图像引导放疗中两种验证方式的比较研究

丘敏敏 林泽煌 邓永锦 黄泰茗 闵蒙真 钟嘉健

中山大学附属第一医院放射治疗科，广东广州 510080

放疗是肿瘤治疗的三大手段之一，75%的肿瘤患者需要放疗[1]。调强放疗具有高度适形性，靶区边缘剂量陡峭，可提高靶区剂量同时保护正常组织器官，得到广泛应用。这也对摆位精度提出更高要求。图像引导放疗技术（image-guided radiation therapy，IGRT）可为调强放疗的精确实施提供保障[2]。按照射线能量，可分为MV 级和kV 级。采用MV 级射线的包括电子射野影像系统（electronic portal imaging device，EPID）、螺旋断层放疗系统（tomotherapy）等，EPID 存在拍摄流程复杂，图像分辨率低，需手动配准等问题，配准效果很大程度依赖技师工作水平，校正精度无法保证[3-4]；而Tomo 图像质量高、操作便捷、自动化程度高，但扫描速度慢、治疗时间长，且国内装机不多，并不能广泛应用[5]。此外，MV 级验证普遍存在辐射剂量大，射线利用率不高等问题[6]。kV 级验证存在拍摄流程简洁、图像分辨率高，自动化程度高、辐射小、射线利用率高等优势[7-8]。锥形束CT（cone-beam computed tomography，CBCT）和二维影像（two-dimensional kilovolt，2D-kV）是目前主流的kV 级验证方式。本研究旨在通过比较CBCT 和2D-kV 两种验证方式的配准精度、耗时等因素，为临床日常图像引导放疗提供参考。

1 材料与方法

1.1 一般资料

回顾性分析中山大学附属第一医院2016年3月至10月接受放疗的50 例患者，其中头颈组20 例，胸腹组15 例，盆腔组15 例。头颈组中，男14 例，女6例；年龄35～78 岁，中位年龄49 岁。胸腹组中，男8 例，女7 例；年龄17～73 岁，中位年龄51 岁。盆腔组中，男6 例，女9 例；年龄34～81 岁，中位年龄57 岁。三组患者的一般资料比较，差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。所有患者知晓数据采集过程并签署知情同意书。所有患者在Varian Novalis TX 直线加速器上接受治疗。

1.2 方法

所有患者采用常规分割放疗，每周治疗5 次。通过瓦里安机载影像系统（on-board imager，OBI），每天进行图像采集，每周选择一天进行CBCT 采集，其余4 d 进行2D-kV 采集。CBCT 采集是应用OBI 系统获得三维图像，而2D-kV 是通过正侧位曝光，得到正交的两张平片。两种验证方式的采集参数如表1 所示，曝光参数及剂量如表2 所示。配准采用自动骨匹配与手动微调相结合，误差方向Vrt、Lng、Lat 分别表示升降（vertical，Vrt）、进出（longitudinal，Lng）、左右（lateral，Lat）的误差。

表1 两种验证方式的采集参数

表2 两种验证方式的曝光参数及剂量

曝光协议，2D-kV 分别为正/侧位曝光协议；扫描范围，CBCT 图像为圆柱体，长×FOV；2D-kV 为长方形，长×宽，长指头脚方向；获取时间和配准时间为参考其他文章，结合本科室实际操作时间的估算值[9]。

曝光条件和剂量参考厂家提供的操作手册，为标准曝光条件。实际操作中，2D-kV 可根据病人实际情况降低曝光参数，CBCT 则无法随意调整。曝光条件：CBCT 组为每帧曝光条件，2D-kV 分别为正/侧位曝光条件。mAs，CBCT 为拍摄的总mAs，2D-kV 分别为正/侧位的mAs。

2 结果

2.1 两组验证方式的图像采集结果

50 例患者总共进行1320 组图像采集，其中270组为CBCT，1050 组为2D-kV。

2.2 两种验证方式误差绝对值的比较

两种验证方式误差绝对值的比较，两组最大值接近，其中胸腹组误差较大，CBCT 验证中Lng 方向最大值为11 mm，2D-kV 验证中Vrt 方向最大值为10 mm（表3）。

表3 两种验证方式误差绝对值的最大值（mm）

2.3 两种验证方式在Vrt、Lng、Lat 方向误差统计的比较

头颈组两种验证方式在Vrt、Lng、Lat 方向的误差统计比较，差异无统计学意义（P＞0.05）（表4）。胸腹组两种验证方式在Vrt、Lng、Lat 方向的误差统计比较，差异无统计学意义（P＞0.05）（表5）。盆腔组两种验证方式在Vrt、Lng、Lat 方向的误差统计比较，差异无统计学意义（P＞0.05）（表6）。

表4 头颈组两种验证方式在Vrt、Lng、Lat 方向误差统计的比较（mm）

表5 胸腹组两种验证方式在Vrt、Lng、Lat 方向误差统计的比较（mm）

表6 盆腔组两种验证方式在Vrt、Lng、Lat 方向误差统计的比较（mm）

3 讨论

调强放疗具有精确定位、精确计划、精确治疗的“三精”特点，这也对摆位准确性提出了更高地要求。IGRT 可校正摆位误差，为精确治疗提供保证。而CBCT和2D-kV 是目前主流的kV 级验证方式。

胸腹组出现误差最大值，可能由于靶区和危及器官受呼吸运动、肠道蠕动、等影响，位置变化大，导致误差增加，这也说明位置验证的必要性和重要性。本研究显示，三组患者在CBCT 和2D-kV 两种验证方式的误差比较，没有统计学差异（P＞0.05），说明两种验证方式准确度没有明显差异。胡健等[10]发现2D-kV可使误差减低到2 mm 以内，配准精度可信，可一定程度代替CBCT。

与CBCT 比较，2D-kV 具有以下优势：①CBCT 图像最大长度为18 cm；而2D-kV 在等中心位置，图像长度为26 cm，调整射线源与探测器的位置，图像最大长度可达50 cm，拍摄范围大大增加[11]。对于食管癌等长靶区或多靶区患者，可显示完整靶区，有利于整体协同配准，提高治疗精度。②CBCT 对床值有限制，当靶区太偏或床值过低时，需将床移到指定位置（床左右为0，床高为-20 mm；当床左右超过±5 mm 时，无法自动移床，需到机房内手动操作）；而2D-kV 没有这些限制。对位于四肢尤其是远端的靶区，中心点偏离中线较远，床左右经常在±10 mm 以上，无法拍摄CBCT，只能选择2D-kV 进行验证，以避免发生碰撞。③2D-kV 只需任意2 个角度的正交图像，灵活性高。而CBCT 至少需要200°的旋转拍摄，2D-kV 图像获取和配准的时间明显短于CBCT。胡健等[10]指出2D-kV验证时间仅为CBCT 的三分之一。Hoogeman 等[12]则发现在15 分钟的治疗过程中，患者会产生0.8～1.2 mm的误差。随着治疗时间延长，分次内误差会增加。对于基础状况差、疼痛、自主意识不强的患者，2D-kV 缩短治疗时间，一定程度上可减少分次内误差，保障治疗精度。④验证过程会增加患者吸收剂量[13-14]。Ludlow等[15-16]认为CBCT 的剂量是2D-kV 的9 倍以上。而体重指数能够影响患者吸收剂量[17]，对于体型小、体重轻的患者，2D-kV 可手动降低曝光参数，进一步降低吸收剂量。钟嘉健等[18-20]报道对于瘦弱患者，在保证图像质量情况下，可降低20%～60%剂量，吸收剂量降为0.5～1.2 mGy，远低于CBCT 剂量。

综上所述，CBCT 和2D-kV 两种方式验证精度相当，均可提高放疗精度。2D-kV 在操作限制、耗时、剂量等方面存在优势，为临床日常图像引导放疗提供参考。