CBCT不同掃描參數在椎體圖像引導調強放療中的應用研究

黃成劍，李勇，楊金鑫，王先良

四川省腫瘤醫院 放療中心，四川 成都 610000

引言

骨轉移多見于晚期惡性腫瘤，尤其是肺癌、乳腺癌、前列腺癌等，僅次于肺和肝臟轉移[1]。骨轉移中以脊柱轉移最為常見，脊柱轉移瘤70%發生在胸段，20%發生在腰段，10%發生在頸段。椎體為最常受累的部位，次之是椎板和椎弓根[2]。受到腫瘤侵入或病理性骨折[3‐4]即可引起劇烈疼痛及脊髓壓迫癥，甚至引起截癱。椎體轉移瘤的疼痛治療可以有藥物鎮痛、放射治療等，目前國際上對于椎體轉移瘤病人多采用放射治療[5‐8]，一方面可以止痛，另一方面可以預防椎體破壞脊髓神經壓迫預防截癱。傳統椎體放療模式一般為二維或三維放療，采用常規分割方式實施照射[9‐10]。由于缺乏靶區的高度適形性和精確性，且存在脊髓受量的限制，治療常無法得到滿意的效果。隨著放療設備的更新、計算機技術及放射物理知識的進步，放療技術已經從常規放療發展為精確放療，三維適形放療、調強適形放療及單次大劑量少分次立體定向放療[11]，但是這些放療技術劑量分布梯度陡峭，而放射治療實際治療過程中擺位誤差的存在使靶區實際接受的劑量與治療計劃不一致，這就要求在放療過程中的配準精度更高，而圖像引導放療（Image Guide Radiation Therapy，IGRT）[12]錐形束CBCT技術的出現，可以實時調整擺位過程中產生的誤差[13]，大大提高了靶區受量減少了靶區周圍正常組織受量[14]。由此放射治療精確度大大提高，從而使進一步增加靶區照射劑量以提高療效成為可能。為患者進行預防性處理和有效治療，有助于緩解甚至消除癥狀，改善生存質量[15]。臨床上加速器圖像引導的常規掃描條件中并沒有針對椎體放療的掃描條件，按照椎體對應的部位選擇掃描條件，本次研究對不同CBCT掃描條件在椎體IGRT中的應用進行研究。

1 材料與方法

1.1 研究對象

選擇本院2019年1月至2020年2月期間使用Elekta Axesse治療設備進行治療的23例胸椎腰椎病灶需要放療的病人。其中胸椎8例，腰椎15例；患者年齡46～73歲；病人體重指數相似。其中19例患者采取體部低溫熱塑膜聯合體板固定，4例因為脊柱畸形采用真空墊聯合低溫熱塑體膜和體板固定，利用治療室內激光線及體網標記線擺位。

1.2 方法

1.2.1 計劃CT圖像的獲取

患者平臥于治療床，用熱塑體模固定。使用Philips 16排CT模擬定位機掃描，數據圖像傳至Oncentra4.3 TPS，醫師勾畫靶區后物理師行IGRT計劃的優化和設計，計劃確認后IGRT計劃傳至Elekta Axesse直線加速器。

1.2.2 CBCT成像獲取

利用我院配備的千伏級CBCT圖像引導的Elekta Axesse直線加速器（Synergy系統）可獲取XVI。常規擺位后，首先進行治療前CBCT掃描獲得治療前XVI，然后與計劃CT圖像自動胸腰椎骨解剖結構（錐體、錐孔、棘突）加手動微調配準并經放療醫師和物理師共同確認。每位患者在放療實施前，分別采用A、B兩種掃描條件的CBCT進行擺位驗證。在Synergy坐標系下，基于XVI傅里葉卷積配準算法，得到A、B兩組掃描條件下，病人左右（X）、頭腳（Y）、腹背（Z）三個方向上的兩組誤差值（表1）。

表1 A、B兩種掃描參數設置

1.3 統計學分析

比較兩組患者左右（X軸）、頭腳（Y軸）、腹背（Z軸）擺位誤差值，用配對t檢驗。全部數據統計采用SPSS 18.0軟件完成，P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 CBCT獲得的XVI數據

配準次數為304次，其中58次為患者脊柱畸形和疼痛不能保持體位校正后的擺位誤差，在掃描條件A中，擺位誤差在 X、Y、Z 軸方向分別為（0.073±0.305）、（0.159±0.03）和（‐0.152±0.14）cm，在掃描條件B中，擺位誤差在X、Y、Z軸方向分別為（0.057±0.195）、（0.057±0.195）和（‐0.106±0.005）cm，對應的t值分別為 1.474、1.231、1.725，對應的P值分別為0.154、0.231、0.098（表2）。兩組擺位誤差值在X、Y、Z三個方向上P>0.05差異均無統計學意義。

表2 A、B兩種條件不同方向獲得圖像配準誤差結果（±s，cm）

表2 A、B兩種條件不同方向獲得圖像配準誤差結果（±s，cm）

組別 X軸方向 Y軸方向 Z軸方向A條件 0.073±0.305 0.159±0.03 ‐0.152±0.14 B條件 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 兩種條件掃描時間及劑量對比

A條件獲取圖像時間為69 s，B條件獲取圖像時間為40 s，A條件患者CBCT接受的掃描劑量為0.6 mGy，B條件患者接受的掃描劑量為22 mGy，患者接受劑量均由XVI軟件自動獲取，A條件獲取圖像時間以及掃描時患者接受的劑量均低于B條件。A條件明顯的縮短了患者臥床時間，同時A條件患者受額外的輻射劑量遠遠小于B條件的劑量（表3）。兩種條件獲取圖像情況，見圖1。

圖1 A、B條件獲取的圖像

表3 A、B兩種條件掃描時間及劑量對比

3 討論

放射治療是一種高精度治療方法，其優勢在于精確定位、精確計劃、精確治療。先進的醫學影像技術的飛速發展極大促進了高精度放療的實施，特別是千伏級CBCT技術。該技術利用X線源產生的錐形束連續繞患者旋轉1周，將獲取的一系列圖像進行三維重建即可獲得XVI圖像[16]。XVI圖像與定位CT圖像進行匹配后，不僅能精確計算出三維方向上的平移誤差，還能計算出相應的旋轉誤差，同時反映出照射靶區及OAR位置和形態變化。經治療床自動在線校準后，可使擺位誤差明顯減小，提高腫瘤控制，確保了靶區可以達到更高的照射劑量，而脊髓劑量在耐受范圍之內[17]，在脊柱放療中很好地保護了重要神經組織。對于部分脊柱畸形患者，背部隆起畸形，平坦度差，關節骨骼的不對稱，可以采用真空袋固定患者[18‐19]，避免體部移位引起照射誤差。最近幾年立體定向放療大量運用于錐體轉移瘤中，減少了病人照射次數，降低了誤照率[20‐21]。由于大部分有椎體腫瘤患者仰臥于治療床時間不能太長，要盡量減少配準時間和治療時間。

在掃描配準環節，目前國內外多用電子射野影像系統（Electronic Portal Imaging Device，EPID）和CBCT進行腫瘤的校準，袁珂等[22]在對EPID和CBCT研究得出胸腹部成像掃描配準平均時間為（525±173）、（620±180）s，配準誤差范圍分別（3.21±0.89）、（1.95±0.64）mm，EPID成像時間短，但是精確度比CBCT要差。最近幾年MR‐Linac也是在國內外普及開來，由于磁共振成像方式不同于EPID和CBCT，對患者不產生的額外輻射，減少了對患者二次輻射的危害，Nejad‐Davarani等[23]研究磁共振快速多對比度成像中，通過策略性獲取梯度回波，減少了磁共振掃描時間，比較于CBCT掃描時間仍然過長，在脊柱轉移瘤中，只需要滿足配準時間短和剛性結構配準度高的情況下，CBCT仍然具有很大的優勢。本研究通過對CBCT的不同成像參數研究，發現A條件下圖像的噪聲明顯多于B條件，圖像質量相比A條件下圖較差。由于椎體是高密度組織，在CT圖像中可以獲得高的分辨率，在感興趣范圍集中在椎體時，XVI的傅里葉卷積配準算法可以對椎體進行配準。兩組擺位誤差值在X、Y、Z三個方向上P>0.05差異均無統計學意義，說明在椎體圖像引導放療中A、B兩種條件的CBCT可以獲得同樣精準的結果。同時A條件獲取圖像時間以及掃描時的劑量均低于B條件，能夠縮短患者治療擺位和圖像追蹤時間，減少患者接受圖像引導部分產生的額外照射劑，可以考慮在臨床中推行A條件作為椎體IGRT的掃描條件。