌等軟組織腫瘤患者中可配合或代替CBCT使用，減少CBCT掃描所帶來的額外輻射，具有臨床可執行性。