千伏级CBCT与X线透视成像校正鼻咽癌患者摆位误差相关性及一致性研究

黄敏霞 沙朝丰 史安娜

在鼻咽癌图像引导下的调强放射治疗中，利用千伏级锥形束CT（CBCT）进行在线摆位校正是目前常用的方法。利用CBCT进行扫描，可以显示靶区及正常组织的三维解剖结构，但是存在扫描耗时长、患者受照剂量高的缺点。对于分割次数较多的患者，不适合在每次治疗前利用CBCT进行摆位校正。此外，一些基层医院并不具备CBCT图像引导直线加速器硬件的条件，也无法利用CBCT进行摆位校正。传统的X线透视成像可能成为CBCT的替代方法，这种方法具有扫描耗时少、患者受照剂量低的优点，但它只能显示二维图像的解剖结构。因此，X线透视成像在放射治疗中能否达到CBCT的摆位校正效果，有待进一步探讨。笔者比较了这两种图像采集方法在校正鼻咽癌患者摆位误差时的相关性及一致性，以期为临床应用提供参考。

1 对象和方法

1.1 对象 选择2016年2月本院收治的35例鼻咽癌患者为研究对象，均为男性，年龄44（31，65）岁。所有患者在瓦里安Acuity模拟机透视下，按放射治疗要求摆正体位；再根据临床医嘱进行热塑拉膜固定，在面罩上作两侧及正面的十字线标志。使用GE公司Highspeed CT模拟定位机扫描患者的定位图像；将图像通过放疗网络传至飞利浦公司Pinnacle 9.2计划系统，由医生勾画靶区后进行调强计划设计；计划批准后，将等中心位置参数、定位CT的数字重建射野图像（DRR）等治疗参数经网络传至医科达Synergy加速器机载XV系统中。35例鼻咽癌患者共进行300次摆位校正前的CBCT和X线透视成像，在操作过程中患者均未出现不适感，依从性良好。

1.2 图像采集及匹配 （1）按CT扫描位置，患者平躺在Synergy加速器治疗床上；按要求完成患者摆位流程，并将激光对准面罩上3个方向的十字线标志，用XV系统拍摄千伏级正侧位X线透视图像，面积30cm×30cm。前后方向的透视参数：电压100kV，电流200mA，时间4ms；左右（Lateral）方向的透视参数：电压70kV，电流200mA，时间20ms。参照骨性标志，将拍摄的正侧位图像与计划CT参考图像DRR进行手动配准，见图1；记录摆位误差的数据。（2）完成以上操作后，在Synergy加速器上对患者行CBCT扫描，扫描电压100kV，单帧扫描电流80mA，单帧扫描时间25ms；获取一组校正前的X线容积图像，并与计划CT参考图像进行自动的骨性配准，见图2；酌情进行手动微调，获取患者左右（x）、上下（y）、前后（z）等3个平移方向上的摆位误差值。按照本院标准，若平移误差≤0.2cm，则直接实施放疗；若平移误差＞0.2cm，根据配准误差移动治疗床，再实施放疗。

图1 千伏级X线透视图像与DRR手动配准

图2 CBCT图像自动配准

1.3 数据处理 根据Van等[1]方法分别计算两种图像采集方法的系统摆位误差（Σ，即每例患者平均偏移的标准差）和随机摆位误差（σ，即每例患者偏移的标准差的均方根）。根据公式M_ptv=2.5Σ+0.7σ，分别计算两种图像采集方法的 CTV-PTV外放边界（M_ptv）推荐值。应用 SPSS 20.0统计软件对两种方法的测量结果进行Spearman相关分析，P＜0.05为差异有统计学意义。应用Bland-Altman绘图法检验两种方法的一致性。根据本院标准，将界值定为0.2cm，若95%一致性限度＜0.2cm，认为两种方法是一致的。

2 结果

2.1 两种图像采集方法在x、y、z方向的平移摆位误差 CBCT在x、y、z方向的CTV-PTV外放边界（M_ptv）推荐值分别为 0.41、0.56、0.31cm，X 线透视成像在 x、y、z方向的CTV-PTV外放边界（M_ptv）推荐值分别为0.36、0.50、0.43cm，见表 1。

表1 CBCT和X线透视成像的平移摆位误差（cm）

2.2 两种图像采集方法的相关性 经Spearman相关分析，两种图像采集方法在x、y、z方向所得的平移摆位误差结果均呈正相关（rs=0.634、0.869和0.735，均P＜0.05）。

2.3 两种图像采集方法的一致性 两种图像采集方法在 x、y、z方向上的 95%一致性限度分别为[0.26，-0.22]、[0.21，-0.23]、[0.21，-0.33]cm，均＞0.2cm，提示两种图像采集方法所得的平移摆位误差缺乏足够的一致性，见图3。

图3 摆位误差的一致性检验图

3 讨论

对于头颈部肿瘤患者，使用传统的X线电子射野影像系统（EPID）拍摄等中心验证片的单次剂量可达2～6cGy[2]，而直线加速器 CBCT 的单次剂量为 3～9cGy[3]。EPID使用兆伏级X射线，软组织显像能力较弱；而CBCT使用千伏级X射线，其射线利用率及图像分辨率均较高，软组织显像能力明显增强，并能显示人体三维解剖结构。因此，在剂量相差不大的情况下，CBCT具有明显的优势[4]。对于鼻咽癌患者，千伏级X线透视成像也是值得考虑的摆位验证技术。该技术的单次剂量仅1～3mGy[5]，较 EPID、CBCT 均小了一个数量级；但射线利用率、图像分辨率及软组织显像能力与CBCT相当。千伏级X线透视成像只能显示二维透视图像，且无法考虑到呼吸对器官成像位置的影响；但是鼻咽癌治疗计划的感兴趣区均在颅腔内，其位置相对于骨性标志的偏差不如肺癌、食管癌明显，因此使用不考虑呼吸运动的2D成像技术应该足以完成鼻咽癌患者的日常摆位验证。

本研究发现CBCT与千伏级X线透视成像的摆位误差的平均值、系统误差、随机误差的差值均低于直线加速器系统的测量精度和机械精度（0.1cm），与Murphy等[5]研究结果一致。经Spearman相关分析，发现两种图像采集方法在x、y、z方向所得的平移摆位误差结果均呈正相关，与李明辉[6]研究结果一致。表1各组数据的比较过程中，参考Van等[1]研究方法，对原始数据进行多次统计平均。因此，这种比较从某种程度上忽略了每次摆位中间存在的细节问题。为进一步研究CBCT与千伏级X线透视成像能否相互替代，尤其要考虑单次摆位所得摆位误差的差异，本研究使用Bland-Altman绘图法来评价两者的一致性。结果表明两种图像采集方法在x、y、z方向上的95%一致性限度均＞0.2cm，与李明辉[6]研究结果不同。考虑原因可能有以下两点：（1）本研究先拍摄千伏级X线透视成像片，再拍摄CBCT，但李明辉[6]只拍摄了一次CBCT，千伏级X线透视成像片是从CBCT中重建出来的；（2）本研究利用骨性标志找到上颌骨、下颌骨、鼻中隔的位置，用千伏级X线透视图像与DRR进行手动匹配，但李明辉[6]先在DRR上勾画骨性解剖结构，包括颅骨、脊柱前后缘、硬腭、鼻中隔、眼眶、垂体窝等骨性结构，再将这些结构自动映射到透视图像上并手动匹配。但在临床实践中，医生通常只勾画与放疗有关的感兴趣区，很少为了千伏级X线透视成像而专门勾画骨性标志。此外，本研究发现千伏级X线透视成像与CBCT一致性较差（两者一致性限度＞0.2cm），千伏级X线透视成像尚不足以替代CBCT。分析原因有以下两点：（1）CBCT能显示三维解剖结构，笔者能综合靶区、软组织和骨性标志的偏差来确定CBCT最终的平移误差，但在千伏级X线透视成像中，笔者只能根据有限的骨性标志来确定平移误差；（2）与千伏级X线透视图像比较的是DRR，该图像是由5mm一层的CT图像重建所得，经多次运算后丢失了很多信息，而CBCT与CT图像是三维的，受层厚和CT重建的影响较小[7]。可见，相比千伏级X线透视成像，CBCT所得的平移摆位误差更可靠。

综上所述，千伏级X线透视成像尚不能替代CBCT。考虑到千伏级X线透视成像的照射剂量较CBCT小一个数量级，临床上可根据实际情况联合运用两种方法，以实现临床治疗的最佳效果。