新華XHA2200 高能加速器影像引導系統不同配準算法對肺部靶區擺位誤差的影響

武玉濤，王曉玲，高娜，郭楷

沂源縣人民醫院 （山東 淄博 256100）

圖像引導放射治療是一種四維放射治療技術，治療時通過對靶區及其周圍解剖結構進行成像，以確定放射治療射束相對于患者體內預期靶區的位置，據此對射束和靶區的預期相對位置進行必要的修正[1]。錐形束CT（cone beam CT，CBCT）圖像引導作為當前放射治療中最常用的引導技術，根據采用的射線源不同，可將其分為kV 級X 線的kVCBCT[2]和MV 級X 線的MV-CBCT[3]；需要注意的是，在放射治療過程中，由于患者器官運動，可能導致靶區照射不準[4]，而4D-CBCT 技術的出現能夠很好地解決這一問題[5-6]。除CBCT 圖像引導外，超聲引導系統[7]和核磁圖像引導系統在臨床上亦已有應用；植入磁感應粒子引導系統和光學表面成像引導[8]系統技術尚不成熟；正電子發射斷層顯像（positron emission tomography，PET）CT 引導技術目前正處于研究階段。本研究采用的是新華XHA2200高能加速器影像引導系統kV-CBCT，探討系統不同配準算法（灰度配準算法和骨配準算法）對肺部靶區擺位誤差的影響，旨在為臨床應用新華影像引導系統提供一定的指導，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2020年8月至2021年2月在我院進行圖像引導放射治療的60例肺癌患者為研究對象，其中，男41例，女19例；年齡42～78歲，平均（60.02±12.00）歲；右肺小細胞癌28例，左肺小細胞癌32例。本研究經醫院醫學倫理委員會審核批準。

1.2 儀器與方法

1.2.1 儀器

儀器選用新華XHA2200高能加速器影像引導系統，其是在高能加速器上集成的kV-CBCT 圖像引導系統，其中，kV-CBCT 圖像引導系統主要由6部分組成，包含治療室內的X 線球管、高壓發生器、平板探測器[8]、機械臂（圖1）以及控制室內的計算機控制系統和圖像工作站（圖2）。

圖1 新華XHA2200高能加速器影像引導系統治療室內部分

圖2 新華XHA2200高能加速器影像引導系統控制室內部分

1.2.2 方法

（1）用固定夾板將新華一體化體架固定在CT床板上；協助患者取仰臥位，頭朝機架，手臂上舉手持握桿；使用熱塑膜將患者固定在新華一體化體架上，然后進行CT 掃描，獲取定位CT 圖像；將定位CT 圖像導入Fonicsplan TPS 中，由醫師勾畫靶區及正常組織輪廓，物理師制定相應的治療計劃，計劃經醫師評估批準后，將計劃CT 圖像、輪廓信息以及計劃文件通過Fonicsplan TPS DICOM 發送至影像引導系統，并將計劃CT 圖像作為圖像配準的參考圖像。（2）按照CT 定位時采用的體位和固定方式將患者固定在加速器治療床上，再按照治療計劃進行擺位，然后進行CBCT 圖像掃描和重建，選取相同的感興趣區，先選用手動配準，配準結果經醫師確認，使病灶區域重合度達到最好，然后分別選用灰度配準算法和骨配準算法，配準界面見圖3。

圖3 關于左肺肺癌的配準界面

1.3 評價指標

分別記錄60例患者在X（左右）、Y（前后）、Z（頭腳）3個方向上用不同配準算法得到的位置偏差的絕對值，并計算其平均值，據此比較灰度配準算法與手動配準的擺位誤差以及骨配準算法與手動配準的擺位誤差。

1.4 統計學處理

2 結果

灰度配準算法與手動配準在X、Y、Z 方向上的擺位誤差比較，差異均無統計學意義（P＞0.05），見表1。骨配準算法與手動配準在X 方向上的擺位誤差比較，差異無統計學意義（P＞0.05）；骨配準算法在Y、Z 方向上的擺位誤差大于手動配準，差異均有統計學意義（P＜0.05），見表2。

表1 灰度配準算法與手動配準的擺位誤差比較（cm，±s，60例）

表1 灰度配準算法與手動配準的擺位誤差比較（cm，±s，60例）

配準算法 X 方向 Y 方向 Z 方向灰度配準 0.685±0.669 0.596±0.454 0.689±0.462手動配準 0.688±0.687 0.592±0.453 0.710±0.451 t-0.443 1.344 -1.400 P 0.340 0.090 0.072

表2 骨配準算法與手動配準的擺位誤差比較（cm，±s，60例）

表2 骨配準算法與手動配準的擺位誤差比較（cm，±s，60例）

配準算法 X 方向 Y 方向 Z 方向骨配準 0.717±0.653 0.628±0.434 0.734±0.440手動配準 0.688±0.687 0.592±0.453 0.710±0.451 t 1.466 2.630 2.230 P 0.070 0.001 0.045

3 討論

隨著醫學技術的發展，放射治療進入了精準治療時代，其中精確定位是精確放射治療的重中之重，而圖像引導是確保治療前擺位準確性和治療中照射位置準確性的重要手段[9]。但需要注意的是，不同的配準算法會產生不同的影像配準結果，按配準的圖像內容不同，配準算法可分為灰度配準算法和骨配準算法。其中，灰度配準算法通過利用感興趣區內所有像素信息計算圖像的相關性來完成配準，包括感興趣區內的骨、血管、軟組織、空氣、床板和定位裝置信息[10]。骨配準算法則僅通過利用感興趣區內的骨信息計算圖像的相關性來完成配準?？傊?，灰度配準算法綜合考慮了感興趣區內的所有因素，故在骨骼信息少的部位，灰度配準算法的配準結果相對于骨配準算法更貼近解剖信息。手動配準是在醫師的指導下使病灶重合度最好，我們可以以手動配準為參照，比較灰度配準算法和骨配準算法與手動配準結果的差異，為今后臨床選擇配準算法提供依據。

本研究以肺癌患者為例，探討了新華XHA2200高能加速器影像引導系統不同配準算法對肺部靶區擺位誤差的影響，結果顯示，灰度配準算法與手動配準在X、Y、Z方向上的擺位誤差比較，差異均無統計學意義（P＞0.05）；骨配準算法與手動配準在X方向上的擺位誤差比較，差異無統計學意義（P＞0.05）；骨配準算法在Y、Z方向上的擺位誤差大于手動配準，差異均有統計學意義（P＜0.05）；表明相較于骨配準算法，新華XHA2200高能加速器影像引導系統灰度配準算法在肺癌患者中的配準結果更好。但是，本研究是基于肺癌患者進行的，未涉及其他部位，因此，在應用新華XHA2200高能加速器影像引導系統時，本研究只能為肺癌患者的圖像引導放射治療提供指導；此外，本研究未考慮器官運動的影響，后續在進行肺癌患者CBCT配準擺位時需要綜合考慮，如增加CBCT呼吸相位影像，然后與4D計劃CT在相同的相位進行配準。

總之，優質的CBCT 圖像不僅可用于放射治療中的圖像引導過程，還可為臨床開展自適應放射治療提供影像學基礎，避免了通過多次模擬CT 來跟蹤患者解剖結構變化的煩瑣過程，優化了自適應放射治療的工作流程，并可及時發現結構變化進而不斷優化計劃設計，為患者的治療全過程提供最佳的治療方案。