肺癌放疗中CBCT不同配准方式的误差分析

袁星星 黄玉玲 潘纯国 张 云

放射治疗是肺癌的重要治疗手段，其中调强放射治疗(IMRT)技术能在保证肿瘤高剂量照射的同时降低邻近肺和心脏等正常器官的照射剂量。基于IMRT剂量学优势，IMRT对放疗的精准要求更高。图像引导放射治疗可提高放疗的精准性，其中基于锥形束CT(cone-beam CT，CBCT)成像技术是目前常用的图像引导模式，通过治疗前采集患者的CT图像，并与定位CT图像配准，能精确提供患者摆位误差，并予以修正[1-2]。除CBCT图像质量外，现有研究表明不同自动配准方式会影响误差结果[3-4]。本文详细研究了肺癌患者放疗基于KV-CBCT图像扫描区域自动灰度配准、自动骨性配准和基于PTV外放20 mm区域自动灰度配准的平移和旋转误差，探讨3种配准方式的差异，从而为规范CBCT在肺癌放疗中的应用提供参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料

随机选择2019年1月至2020年12月在本院放疗中心治疗的25例肺癌患者，Ⅰ期2例， Ⅱ期5例， Ⅲ期18例。男性18例，女性7例。年龄32～85岁，中位年龄65岁。所有患者均采用调强放疗计划，处方剂量为50～60 Gy/25～30次。

1.2 模拟定位及图像采集

患者均采用仰卧位，使用头颈肩面罩配合塑形垫或颈胸膜配合与塑形垫的方式进行体位固定。利用西门子大孔径CT模拟定位机进行CT扫描，扫描层厚5 mm。扫描后图像传输至三维治疗计划系统进行，靶区勾画后由物理师制作放疗计划，按要求确定照射中心。每例患者均利用Varian公司TrueBeam直线加速器的CBCT系统获取3次图像(首次治疗前，治疗中，最后一周)，如摆位误差在某个方向超过5 mm，需重新摆位和扫描，再次摆位后采集的数据图像纳入分析，共75组CBCT图像。

1.3 图像配准方式

CBCT图像与定位CT图像按以下3种方式进行图像自动配准：A方式，配准区域包括整个CBCT扫描区域，灰度自动配准，得出摆位平移和旋转误差；B方式，配准区域包括整个CBCT扫描区域(与A方式具有相同的配准框)，骨自动配准，得出摆位平移和旋转误差；C方式，配准区域仅包含计划靶区外扩20 mm区域，灰度自动配准，得出摆位平移和旋转误差。其中头、前和左方向误差为正值，均值计算考虑正负。

1.4 误差分析及统计学处理

用PASW统计软件对各种方式误差行配对t检验，χ2检验方法验证计数差异是否具有统计学意义，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

3种不同配准方式在前后、头脚、左右方向的平移误差范围分别为-4.4～3.9 mm、-4.4～4.4 mm、-4.2～3.6 mm，-4.6～4.1 mm、-3.5～4.9 mm、4.1～3.6 mm,-4.1～4.6 mm、-3.8～4.9mm、-4.5～4.8 mm。旋转误差范围分别为：-1.5～2.8°、-0.7～1.5°、-1.1 ～2.1°，-1.6～3.0°、-0.8～3.1°、-1.2～2.8°和-2.5～3.3°、-0.6～2.3°、-1.7～2.5°。3种配准方式相比，A方式与B方式间只有头脚方向的平移和旋转误差存在统计学意义(P=0.000，P=0.000)，A方式与C方式间只有头脚方向的平移误差存在统计学意义(P=0.000)，B方式与C方式间只有头脚方向的旋转误差存在统计学意义(P=0.002)，见表1。3种配准方式摆位误差≥3 mm的发生率差异分析结果见表2。

表1 3种不同配准方式在不同方向的误差

表2 3种不同配准方式在不同方向的摆位误差≥3 mm的发生情况(次，%)

3 讨论

KV级的CBCT不仅能够清楚地显示患者的骨性和软组织结构，还能观察到肿瘤及周边正常组织的体积变化和位置等信息，因此CBCT已广泛作为图像引导方式运用于临床的精准放疗。有研究报道CBCT可提高非小细胞肺癌患者放疗精准性，减小计划靶区(PTV)外放的边界，从而降低正常组织的受照剂量[5]。临床上获取摆位误差是通过比较CBCT图像与CT定位图像，而在这个过程中影响因素较多，如观察者、图像质量、配准方式等。目前放疗设备制造厂家提供了不同自动配准的软件，它们的出现极大地提高了临床配准的效率，使得在日常治疗中放疗技师能顺利完成图像配准和验证误差工作。

本研究比较了Varian公司的自动配准软件中配准区域和配准模式的选择对图像配准误差差异，研究结果表明在相同的配准框的条件下，按灰度和骨性配准两种方式在头脚方向、左右方向的平移和旋转误差是不同的，骨配准得到的误差值要大于灰度配准的误差值，两者的平移系统误差相差0.3 mm。这与Yeung 等的研究结果是一致的[3]。Yeung 等发现基于CBCT图像骨性配准的获得的摆位误差较软组织的稍大。但梁军研究小组发现肺癌患者放疗采用灰度配准和骨性两种配准方式的摆位误差均值都在 1.3 mm范围内，且两种方式没达到统计学差异[6]。黄伯天等发现CBCT与CT在胸腹体模上采用灰度配准精度和稳定性高于骨性配准[7]。对于胸部其他肿瘤如食管癌图像配准也进行了大量的研究，如李建成等[8]从配准时间和配准准确性综合分析认为骨性配准与手动配准相结合的配准方法最佳。车少敏等[9]发现对颈段、胸上段食管癌灰度配准与骨性配准差异明显，推荐首先骨性配准，必要用再手动微调。配准框的范围也会影响配准结果，本研究发现当仅考虑靶区情况下进行灰度配准，其获取的平移误差在前后、头脚和左右方向均要大于按整个CBCT扫描区域进行配准所获得的数据，且头脚方向误差超过3 mm的比例显著提高，达到44.0%。张健等认为选择范围较大的配准方法有利于提高配准精度[10]，但IGRT协作组的规范建议，图像配准框的范围应以PTV为基础在三维上各外放2 cm包括的区域。

总之，不同配准方式都会造成肺癌摆位误差的精度，从而影响PTV外放边界的大小，因此在临床使用时应根据治疗精度要求选择合适的配准条件。