ETX和CBCT兩種圖像引導技術在肝癌SBRT中的擺位誤差比較分析

黃慧，李軍，胡湛，桂龍剛

（江蘇省蘇北人民醫院，江蘇 揚州 225001）

立體定向放射治療（stereotactic radiation therapy,SRT）技術特征是將高能量放射線聚焦照射在某一局部靶區內，摧毀該區域內的所有組織或引起所需要的生物學效應，達到類似外科手術的效果，而靶區外圍的放射劑量呈梯度銳減。SRT技術對治療精確度（包括定位精度、擺位精確、設備精度）要求都很高［1-2］。隨著技術進步和設備更新換代，體部立體定向放射治療（stereotactic body radiation therapy,SBRT）在臨床的應用也越來越廣，其對于具有放療適應癥的腫瘤能夠實現良好的局部控制，并且能夠降低并發癥發生率，提高患者的生存率［3-4］，但治療中需要設定更小的擺位邊界以減少對正常組織的輻射，因此采用圖像引導技術來提高治療精度至關重要［5-6］。

目前錐形束CT（conebeam CT,CBCT）圖像引導是被國內廣泛使用并被認可的一種精確度高的放射治療圖像引導系統。而德國Brainlab 公司生產的ExacTrac X-Ray（ETX）圖像引導系統在國內的應用相對較少，其由雙kV-X 射線成像系統、紅外光學跟蹤系統及六維治療床糾正系統構成。其中雙kV-X 射線成像系統由兩個安裝在地板上的X 射線發生器及兩個安裝在天花板上的平板非晶硅探測器組成。紅外光學定位子系統利用反射標記球來監控患者的實時位置，而六維治療床主要用于糾正ETX 系統所測擺位誤差（包括左右、前后及頭腳三個方向的平移誤差和旋轉誤差）以實現精確治療。

現有文獻中，對ETX 和CBCT 兩種圖像引導技術的對比研究多集中在頭部、胸部等與骨性標記密切的區域，且普遍認為ETX 的誤差糾正精度媲美CBCT，其具有顯著的臨床應用價值［7-9］。但對于肝癌、胰腺癌、腎癌等腫瘤位置與骨性標記不密切的腹部腫瘤的放射治療，相關文獻資料報道較少。本研究針對肝癌SBRT 治療，旨在通過對ETX 和CBCT 兩種圖像引導技術下的擺位誤差進行對比分析，為放療技師擺位工作提供參考。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選擇2019 年4 月至2020 年12 月在江蘇省蘇北人民醫院接受SBRT 放射治療的30 例肝癌患者，年齡35～66 歲，中位年齡55 歲。將其隨機分為ETX 組和CBCT 組，每組15 例。患者均具備明確放射治療適應證且初次接受放療，且研究方案經患者及其家屬簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 體位固定 所有患者均為仰臥位，且采用固定底板+真空墊+熱塑體膜進行體位固定。

1.2.2 CT 掃描 使用美國通用電器（GE）64 排大孔徑CT 對患者進行掃描，掃描層厚2.5 mm，并將獲取的CT 圖像傳至Brainlab 的iPlan 治療計劃系統。

1.2.3 iPlan 計劃設計 放療醫生利用iPlan 計劃系統勾畫計劃靶區和危及器官（organs at risk,OARs），對患者全部采用大分割治療方案，并確定OARs 的劑量限定。放療物理師利用iPlan 系統進行SBRT 的計劃設計，并將設計好的iPlan 計劃通過網絡傳至美國Varian 公司IX 型電子直線加速器進行執行。此外，放療物理師還需將患者計劃CT 圖像通過網絡傳至ETX 圖像引導系統。

1.3 ETX 組誤差值獲取

1.3.1 ETX 校正前的預擺位誤差 利用固定底板+真空墊+熱塑體膜將ETX 組患者固定于治療床上，在治療床上安裝魚叉型定位參考架和定位臂，以跟蹤監測六維治療床在治療過程中的變化，并利用激光燈和體膜中心標記點進行常規的目視擺位。紅外線光學定位儀根據魚叉型定位參考架上6 個定位球的位置引導治療床移動到預定位置。用雙kV-X 射線成像系統拍攝一組正交X 射線片，其中管電壓、管電流分別設置為120 kV 和20 mAs。將正交X 射線片與計劃CT 數字重建影像（digitally reconstructured radiograph,DRR）進行以骨性標記的圖像配準融合。配準結束后，記錄X 方向（患者左右方向）的平移誤差（Xt）、Y 方向（患者頭腳方向）的平移誤差（Yt）、Z 方向（患者前后方向）的平移誤差（Zt）及繞前后方向的旋轉誤差（Zr）。

1.3.2 ETX 校正后的殘余誤差 由于六維治療床不僅可以實現X、Y 及Z 三個方向的平移運動控制，還能對治療床進行俯仰及左右方向的旋轉校正，至于身體長軸方向的旋轉可通過調整治療床的轉角校正。所以通過六維治療床將上述①獲取的平移誤差和旋轉誤差進行自動校正，將ETX 的校正閾值設為1.5 mm/1°。校正后再次拍攝一組正交X 射線片，并與DRR 射線片再次配準融合，即可得到校正后各方向的殘留誤差值。

1.4 CBCT 組誤差值獲取

1.4.1 CBCT 校正前的誤差值 用固定底板+真空墊+熱塑體膜的方式將CBCT 組患者固定在治療床上，利用激光燈和體膜中心標記點進行常規的目視擺位。目視擺位完成后采用CBCT 圖像引導技術獲取圖像，其中獲取參數為電壓120 kV，電流20 mA，half-fan 濾線器，掃描角度178°～182°。將生成的三維圖像與計劃CT 圖像重建的DRR 圖像進行圖像融合配準圖像，其中CBCT 圖像融合配準有灰度和骨性配準兩種方式，但考慮到肝癌腫瘤周圍主要是軟組織，用灰度配準精確度較高。配準結束后即可獲得修正前平移誤差和繞前后方向的旋轉誤差。

1.4.2 CBCT 校正后的殘留誤差值 通過調整治療床進行誤差修正，修正結束后再重復CBCT 圖像驗證過程，即可獲得修正后各方向的殘留誤差。

1.5 統計學方法

數據分析采用SPSS 19.0 統計軟件。經Shapiro-Wilk 方法檢驗，符合正態分布的計量資料采用均數±標準差（±s），比較用配對t檢驗，P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 30 例患者校正前后的誤差分布情況

30 例患者總計治療次數為113 次，平均每例患者治療次數為3.76 次，患者每次治療前均需進行ETX 或CBCT 圖像驗證。患者使用ETX 或CBCT 進行誤差校正前后的誤差分布見圖1。從圖1中可以看出，校正前各方向誤差分布范圍相對較大，而校正后誤差明顯減小，這證明了ETX 和CBCT 兩種圖像引導技術均能夠顯著減少擺位誤差。

圖1 30 例患者校正前后的誤差分布

2.2 ETX 組校正前后誤差比較

六維治療床校正前各方向的擺位誤差較大，最大見于頭腳方向（Y 方向），前后方向（Z 方向）次之。校正后各方向誤差明顯減少，其中最大平移誤差＜1.5 mm，繞前后方向最大旋轉誤差＜0.5°。ETX 組誤差校正前后各方向誤差比較，差異有統計學意義（P＜0.05）。見表1。

表1 ETX 組校正前后誤差比較（±s）

表1 ETX 組校正前后誤差比較（±s）

2.3 CBCT 組校正前后誤差比較

校正前各方向的擺位誤差較大，最大見于頭腳方向（Y 方向），前后方向（Z 方向）次之。校正后各方向誤差明顯減少，其中最大平移誤差＜1.5 mm，繞前后方向最大旋轉誤差＜0.5°。CBCT組校正前后各方向誤差比較，差異有統計學意義（P＜0.05）。見表2。

表2 CBCT 組校正前后誤差比較（±s）

表2 CBCT 組校正前后誤差比較（±s）

2.4 CBCT 組與ETX 組校正后殘留誤差值比較

CBCT 組與ETX 組校正后殘留誤差值比較，差異無統計學意義（P＞0.05）。見表3。

表3 CBCT 組與ETX 組校正后殘留誤差值比較（±s）

表3 CBCT 組與ETX 組校正后殘留誤差值比較（±s）

3 討論

在腫瘤的放射治療中，由于SBRT 具有單次大劑量、劑量梯度低等特點，其臨床效果往往較常規分割治療更加明顯，但SBRT 對治療位置的精確性要求更高，其在實施治療前必須對患者進行圖像引導以減少由于擺位、器官運動等造成的位置誤差［10］。目前CBCT 是在國內廣泛使用并被認可的一種精確度高的放射治療圖像引導系統，其通過將多序列的kV 圖像進行三維重建，具有圖像分辨率高并可以實現骨性配準和灰度配準，所獲誤差的精確度高。但其也有自身的一些缺點，例如操作復雜、患者所受劑量相對較高等缺點［11］。而德國Brainlab 公司生產的ETX 圖像引導系統在國內的應用相對較少。ETX 系統的成像系統包含了兩個正交的kV 級X 射線球管和兩個正交的平板探測器，于CBCT 系統相比，其圖像分辨率較差，但ETX 有四個顯著優勢：一是驗證劑量更低，根據KAN 等［12］和JENNIFER 等［13］研究成果，約有28～35 次的ETX 驗證體位所受的劑量才相當于1～2 次CBCT 驗證所受到的劑量；二是驗證過程耗時更短，整個過程耗時約1～2 min，而CBCT 整個過程需要3～4 min［14］；三是誤差精度更高，CBCT 精度以0.1 cm 為單位，而ETX 以0.01 mm 為單位［15］；四是可以實現對治療位置的實時監控。

需要指出的是，對于肝癌SBRT 患者，ETX組患者的體位固定通常有兩種方法：第一種是患者采用固定體架+真空墊+體表標記球的方法，其中體表標志球指是將標記球插座用自粘墊固定在患者不受呼吸或皮膚移動影響的穩定區域（如鎖骨或胸骨等），并在皮膚上勾勒身體標志球輪廓，該種方法的優點是可以在治療過程中隨時紅外監控患者體位是否移動，但容易受呼吸運動影響，但是其預擺位時間長，體表標記球和標志球輪廓都容易丟失，操作繁瑣、工作效率低；第二種是固定體架+熱塑體膜+魚叉型定位參考架和定位臂，雖然不能直接監控患者體位是否的變化，但可以通過魚叉型定位參考架和定位臂可以跟蹤監測六維治療床在治療過程中的變化，且該方法的預擺位時間短、操作簡單、重復性良好，故本研究ETX 組患者均采用第二種方法進行體位固定。

本研究結果顯示，通過對圖1、表1、表2 和表3 分析：①ETX 和CBCT 均能有效減少擺位誤差；②通過將表2 和表3 中校正后的殘留誤差統計值進行比較，ETX 組的誤差糾正精度無CBCT誤差精度高。分析其原因：一方面，肝癌周圍骨性標記主要是椎骨和肋骨，骨性標記相似，ETX獲得的圖像分辨率較差，這就對操作技師的圖像融合水平有較高的要求，增加了不確定因素的干擾；另一方面，肝臟腫瘤位置受呼吸運動、器官運動的影響較大，與骨性配準相比，采用灰度配準所獲圖像配準融合的精度更高。但盡管如此，通過表3 可以得出兩者比較無差異。

綜上所述，盡管ETX 和CBCT 均能有效減少擺位誤差，但對于肝癌SBRT 而言，由于腫瘤位置與骨性標記不密切，在圖像配準過程中，采用灰度配準的CBCT 組誤差糾正精度較采用骨性標記配準的ETX 組高，故CBCT 更適用肝癌SBRT。