ETX和CBCT两种图像引导技术在肝癌SBRT中的摆位误差比较分析

黄慧，李军，胡湛，桂龙刚

（江苏省苏北人民医院，江苏 扬州 225001）

立体定向放射治疗（stereotactic radiation therapy,SRT）技术特征是将高能量放射线聚焦照射在某一局部靶区内，摧毁该区域内的所有组织或引起所需要的生物学效应，达到类似外科手术的效果，而靶区外围的放射剂量呈梯度锐减。SRT技术对治疗精确度（包括定位精度、摆位精确、设备精度）要求都很高［1-2］。随着技术进步和设备更新换代，体部立体定向放射治疗（stereotactic body radiation therapy,SBRT）在临床的应用也越来越广，其对于具有放疗适应症的肿瘤能够实现良好的局部控制，并且能够降低并发症发生率，提高患者的生存率［3-4］，但治疗中需要设定更小的摆位边界以减少对正常组织的辐射，因此采用图像引导技术来提高治疗精度至关重要［5-6］。

目前锥形束CT（conebeam CT,CBCT）图像引导是被国内广泛使用并被认可的一种精确度高的放射治疗图像引导系统。而德国Brainlab 公司生产的ExacTrac X-Ray（ETX）图像引导系统在国内的应用相对较少，其由双kV-X 射线成像系统、红外光学跟踪系统及六维治疗床纠正系统构成。其中双kV-X 射线成像系统由两个安装在地板上的X 射线发生器及两个安装在天花板上的平板非晶硅探测器组成。红外光学定位子系统利用反射标记球来监控患者的实时位置，而六维治疗床主要用于纠正ETX 系统所测摆位误差（包括左右、前后及头脚三个方向的平移误差和旋转误差）以实现精确治疗。

现有文献中，对ETX 和CBCT 两种图像引导技术的对比研究多集中在头部、胸部等与骨性标记密切的区域，且普遍认为ETX 的误差纠正精度媲美CBCT，其具有显著的临床应用价值［7-9］。但对于肝癌、胰腺癌、肾癌等肿瘤位置与骨性标记不密切的腹部肿瘤的放射治疗，相关文献资料报道较少。本研究针对肝癌SBRT 治疗，旨在通过对ETX 和CBCT 两种图像引导技术下的摆位误差进行对比分析，为放疗技师摆位工作提供参考。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选择2019 年4 月至2020 年12 月在江苏省苏北人民医院接受SBRT 放射治疗的30 例肝癌患者，年龄35～66 岁，中位年龄55 岁。将其随机分为ETX 组和CBCT 组，每组15 例。患者均具备明确放射治疗适应证且初次接受放疗，且研究方案经患者及其家属签署知情同意书。

1.2 方法

1.2.1 体位固定 所有患者均为仰卧位，且采用固定底板+真空垫+热塑体膜进行体位固定。

1.2.2 CT 扫描 使用美国通用电器（GE）64 排大孔径CT 对患者进行扫描，扫描层厚2.5 mm，并将获取的CT 图像传至Brainlab 的iPlan 治疗计划系统。

1.2.3 iPlan 计划设计 放疗医生利用iPlan 计划系统勾画计划靶区和危及器官（organs at risk,OARs），对患者全部采用大分割治疗方案，并确定OARs 的剂量限定。放疗物理师利用iPlan 系统进行SBRT 的计划设计，并将设计好的iPlan 计划通过网络传至美国Varian 公司IX 型电子直线加速器进行执行。此外，放疗物理师还需将患者计划CT 图像通过网络传至ETX 图像引导系统。

1.3 ETX 组误差值获取

1.3.1 ETX 校正前的预摆位误差 利用固定底板+真空垫+热塑体膜将ETX 组患者固定于治疗床上，在治疗床上安装鱼叉型定位参考架和定位臂，以跟踪监测六维治疗床在治疗过程中的变化，并利用激光灯和体膜中心标记点进行常规的目视摆位。红外线光学定位仪根据鱼叉型定位参考架上6 个定位球的位置引导治疗床移动到预定位置。用双kV-X 射线成像系统拍摄一组正交X 射线片，其中管电压、管电流分别设置为120 kV 和20 mAs。将正交X 射线片与计划CT 数字重建影像（digitally reconstructured radiograph,DRR）进行以骨性标记的图像配准融合。配准结束后，记录X 方向（患者左右方向）的平移误差（Xt）、Y 方向（患者头脚方向）的平移误差（Yt）、Z 方向（患者前后方向）的平移误差（Zt）及绕前后方向的旋转误差（Zr）。

1.3.2 ETX 校正后的残余误差 由于六维治疗床不仅可以实现X、Y 及Z 三个方向的平移运动控制，还能对治疗床进行俯仰及左右方向的旋转校正，至于身体长轴方向的旋转可通过调整治疗床的转角校正。所以通过六维治疗床将上述①获取的平移误差和旋转误差进行自动校正，将ETX 的校正阈值设为1.5 mm/1°。校正后再次拍摄一组正交X 射线片，并与DRR 射线片再次配准融合，即可得到校正后各方向的残留误差值。

1.4 CBCT 组误差值获取

1.4.1 CBCT 校正前的误差值 用固定底板+真空垫+热塑体膜的方式将CBCT 组患者固定在治疗床上，利用激光灯和体膜中心标记点进行常规的目视摆位。目视摆位完成后采用CBCT 图像引导技术获取图像，其中获取参数为电压120 kV，电流20 mA，half-fan 滤线器，扫描角度178°～182°。将生成的三维图像与计划CT 图像重建的DRR 图像进行图像融合配准图像，其中CBCT 图像融合配准有灰度和骨性配准两种方式，但考虑到肝癌肿瘤周围主要是软组织，用灰度配准精确度较高。配准结束后即可获得修正前平移误差和绕前后方向的旋转误差。

1.4.2 CBCT 校正后的残留误差值 通过调整治疗床进行误差修正，修正结束后再重复CBCT 图像验证过程，即可获得修正后各方向的残留误差。

1.5 统计学方法

数据分析采用SPSS 19.0 统计软件。经Shapiro-Wilk 方法检验，符合正态分布的计量资料采用均数±标准差（±s），比较用配对t检验，P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 30 例患者校正前后的误差分布情况

30 例患者总计治疗次数为113 次，平均每例患者治疗次数为3.76 次，患者每次治疗前均需进行ETX 或CBCT 图像验证。患者使用ETX 或CBCT 进行误差校正前后的误差分布见图1。从图1中可以看出，校正前各方向误差分布范围相对较大，而校正后误差明显减小，这证明了ETX 和CBCT 两种图像引导技术均能够显著减少摆位误差。

图1 30 例患者校正前后的误差分布

2.2 ETX 组校正前后误差比较

六维治疗床校正前各方向的摆位误差较大，最大见于头脚方向（Y 方向），前后方向（Z 方向）次之。校正后各方向误差明显减少，其中最大平移误差＜1.5 mm，绕前后方向最大旋转误差＜0.5°。ETX 组误差校正前后各方向误差比较，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表1。

表1 ETX 组校正前后误差比较（±s）

表1 ETX 组校正前后误差比较（±s）

2.3 CBCT 组校正前后误差比较

校正前各方向的摆位误差较大，最大见于头脚方向（Y 方向），前后方向（Z 方向）次之。校正后各方向误差明显减少，其中最大平移误差＜1.5 mm，绕前后方向最大旋转误差＜0.5°。CBCT组校正前后各方向误差比较，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表2。

表2 CBCT 组校正前后误差比较（±s）

表2 CBCT 组校正前后误差比较（±s）

2.4 CBCT 组与ETX 组校正后残留误差值比较

CBCT 组与ETX 组校正后残留误差值比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。见表3。

表3 CBCT 组与ETX 组校正后残留误差值比较（±s）

表3 CBCT 组与ETX 组校正后残留误差值比较（±s）

3 讨论

在肿瘤的放射治疗中，由于SBRT 具有单次大剂量、剂量梯度低等特点，其临床效果往往较常规分割治疗更加明显，但SBRT 对治疗位置的精确性要求更高，其在实施治疗前必须对患者进行图像引导以减少由于摆位、器官运动等造成的位置误差［10］。目前CBCT 是在国内广泛使用并被认可的一种精确度高的放射治疗图像引导系统，其通过将多序列的kV 图像进行三维重建，具有图像分辨率高并可以实现骨性配准和灰度配准，所获误差的精确度高。但其也有自身的一些缺点，例如操作复杂、患者所受剂量相对较高等缺点［11］。而德国Brainlab 公司生产的ETX 图像引导系统在国内的应用相对较少。ETX 系统的成像系统包含了两个正交的kV 级X 射线球管和两个正交的平板探测器，于CBCT 系统相比，其图像分辨率较差，但ETX 有四个显著优势：一是验证剂量更低，根据KAN 等［12］和JENNIFER 等［13］研究成果，约有28～35 次的ETX 验证体位所受的剂量才相当于1～2 次CBCT 验证所受到的剂量；二是验证过程耗时更短，整个过程耗时约1～2 min，而CBCT 整个过程需要3～4 min［14］；三是误差精度更高，CBCT 精度以0.1 cm 为单位，而ETX 以0.01 mm 为单位［15］；四是可以实现对治疗位置的实时监控。

需要指出的是，对于肝癌SBRT 患者，ETX组患者的体位固定通常有两种方法：第一种是患者采用固定体架+真空垫+体表标记球的方法，其中体表标志球指是将标记球插座用自粘垫固定在患者不受呼吸或皮肤移动影响的稳定区域（如锁骨或胸骨等），并在皮肤上勾勒身体标志球轮廓，该种方法的优点是可以在治疗过程中随时红外监控患者体位是否移动，但容易受呼吸运动影响，但是其预摆位时间长，体表标记球和标志球轮廓都容易丢失，操作繁琐、工作效率低；第二种是固定体架+热塑体膜+鱼叉型定位参考架和定位臂，虽然不能直接监控患者体位是否的变化，但可以通过鱼叉型定位参考架和定位臂可以跟踪监测六维治疗床在治疗过程中的变化，且该方法的预摆位时间短、操作简单、重复性良好，故本研究ETX 组患者均采用第二种方法进行体位固定。

本研究结果显示，通过对图1、表1、表2 和表3 分析：①ETX 和CBCT 均能有效减少摆位误差；②通过将表2 和表3 中校正后的残留误差统计值进行比较，ETX 组的误差纠正精度无CBCT误差精度高。分析其原因：一方面，肝癌周围骨性标记主要是椎骨和肋骨，骨性标记相似，ETX获得的图像分辨率较差，这就对操作技师的图像融合水平有较高的要求，增加了不确定因素的干扰；另一方面，肝脏肿瘤位置受呼吸运动、器官运动的影响较大，与骨性配准相比，采用灰度配准所获图像配准融合的精度更高。但尽管如此，通过表3 可以得出两者比较无差异。

综上所述，尽管ETX 和CBCT 均能有效减少摆位误差，但对于肝癌SBRT 而言，由于肿瘤位置与骨性标记不密切，在图像配准过程中，采用灰度配准的CBCT 组误差纠正精度较采用骨性标记配准的ETX 组高，故CBCT 更适用肝癌SBRT。