肺癌放療中CBCT不同配準方式的誤差分析

袁星星 黃玉玲 潘純國 張 云

放射治療是肺癌的重要治療手段，其中調強放射治療(IMRT)技術能在保證腫瘤高劑量照射的同時降低鄰近肺和心臟等正常器官的照射劑量。基于IMRT劑量學優勢，IMRT對放療的精準要求更高。圖像引導放射治療可提高放療的精準性，其中基于錐形束CT(cone-beam CT，CBCT)成像技術是目前常用的圖像引導模式，通過治療前采集患者的CT圖像，并與定位CT圖像配準，能精確提供患者擺位誤差，并予以修正[1-2]。除CBCT圖像質量外，現有研究表明不同自動配準方式會影響誤差結果[3-4]。本文詳細研究了肺癌患者放療基于KV-CBCT圖像掃描區域自動灰度配準、自動骨性配準和基于PTV外放20 mm區域自動灰度配準的平移和旋轉誤差，探討3種配準方式的差異，從而為規范CBCT在肺癌放療中的應用提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料

隨機選擇2019年1月至2020年12月在本院放療中心治療的25例肺癌患者，Ⅰ期2例， Ⅱ期5例， Ⅲ期18例。男性18例，女性7例。年齡32～85歲，中位年齡65歲。所有患者均采用調強放療計劃，處方劑量為50～60 Gy/25～30次。

1.2 模擬定位及圖像采集

患者均采用仰臥位，使用頭頸肩面罩配合塑形墊或頸胸膜配合與塑形墊的方式進行體位固定。利用西門子大孔徑CT模擬定位機進行CT掃描，掃描層厚5 mm。掃描后圖像傳輸至三維治療計劃系統進行，靶區勾畫后由物理師制作放療計劃，按要求確定照射中心。每例患者均利用Varian公司TrueBeam直線加速器的CBCT系統獲取3次圖像(首次治療前，治療中，最后一周)，如擺位誤差在某個方向超過5 mm，需重新擺位和掃描，再次擺位后采集的數據圖像納入分析，共75組CBCT圖像。

1.3 圖像配準方式

CBCT圖像與定位CT圖像按以下3種方式進行圖像自動配準：A方式，配準區域包括整個CBCT掃描區域，灰度自動配準，得出擺位平移和旋轉誤差；B方式，配準區域包括整個CBCT掃描區域(與A方式具有相同的配準框)，骨自動配準，得出擺位平移和旋轉誤差；C方式，配準區域僅包含計劃靶區外擴20 mm區域，灰度自動配準，得出擺位平移和旋轉誤差。其中頭、前和左方向誤差為正值，均值計算考慮正負。

1.4 誤差分析及統計學處理

用PASW統計軟件對各種方式誤差行配對t檢驗，χ2檢驗方法驗證計數差異是否具有統計學意義，P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

3種不同配準方式在前后、頭腳、左右方向的平移誤差范圍分別為-4.4～3.9 mm、-4.4～4.4 mm、-4.2～3.6 mm，-4.6～4.1 mm、-3.5～4.9 mm、4.1～3.6 mm,-4.1～4.6 mm、-3.8～4.9mm、-4.5～4.8 mm。旋轉誤差范圍分別為：-1.5～2.8°、-0.7～1.5°、-1.1 ～2.1°，-1.6～3.0°、-0.8～3.1°、-1.2～2.8°和-2.5～3.3°、-0.6～2.3°、-1.7～2.5°。3種配準方式相比，A方式與B方式間只有頭腳方向的平移和旋轉誤差存在統計學意義(P=0.000，P=0.000)，A方式與C方式間只有頭腳方向的平移誤差存在統計學意義(P=0.000)，B方式與C方式間只有頭腳方向的旋轉誤差存在統計學意義(P=0.002)，見表1。3種配準方式擺位誤差≥3 mm的發生率差異分析結果見表2。

表1 3種不同配準方式在不同方向的誤差

表2 3種不同配準方式在不同方向的擺位誤差≥3 mm的發生情況(次，%)

3 討論

KV級的CBCT不僅能夠清楚地顯示患者的骨性和軟組織結構，還能觀察到腫瘤及周邊正常組織的體積變化和位置等信息，因此CBCT已廣泛作為圖像引導方式運用于臨床的精準放療。有研究報道CBCT可提高非小細胞肺癌患者放療精準性，減小計劃靶區(PTV)外放的邊界，從而降低正常組織的受照劑量[5]。臨床上獲取擺位誤差是通過比較CBCT圖像與CT定位圖像，而在這個過程中影響因素較多，如觀察者、圖像質量、配準方式等。目前放療設備制造廠家提供了不同自動配準的軟件，它們的出現極大地提高了臨床配準的效率，使得在日常治療中放療技師能順利完成圖像配準和驗證誤差工作。

本研究比較了Varian公司的自動配準軟件中配準區域和配準模式的選擇對圖像配準誤差差異，研究結果表明在相同的配準框的條件下，按灰度和骨性配準兩種方式在頭腳方向、左右方向的平移和旋轉誤差是不同的，骨配準得到的誤差值要大于灰度配準的誤差值，兩者的平移系統誤差相差0.3 mm。這與Yeung 等的研究結果是一致的[3]。Yeung 等發現基于CBCT圖像骨性配準的獲得的擺位誤差較軟組織的稍大。但梁軍研究小組發現肺癌患者放療采用灰度配準和骨性兩種配準方式的擺位誤差均值都在 1.3 mm范圍內，且兩種方式沒達到統計學差異[6]。黃伯天等發現CBCT與CT在胸腹體模上采用灰度配準精度和穩定性高于骨性配準[7]。對于胸部其他腫瘤如食管癌圖像配準也進行了大量的研究，如李建成等[8]從配準時間和配準準確性綜合分析認為骨性配準與手動配準相結合的配準方法最佳。車少敏等[9]發現對頸段、胸上段食管癌灰度配準與骨性配準差異明顯，推薦首先骨性配準，必要用再手動微調。配準框的范圍也會影響配準結果，本研究發現當僅考慮靶區情況下進行灰度配準，其獲取的平移誤差在前后、頭腳和左右方向均要大于按整個CBCT掃描區域進行配準所獲得的數據，且頭腳方向誤差超過3 mm的比例顯著提高，達到44.0%。張健等認為選擇范圍較大的配準方法有利于提高配準精度[10]，但IGRT協作組的規范建議，圖像配準框的范圍應以PTV為基礎在三維上各外放2 cm包括的區域。

總之，不同配準方式都會造成肺癌擺位誤差的精度，從而影響PTV外放邊界的大小，因此在臨床使用時應根據治療精度要求選擇合適的配準條件。