锥形束 CT图像配准在鼻咽癌调强放疗中的摆位误差分析

聂佳贞，王振华，包 虹

(中国科学院大学附属肿瘤医院， 浙江 杭州 310022)

鼻咽癌是我国南方常见的恶性肿瘤之一，对其的治疗通常主要以放射治疗为主，经过近代医学的发展，调强放射治疗技术对鼻咽癌的局控率已经突破至90%[1]，而调强适形放射治疗(intensity modulated radiation therapy，IMRT)，是从三维适形放疗的基础上发展而来的，其照射精确度更优于传统的三维适形放射治疗，且靶区内剂量分布的计划性较强，也就是高剂量区可以更好地贴合靶区，使周围健康组织的受照射剂量大幅降低。正是由于其剂量梯度陡峭的特点，其对于摆位精准度的要求也更高[2-3]。基于此，本次研究选择在我院进行调强放射治疗的127例鼻咽癌患者作为研究对象，探究锥形束CT(cone-beam CT，CBCT)图像配准在鼻咽癌调强放疗中对摆位误差的修正作用，以期为调强放射治疗计划CTV(临床靶区)外扩PTV(计划靶区)边界大小提供修正参考。

1 对象与方法

1.1 对象

选择2017年 7月至2018年7月在我院进行调强放射治疗的127例鼻咽癌患者作为研究对象。纳入标准：所有患者均已接受临床病理检测，确诊为非角化型癌，并实施首程调强放疗。其中男性89例，女性38例，年龄49～68岁，平均(53.5±3.6)岁。临床 TNM 分期：Ⅰ期 9 例，Ⅱ期35例，Ⅲ期65例，Ⅳ期 18 例 。

1.2 方法

1.2.1 体位固定方法 根据患者具体情况为患者选择合适的头枕，指导患者采取仰卧位，头部后仰，保持两外耳孔距离与床面对等，双手掌心朝内放置于体侧，随后通过头颈肩热塑面罩对患者的体位进行固定，固定过程中注意面罩与面部五官的贴合，同时确保患者呼吸畅通。

1.2.2 主要设备及材料 美国Varian(瓦里安)Trilogy直线加速器；GE lightspeed RT模拟定位机以及Philips Brilliance CT Big Bore模拟定位机；9个点固定的标准穿孔型头颈肩热塑面罩；全碳素纤维头颈肩搁板。

1.2.3 摆位方法 患者第一次摆位由我院物理师、医生、技术员共同协助完成。首先，对治疗单上的各项参数进行一一核对，详细告知患者治疗过程中的相关注意事项，以及积极配合治疗的重要性；其次指导患者按照上述体位固定方法进行体位固定；最后，按照激光定位线，先完成定位中心线(该线标记为“1”)的校准，待三点激光校准重合后，依照治疗计划单上的数据将患者移床至治疗中心进行CBCT扫描。患者首次完成摆位扫描校正后，技术员需要进入机房，并在面罩上贴好胶带，依照激光十字线画好3处十字星标识，标记“2”(同时记录好中心源皮距)，以此作为治疗对位的标识线，然后对患者进行治疗。

分次间摆位：该摆位下患者体位同模拟定位体位一致，首先用激光对准“1”，待三点激光十字星校准重合后，移动床位至“2”完成三点激光十字星重合，最后仔细核查中心源皮距是否与第一次摆位标识中的中心源皮距相同，无误后即可对患者进行CBCT扫描和治疗。

1.2.4 影像获取与比对 将扫描参数设置为：机架开始角度为22°，逆时针回转至178°。时间设置为25ms,图像重建矩阵调整为512×512，选择2.5mm重建层厚度。在扫描完成后，将CBCT扫描图像与模拟定位CT影像进行对比，首先使用系统的自动对比功能进行对比；然后对患者的鼻尖、颈椎等部位进行手动微调；其次将医生划分的靶区与其进行比对，此时尽力保证两幅影像的重合度；最后，待CBCT与CT定位影像对比完成后，计算机软件将自动计算出摆位误差值，同时记录每位患者扫描后的X、Y、Z摆位误差值。

1.3 摆位误差计算指标

摆位误差平均值与标准偏差值的计算：将群体系统误差定义为个体化系统误差；将群体随机误差定义为个体化随机误差值；将每位患者的全部分次误差值的标准偏差值定义为个体随机误差值[4-5]。

1.4 统计学处理

使用SPSS20.0软件进行数据分析。通过PTV=2.5Σ+0.7δ(Van Herk公式)的外放公式，计算出能够保证≥90%群体患者的最低CTV累积剂量满足≥95%的计划剂量的 CTV-PTV 外放间距。

2 结果

127例患者共接受465次KV-CBCT，成功取得465组摆位误差对比信息，群体摆位误差(平均值±标准偏差值)的绝对值为X(1.49±1.24)mm、Y(1.58±1.32)mm、Z(1.61±1.42)mm；通过PTV =2.5Σ+0.7δ(Van Herk公式)计算X、Y、Z三个方向的CTV-PTV外放边界值为2.52mm、2.45mm、2.78mm，由于摆位误差值中存在负数，所以本次研究采用绝对值统计法，详见表1。

表1 127例患者X、Y、Z的摆位误差结果(mm)

3 讨论

根据本次对127例患者的研究结果显示：X、Y、Z 3个方向的误差平均值±标准偏差值为X轴向(1.49±1.24)mm、Y轴向(1.58±1.32)mm、Z轴向(1.57±1.42)mm。在研究过程中，所产生的偏差值均在2～3mm，这一结果与国内外相关鼻咽癌摆位误差的研究结果类似，这也恰恰表明了，在使用常规头颈肩热塑面罩固定体位下我院放疗设备的系统误差值以及放疗技师操作所产生的随机误差值均处于可承受范围中。分析摆位误差值的分布情况，不难发现，该误差值较集中于3mm以内，虽然整体来看该次研究中鼻咽癌的摆位精确性较高，但是X、Y、Z 3个方向>5mm的摆位误差患者例数为4(0.86)、2(0.43)、7(1.50)。这一数据表明，在本次研究中仍有少数患者存在较大的摆位误差，在接下来的调强放射治疗中，还需要提高对患者摆位的精准度，以此来进一步降低误差值。在实际的治疗中，CBCT扫描之后，会依据图像配准后的最佳坐标进行放射治疗，如果是存在较大的误差值，则会在治疗前多次对患者进行CBCT扫描，以此来为治疗提供更精确、可靠的外放范围数据依据[6]。

通过PTV =2.5Σ+0.7δ(Van Herk公式)计算X、Y、Z 3个方向的CTV-PTV外放边界值分别为2.52mm、2.45mm、2.78mm，由此研究结果提示，我院物理室对鼻咽癌放射治疗的计划靶区在X、Y、Z 3个方向各外放取3.0mm是合理的。对比张全彬等人[7]对应用CTVision和千伏级CBCT研究鼻咽癌放疗摆位误差的研究，该研究结果显示外放边界值较小。由此可见，在鼻咽癌调强放射治疗过程中应用CBCT图像配准可以有效监控患者的摆位信息，实时纠正患者摆位误差，大幅降低靶区周围健康组织的受照射剂量，利于治疗的顺利进行。

本次研究的不足之处在于部分患者的依从性较差，导致127例患者未做到每人每周进行一次CBCT扫描，但是本次研究的扫描次数仍高达465次，应该也可以较为客观地体现出我院放射治疗中心的Varian(瓦里安)Troligy型直线加速器对鼻咽癌患者进行三维调强放射治疗中临床计划靶区外放3mm所形成的计划靶区是合适的。另外，本次研究所使用的CBCT扫描数据均为扫描配准后的原始数据，这对于未使用图像引导放疗的单位提供了可以参考的临床靶区外扩计划靶区边界值的数据。