新华XHA2200 高能加速器影像引导系统不同配准算法对肺部靶区摆位误差的影响

武玉涛，王晓玲，高娜，郭楷

沂源县人民医院 （山东 淄博 256100）

图像引导放射治疗是一种四维放射治疗技术，治疗时通过对靶区及其周围解剖结构进行成像，以确定放射治疗射束相对于患者体内预期靶区的位置，据此对射束和靶区的预期相对位置进行必要的修正[1]。锥形束CT（cone beam CT，CBCT）图像引导作为当前放射治疗中最常用的引导技术，根据采用的射线源不同，可将其分为kV 级X 线的kVCBCT[2]和MV 级X 线的MV-CBCT[3]；需要注意的是，在放射治疗过程中，由于患者器官运动，可能导致靶区照射不准[4]，而4D-CBCT 技术的出现能够很好地解决这一问题[5-6]。除CBCT 图像引导外，超声引导系统[7]和核磁图像引导系统在临床上亦已有应用；植入磁感应粒子引导系统和光学表面成像引导[8]系统技术尚不成熟；正电子发射断层显像（positron emission tomography，PET）CT 引导技术目前正处于研究阶段。本研究采用的是新华XHA2200高能加速器影像引导系统kV-CBCT，探讨系统不同配准算法（灰度配准算法和骨配准算法）对肺部靶区摆位误差的影响，旨在为临床应用新华影像引导系统提供一定的指导，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2020年8月至2021年2月在我院进行图像引导放射治疗的60例肺癌患者为研究对象，其中，男41例，女19例；年龄42～78岁，平均（60.02±12.00）岁；右肺小细胞癌28例，左肺小细胞癌32例。本研究经医院医学伦理委员会审核批准。

1.2 仪器与方法

1.2.1 仪器

仪器选用新华XHA2200高能加速器影像引导系统，其是在高能加速器上集成的kV-CBCT 图像引导系统，其中，kV-CBCT 图像引导系统主要由6部分组成，包含治疗室内的X 线球管、高压发生器、平板探测器[8]、机械臂（图1）以及控制室内的计算机控制系统和图像工作站（图2）。

图1 新华XHA2200高能加速器影像引导系统治疗室内部分

图2 新华XHA2200高能加速器影像引导系统控制室内部分

1.2.2 方法

（1）用固定夹板将新华一体化体架固定在CT床板上；协助患者取仰卧位，头朝机架，手臂上举手持握杆；使用热塑膜将患者固定在新华一体化体架上，然后进行CT 扫描，获取定位CT 图像；将定位CT 图像导入Fonicsplan TPS 中，由医师勾画靶区及正常组织轮廓，物理师制定相应的治疗计划，计划经医师评估批准后，将计划CT 图像、轮廓信息以及计划文件通过Fonicsplan TPS DICOM 发送至影像引导系统，并将计划CT 图像作为图像配准的参考图像。（2）按照CT 定位时采用的体位和固定方式将患者固定在加速器治疗床上，再按照治疗计划进行摆位，然后进行CBCT 图像扫描和重建，选取相同的感兴趣区，先选用手动配准，配准结果经医师确认，使病灶区域重合度达到最好，然后分别选用灰度配准算法和骨配准算法，配准界面见图3。

图3 关于左肺肺癌的配准界面

1.3 评价指标

分别记录60例患者在X（左右）、Y（前后）、Z（头脚）3个方向上用不同配准算法得到的位置偏差的绝对值，并计算其平均值，据此比较灰度配准算法与手动配准的摆位误差以及骨配准算法与手动配准的摆位误差。

1.4 统计学处理

2 结果

灰度配准算法与手动配准在X、Y、Z 方向上的摆位误差比较，差异均无统计学意义（P＞0.05），见表1。骨配准算法与手动配准在X 方向上的摆位误差比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；骨配准算法在Y、Z 方向上的摆位误差大于手动配准，差异均有统计学意义（P＜0.05），见表2。

表1 灰度配准算法与手动配准的摆位误差比较（cm，±s，60例）

表1 灰度配准算法与手动配准的摆位误差比较（cm，±s，60例）

配准算法 X 方向 Y 方向 Z 方向灰度配准 0.685±0.669 0.596±0.454 0.689±0.462手动配准 0.688±0.687 0.592±0.453 0.710±0.451 t-0.443 1.344 -1.400 P 0.340 0.090 0.072

表2 骨配准算法与手动配准的摆位误差比较（cm，±s，60例）

表2 骨配准算法与手动配准的摆位误差比较（cm，±s，60例）

配准算法 X 方向 Y 方向 Z 方向骨配准 0.717±0.653 0.628±0.434 0.734±0.440手动配准 0.688±0.687 0.592±0.453 0.710±0.451 t 1.466 2.630 2.230 P 0.070 0.001 0.045

3 讨论

随着医学技术的发展，放射治疗进入了精准治疗时代，其中精确定位是精确放射治疗的重中之重，而图像引导是确保治疗前摆位准确性和治疗中照射位置准确性的重要手段[9]。但需要注意的是，不同的配准算法会产生不同的影像配准结果，按配准的图像内容不同，配准算法可分为灰度配准算法和骨配准算法。其中，灰度配准算法通过利用感兴趣区内所有像素信息计算图像的相关性来完成配准，包括感兴趣区内的骨、血管、软组织、空气、床板和定位装置信息[10]。骨配准算法则仅通过利用感兴趣区内的骨信息计算图像的相关性来完成配准。总之，灰度配准算法综合考虑了感兴趣区内的所有因素，故在骨骼信息少的部位，灰度配准算法的配准结果相对于骨配准算法更贴近解剖信息。手动配准是在医师的指导下使病灶重合度最好，我们可以以手动配准为参照，比较灰度配准算法和骨配准算法与手动配准结果的差异，为今后临床选择配准算法提供依据。

本研究以肺癌患者为例，探讨了新华XHA2200高能加速器影像引导系统不同配准算法对肺部靶区摆位误差的影响，结果显示，灰度配准算法与手动配准在X、Y、Z方向上的摆位误差比较，差异均无统计学意义（P＞0.05）；骨配准算法与手动配准在X方向上的摆位误差比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；骨配准算法在Y、Z方向上的摆位误差大于手动配准，差异均有统计学意义（P＜0.05）；表明相较于骨配准算法，新华XHA2200高能加速器影像引导系统灰度配准算法在肺癌患者中的配准结果更好。但是，本研究是基于肺癌患者进行的，未涉及其他部位，因此，在应用新华XHA2200高能加速器影像引导系统时，本研究只能为肺癌患者的图像引导放射治疗提供指导；此外，本研究未考虑器官运动的影响，后续在进行肺癌患者CBCT配准摆位时需要综合考虑，如增加CBCT呼吸相位影像，然后与4D计划CT在相同的相位进行配准。

总之，优质的CBCT 图像不仅可用于放射治疗中的图像引导过程，还可为临床开展自适应放射治疗提供影像学基础，避免了通过多次模拟CT 来跟踪患者解剖结构变化的烦琐过程，优化了自适应放射治疗的工作流程，并可及时发现结构变化进而不断优化计划设计，为患者的治疗全过程提供最佳的治疗方案。