張愛(ài)華 張 軍 胡 健 戈 偉*

在腹部腫瘤的放射治療中，容易受到腹式呼吸、腹部脂肪厚、皮膚松弛、胃腸蠕動(dòng)及充盈程度不同等因素的影響[1]。為確?；颊呤苷丈鋾r(shí)的實(shí)際中心位置與計(jì)劃位置一致，放射治療前進(jìn)行等中心位置驗(yàn)證是最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)[2]。臨床常規(guī)對(duì)放射治療位置驗(yàn)證行模擬機(jī)二維位置驗(yàn)證，或加速器在線錐形束計(jì)算機(jī)斷層攝影(cone-beam computed tomography，CBCT)位置驗(yàn)證?，F(xiàn)有的放射治療模擬機(jī)使用頻率過(guò)高導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)備故障，加速器自帶的影像設(shè)備只能用于該加速器使用，而其他無(wú)自帶影像設(shè)備的加速器無(wú)法使用。針對(duì)上述問(wèn)題經(jīng)過(guò)多年研發(fā)，本研究研發(fā)出一套CT模擬驗(yàn)證軟件系統(tǒng)，作用于常規(guī)CT上，可以精確地為腹部患者進(jìn)行放射治療前等中心位置驗(yàn)證，以解決因放射治療設(shè)備條件限制影響工作效率，使放射治療前位置驗(yàn)證的重要環(huán)節(jié)順利進(jìn)行。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2018年7-11月在武漢大學(xué)人民醫(yī)院準(zhǔn)備行放射治療的50例腹部腫瘤患者，所有患者均采用真空負(fù)壓氣墊袋加碳纖維板底座固定，均采用CT靶區(qū)定位掃描，層厚為5 mm，用激光槍在患者體部做擺位坐標(biāo)標(biāo)記。圖像數(shù)據(jù)傳輸至RTQA CT Simulator軟件進(jìn)行靶區(qū)勾畫(huà)，然后由該系統(tǒng)傳輸至Varian加速器的Eclipse計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)，待計(jì)劃確認(rèn)后將患者帶至定位室對(duì)放射治療計(jì)劃行等中心位置驗(yàn)證后對(duì)所有患者再次進(jìn)行加速器在線CBCT位置驗(yàn)證。

1.2 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

(1)納入標(biāo)準(zhǔn)：①經(jīng)病理確診為腫瘤需行腹部放射治療；②意識(shí)清楚、聽(tīng)力、語(yǔ)言表達(dá)無(wú)障礙，了解自身病情；③自愿參加本研究并填寫(xiě)知情同意書(shū)。

(2)排除標(biāo)準(zhǔn)：①既往有心腦血管疾病、重要器官損害；②有嚴(yán)重并發(fā)癥或精神障礙、感知障礙；③已參與其他研究。

1.3 儀器設(shè)備

自行設(shè)計(jì)研發(fā)的CT 模擬驗(yàn)證系統(tǒng)；RTQACT Simulator軟件系統(tǒng)(上?？颠_(dá)醫(yī)療器械公司)；Discovery CT 590 RT型CT機(jī)(美國(guó)GE公司)，配備三維可移動(dòng)激光燈系統(tǒng)，該CT所配帶的軟件無(wú)配準(zhǔn)驗(yàn)證功能；加速器的Eclipse計(jì)劃系統(tǒng)(美國(guó)Varian公司)；體位固定裝置(真空負(fù)壓墊)及碳纖維底板(廣州科萊瑞迪公司)；Varian 23IX型直線加速器(美國(guó)Varian公司)。

1.4 位置驗(yàn)證方法

1.4.1 常規(guī)CT機(jī)等中心位置驗(yàn)證

(1)誤差驗(yàn)證：使用模體進(jìn)行系統(tǒng)誤差的驗(yàn)證，在x(左右)、y(前后)和z(頭腳)3個(gè)方向的系統(tǒng)誤差分別均＜1 mm。經(jīng)Eclipse治療計(jì)劃系統(tǒng)做出患者的治療計(jì)劃，并確定靶區(qū)治療坐標(biāo)后將生成的RT文件傳輸至自行研發(fā)的RTQACTSimulator軟件。

(2)患者體位：患者取仰臥于CT機(jī)床上，按照首次體位固定標(biāo)準(zhǔn)擺位到患者治療點(diǎn)位置，按照激光燈在體表指示的3個(gè)位置分別貼上鉛點(diǎn)，其中兩個(gè)鉛點(diǎn)在患者的水平X軸和上下Y軸上。行CT預(yù)掃描，在定位像中確定鉛點(diǎn)的位置，以鉛點(diǎn)所在的位置為中心前后3 cm設(shè)置層厚為1 mm，其他層厚為5 mm進(jìn)行掃描，頭腳方向的掃描總長(zhǎng)為20 cm。

(3)圖像獲取：由RTQA CT Simulator軟件獲取驗(yàn)證CT的圖像，并使用軟件中的標(biāo)定功能，找到鉛點(diǎn)所在層面，其中患者左右兩個(gè)點(diǎn)作為水平X軸上的點(diǎn)，上下方向的點(diǎn)為Y軸上的點(diǎn)，標(biāo)定驗(yàn)證治療中心的位置。

(4)圖像配準(zhǔn)：將驗(yàn)證CT圖像和定位CT圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，其中配準(zhǔn)分為手工配準(zhǔn)和自動(dòng)配準(zhǔn)，配準(zhǔn)無(wú)誤后，RTQA CT Simulator軟件以定位CT圖像的坐標(biāo)系為參考坐標(biāo)系，計(jì)算出定位CT的計(jì)劃擬定治療中心和驗(yàn)證CT上標(biāo)定的治療中心的偏移量，該偏移量即復(fù)位等中心x(左右)、y(前后)和z(頭腳)3個(gè)方向的誤差量值。

1.4.2 直線加速器在線CBCT位置驗(yàn)證

(1)參考圖像：采用定位CT圖像作為3D-CBCT的參考圖像，從瓦里安加速器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(ARIA)數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)用。圖像采集：在千伏級(jí)能量源(kV-Source)處附加半濾線器，從182°逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)至178°(或反向)，采集圖像360°，千伏級(jí)探測(cè)板(V-detector)距離kVSource 150 cm，在水平方向移動(dòng)4.8 cm，Reconstruction工作站重建生成三維CT圖像直徑為45 cm，z(頭腳)方向16 cm的CBCT圖像[3]。

(2)圖像配準(zhǔn)對(duì)比：采集CBCT圖像后，在3個(gè)方向?qū)?yīng)的橫斷面、冠狀面和矢狀面分別采用骨性配準(zhǔn)、灰度值配準(zhǔn)和手動(dòng)配準(zhǔn)3種配準(zhǔn)方式分別與參考圖像進(jìn)行配準(zhǔn)對(duì)比，兩者產(chǎn)生的差值為x(左右)、y(前后)和z(頭腳)3個(gè)方向的比較[4]。3個(gè)方向上的誤差分別記錄為Ex、Ey、Ez，根據(jù)參考中山大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院制定的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)(腹部誤差以±5 mm作為位置驗(yàn)證合格標(biāo)準(zhǔn))，任一方向上誤差在±3～±5 mm時(shí)需進(jìn)行修正，當(dāng)誤差＞±5 mm時(shí)，要求對(duì)患者進(jìn)行重新擺位重新校對(duì)。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)數(shù)資料采用例數(shù)和百分比表示；數(shù)據(jù)呈非正態(tài)分布，等級(jí)資料比較采用秩和檢驗(yàn)；計(jì)量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差()表示，采用配對(duì)t檢驗(yàn)。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩種驗(yàn)證模式采集圖像辨識(shí)度

CBCT拍攝的圖像在右側(cè)胃旁有明顯的條紋干擾，導(dǎo)致圖像不清晰，這是因?yàn)榭涨桓菀资艿讲痪鶆蛐缘挠绊?，而?dǎo)致逆向成像有條紋干擾，而常規(guī)CT則無(wú)明顯該條紋干擾；CBCT的圖像由于對(duì)比度差，而導(dǎo)致正常器官以及腫瘤組織很難辨識(shí)，而在常規(guī)CT圖像中可以很容易識(shí)別出正常器官以及腫瘤組織，見(jiàn)圖1。

圖1 兩種驗(yàn)證模式的采集圖像

2.2 兩種位置驗(yàn)證模式誤差結(jié)果

分別記錄并統(tǒng)計(jì)常規(guī)CT等中心位置驗(yàn)證和加速器在線CBCT位置驗(yàn)證在x(左右)、y(前后)和z(頭腳)3個(gè)方向的平移誤差，并將誤差分為3個(gè)等級(jí)范圍Ea≤±3 mm，±3 mm＜Eb≤±5 mm，Ec＞±5 mm。①常規(guī)CT等中心定量分析位置驗(yàn)證時(shí)x方向上各誤差等級(jí)范圍例數(shù)依次為Ea12例(24%)、Eb34例(68%)和EC4例(8%)，y(前后)方向上為Ea9例(18%)、Eb35例(70%)和Ec6例(12%)，z(頭腳)方向上為Ea28例 (56%)、Eb18例(36%)和Ec4例(8%)；②加速器在線CBCT位置驗(yàn)證時(shí)x(左右)方向?yàn)镋a11例(22%)、Eb28例(56%)和Ec11例(22%)，y(前后)方向上為Ea8例(16%)、Eb29例(58%)和Ec13例(26%)，z(頭腳)方向上為Ea22例(44%)、Eb18例(36%)和Ec10例(20%)。

2.3 兩種位置驗(yàn)證平移誤差等級(jí)比較

在誤差等級(jí)中，常規(guī)CT等中心位置驗(yàn)證誤差等級(jí)Ea為49例，Eb為87例，Ec為14例；加速器在線CBCT位置驗(yàn)證Ea為41例，Eb為75例，Ec為34例；常規(guī)CT等中心位置驗(yàn)證誤差等級(jí)在Ea和Eb上的例數(shù)多于加速器在線CBCT位置驗(yàn)證誤差等級(jí)上的例數(shù)；在Ec上常規(guī)CT等中心位置驗(yàn)證誤差等級(jí)例數(shù)比加速器CBCT驗(yàn)證誤差等級(jí)例數(shù)少。表明常規(guī)CT等中心位置驗(yàn)證誤差量值小于加速器在線CBCT位置驗(yàn)證，經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)Z檢驗(yàn)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-2.296，P＜0.05)，見(jiàn)表1。

表1 兩種驗(yàn)證方式3個(gè)方向平移誤差等級(jí)比較(例)

2.4 兩種位置驗(yàn)證平移誤差比較

兩種驗(yàn)證方法x(左右)、y(前后)和z(頭腳)3個(gè)方向上的平移誤差EX、EY和EZ比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-5.623，t=-5.371，t=-6.342；P＜0.05)，見(jiàn)表2。

表2 兩種位置驗(yàn)證方式不同方向平移誤差比較(mm，)

表2 兩種位置驗(yàn)證方式不同方向平移誤差比較(mm，)

注：表中Ex為左右方向誤差；Ey為前后方向誤差；Ez為頭腳方向誤差

3 討論

腹部患者放射治療，由于受腹式呼吸和胃腸充盈不同程度的影響，為提高臨床受照靶區(qū)劑量，避免正常組織和危及器官受照，對(duì)擺位的精度提出了很高的要求，為確保放射治療質(zhì)量及安全，在首次治療前均進(jìn)行位置驗(yàn)證[5-8]。臨床上一般采用模擬機(jī)行二維位置驗(yàn)證，或者在直線加速器上進(jìn)行在線CBCT位置驗(yàn)證，二維模擬機(jī)驗(yàn)證由于是X射線攝片膠片成像，采用0°和90°的角度采集獲取相關(guān)正側(cè)位影像并和數(shù)字化重建影像(digitally reconstructed radiography，DRR)進(jìn)行比對(duì)，用骨性標(biāo)記作為參考點(diǎn)，故其清晰度和位置精度欠佳[9]。在線行CBCT位置驗(yàn)證.每位患者從體位擺放完畢，到CBCT圖像采集，再到位置配準(zhǔn)，這一系列環(huán)節(jié)需耗費(fèi)加速器大量時(shí)間，而放射治療患者日益增多，導(dǎo)致放射治療設(shè)備滿足不了現(xiàn)有診療需求，使在線CBCT位置驗(yàn)證技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的使用并不理想，且未帶圖像引導(dǎo)放射治療(image guided radiation therapy，IGRT)的加速器無(wú)法使用。本研究將自行研發(fā)CT模擬驗(yàn)證系統(tǒng)運(yùn)用于常規(guī)CT上，有效地解決二維模擬機(jī)驗(yàn)證和在線加速器CBCT驗(yàn)證存在的弊端。該系統(tǒng)可將放射治療的圖像存儲(chǔ)、發(fā)送和圖像融合配準(zhǔn)，靶區(qū)勾畫(huà)，驅(qū)動(dòng)激光燈指示復(fù)位中心，將計(jì)劃等中心和復(fù)位等中心進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)而測(cè)算出誤差量值，完成位置驗(yàn)證。本研究結(jié)果顯示，運(yùn)用CT模擬驗(yàn)證系統(tǒng)將常規(guī)CT用于腹部放射治療等中心位置驗(yàn)證和直線加速器在線CBCT位置驗(yàn)證，平移誤差在x(左右)、y(前后)和z(頭腳)3個(gè)方向上，誤差等級(jí)分級(jí)比較，常規(guī)CT位置驗(yàn)證優(yōu)于CBCT位置驗(yàn)證，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。常規(guī)CT用于腹部放射治療等中心定量分析位置驗(yàn)證的圖像清晰度和辨識(shí)度比加速器在線CBCT位置驗(yàn)證的圖像清晰度和辨識(shí)度要高。這是由于運(yùn)用CT模擬驗(yàn)證系統(tǒng)將常規(guī)CT用于腹部放射治療等中心位置驗(yàn)證，是360°獲取圖像采集，且在橫斷面進(jìn)行顯像，是對(duì)患者掃描圖像的還原，更直觀的提供了中心層面的高密度分辨率圖像，不僅骨性標(biāo)記點(diǎn)被清晰標(biāo)志出，其腹部腫瘤周?chē)能浗M織、腫瘤組織也顯示的比較清晰[10]?，F(xiàn)階段，對(duì)于多層螺旋CT技術(shù)而言，其探測(cè)儀器的主要材料為稀土陶瓷，這一材料具有輸出率較高，以及穩(wěn)定性較好等特點(diǎn)。常規(guī)CT機(jī)的控測(cè)器高達(dá)300～800個(gè)并與相對(duì)的X射線管只做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此能收集較多數(shù)據(jù)，掃描時(shí)間為5 s以內(nèi)，使偽影大幅減少，圖像質(zhì)量提高，故提高了圖像配準(zhǔn)的清晰度[11]。常規(guī)CT機(jī)借助CT模擬驗(yàn)證系統(tǒng)作為技術(shù)支持，采用移動(dòng)激光系統(tǒng)機(jī)器控制且顯示精度為0.1 mm，故可以提高三維方向上平均精度[12]。CBCT是一種計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)，使用圓錐形光束對(duì)被檢體進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)掃描，用錐束CT重建算法對(duì)獲得的二維圖像進(jìn)行重建，從而獲得三維立體的放射圖像[13]。由于錐形束CT系統(tǒng)硬件加工工藝限制，導(dǎo)致的各探測(cè)元單元靈敏度和效率不一致，單個(gè)探測(cè)元損壞以及一些不可控的原因，CBCT圖像中往往會(huì)出現(xiàn)與被掃描組織結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)且均以重建中心為圓心，灰度值不同于周?chē)袼氐囊幌盗袀斡啊斡暗某霈F(xiàn)大福降低了CBCT圖像的質(zhì)量與真實(shí)性，對(duì)于腹部低密度的軟組織而言影響更大[14-15]。導(dǎo)致相對(duì)于常規(guī)CT成像清晰度差，并導(dǎo)致精度有所降低。

4 結(jié)論

本研究表明，利用研發(fā)軟件將常規(guī)CT運(yùn)用于腹部放射治療等中心位置驗(yàn)證，因其具有成像清晰度高且可以精準(zhǔn)配準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，既保障了腹部放射治療質(zhì)量安全，又提高了常規(guī)CT機(jī)的使用率，使得醫(yī)療資源應(yīng)用最大化，具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值。

由于位移誤差由x(左右)、y(前后)和z(頭腳)3個(gè)方向上的平移誤差和繞此3個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)誤差組成，由于加速器治療床只能沿著x(左右)方向旋轉(zhuǎn)，其他的兩個(gè)方向不能旋轉(zhuǎn)，故本次研究未對(duì)腹部放射治療患者做繞此3個(gè)方向上的旋轉(zhuǎn)誤差做統(tǒng)計(jì)，是本研究的欠缺之處。為此，本研究將改進(jìn)軟件設(shè)計(jì)，使其具備對(duì)3個(gè)方向旋轉(zhuǎn)誤差的分析功能，再做進(jìn)一步的研究，以完善該欠缺。