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CBCT、EPID图像引导在肿瘤放疗中的应用研究

2023-11-15 81 上传者：管理员

摘要：目的研究分析CBCT和EPID两种图像引导技术对肿瘤放疗位置误差验证的差异。方法将放疗患者根据肿瘤部位分为头颈部和体部2组，利用Varian Vitalbeam机载图像引导系统(OBI)提供的电子射野影像系统(electronic Dortal imaging device, EPID)和千伏级锥形束CT (cone beam computed tomography, CBCT),于患者每次治疗前先采集EPID(KV-MV)图像进行自动配准检测并记录在六维方向(vrt、lng、lat、rtn、roll、pitch)及各阈值区间的位置误差数据。在不纠正KV-MV检测的位置误差的情况下再次采集CBCT图像进行自动配准手动修正检测并记录和KV-MV(EPID)相同项目的位置误差数据。根据两种技术检测到的位置误差数据，分析比较两种图像引导技术在不同部位的肿瘤和六维各方向及误差阈值之间数据的差异性。结果头颈组CBCT和EPID两种图像引导方式各获取252人次六维方向1512个误差数据。在六维Pitch方向及误差阈值≤1°和>1°之间对放疗位置误差验证具有统计学差异(P<0.05),在六维其它方向及各误差阈值之间，CBCT和EPID两种引导方式对放疗位置误差验证没有统计学差异(P>0.05)。体部组CBCT和EPID两种图像引导方式各获取186人次六维方向1116个误差数据。在六维方向及各误差阈值之间，CBCT和EPID两种图像引导方式对放疗位置误差验证没有统计学差异(P>0.05)。结论 CBCT和EPID两种图像引导技术均能较好满足精准放疗的临床需求，CBCT引导在图像分辨率和六维旋转验证上具有优势。

关键词：
CBCT
EPID
图像引导
放射治疗
误差
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恶性肿瘤是严重危害人类生命健康的重大疾病，手术、放疗和化疗是恶性肿瘤治疗的三大主要手段。放射治疗是恶性肿瘤综合治疗中的主要手段之一，占所有恶性肿瘤患者治疗方法的65%～75%[1]。根据2014年世界卫生组织(WHO)统计数据显示，肿瘤的治愈率大约为55%,其中手术的贡献率为27%,放射治疗为22%,化疗为6%,放疗的作用与手术相当。随着医学影像技术、计算机技术、信息技术以及放疗技术和设备的不断发展和创新，放射治疗已进入了全新的精准放疗时代，治疗精准度越来越高，效果越来越好，患者的生存时间和生存质量也明显延长和提高[2,3]。放射治疗过程中摆位验证是精确放疗非常重要的治疗保证措施[4,5],图像引导放疗(IGRT)技术是实现精准放疗验证的重要手段，图像引导的实现方式主要有利用电子射野影像系统(EPID)获取的MV或KV级二维图像和锥形束CT(CBCT)获取的三维图像[6]。采用不同的引导方式对治疗的精准度带来哪些影响?Hong TS等[7]指出二维位置验证不能准确测量体位旋转，无法预知体位变化对剂量分布的影响。本文研究分析利用Varian Vital-beam提供的CBCT和EPID两种图像引导方式对肿瘤放疗位置误差验证的差异性，寻找出在保证验证精度的前提下，明确其各自在不同放疗技术中的应用。

1、资料与方法

1.1 临床资料

随机选取2021年至2022年在我院肿瘤中心行调强放射治疗的患者，含头颈部、胸部、腹部和盆腔部位的恶性肿瘤。所有入选患者意识清楚，有自主控制能力，卡氏评分≥70 分。

1.2 设备及材料

Varian Vitalbeam直线加速器；Philips Brilliance CT Big Bore大孔径CT;Varian Eclipse及Pinnacle治疗计划系统；Varian Vitalbeam自带的OBI(on board imager)系统；核通数字化模拟定位机；Civco及Klarity一体板体位固定系统；人体定位垫；热缩膜；烤箱；水箱。

1.3 方法

1.3.1 体位及固定方式

根据肿瘤部位的不同，实施个体化的体位及固定方式。头颈部患者采用仰卧双上肢自然下垂体位，人体定位垫+头颈肩热缩膜固定；胸部肿瘤患者采用仰卧双上肢上举置于臂托体位，人体定位垫+面颈肩胸热缩膜固定；腹部患者采用仰卧双上肢上举置于臂托体位，人体定位垫+腹膜固定；盆腔患者采用仰卧双上肢上举置于臂托或俯卧双上肢上举握杆体位，人体定位垫+腹膜固定。

1.3.2 CT定位

所有患者均采用Philips大孔径CT、3 mm层厚、平扫+增强扫描定位，扫描图像直接传输到治疗计划系统进行放疗计划设计。

1.3.3 图像获取

(1)参考图像的获取：治疗计划系统重建生成DRR图像作为 KV-MV的参考图像；定位CT图像作为CBCT的参考图像，均从ARIA 数据库调取。(2)EPID图像采集：于患者治疗前以疗程治疗的前三次每天及疗程中每周至少一次的频率，选取一个实时野加载一个KV-MV图像，利用varian vitalbeam的OBI系统获取两幅KV-MV正交二维图像。(3)CBCT图像采集：于患者治疗前每次采集完EPID图像后不纠正配准误差，利用varian vitalbeam的OBI系统采用半弧或全弧扫描方式获取三幅重建的CBCT三维图像。

1.3.4 图像配准及数据收集整理

利用varian-vitalbeam自带的图像配准系统，将获取的KV-MV图像与治疗计划系统重建生成DRR图像进行自动配准，并记录Vrt、Lng、Lat、Rtn、Roll、Pitch方向的误差数据。将获取的CBCT图像与治疗计划系统中肿瘤中心定位CT图像进行自动配准并根据骨性、灰度和靶区进行手动微调修正，收集记录Vrt、Lng、Lat、Rtn、Roll、Pitch方向的误差数据，治疗床修正该误差后进行治疗。将两种方法获取的六维方向的误差数据分别按各方向的误差阈值收集归纳整理。

1.4 统计学处理

将CBCT和EPID两种引导技术所获取的Vrt、Lng、Lat、Rtn、Roll、Pitch方向的误差数据采用秩和检验--Mann-whitney检验进行统计分析。

2、结果

头颈组CBCT和EPID两种图像引导方式各获得252人次六维方向共1512个误差测定值。在六维Pitch方向及误差阈值≤1°和>1°时，两种引导方式对放疗位置误差验证具有统计学差异(P<0.05),在六维其它方向及各误差阈值之间，CBCT和EPID两种引导方式对放疗位置误差验证没有统计学差异(P>0.05),见表1。

体部组CBCT和EPID两种图像引导方式各获取186人次六维方向共1116个误差测定值。在六维各个方向及各误差阈值之间，CBCT和EPID两种图像引导方式对放疗位置误差验证没有统计学差异(P>0.05),见表2。

表1 CBCT和EPID引导技术对头颈部肿瘤放疗位置误差验证的比较(例，%)

表2 CBCT和EPID引导技术对体部肿瘤位置误差验证的比较(例，%)

3、讨论

精准放疗包括射线剂量和靶区位置的精准，ICRU第24号报告指出：靶区剂量偏离最佳位置±5%时，就有可能使原发肿瘤失控，加大局部失控的几率或引起放射并发症增加，而摆位误差很可能会改变计划靶区剂量的大小及分布。有学者研究指出若误差>1.5 mm, 摆位误差明显降低了靶区剂量，98%大体肿瘤体积所接受的剂量平均减少3.8 GY,原发灶靶体积平均减少4.8 GY[8]。图像引导放疗(IGRT)技术是实现精准放疗的重要手段，在多种图像引导的方法中尤以CBCT和EPID最常见。EPID(KV-MV)DR图像能快速提供较好的骨性结构分辨率，可图像对比度和软组织分辨率较低，但EPID引导的IGRT对缩小摆位误差，提高摆位精度同样具有重要作用[9,10]。KV级CBCT图像除具有很高的空间和密度分辨率外，还可用于三维的组织图像配准[11,12],但CBCT引导额外辐射剂量高，耗时长[13,14],EPID图像配准比CBCT具有更经济和更高的效率。两种图像在不同组织分辨率和灰度分布上的差别会导致配准精度的不同[15],据Hurkmans等[16]总结了头颈部肿瘤放射治疗时的摆位误差，理想的头颈部肿瘤放疗摆位误差应在2 mm以下，本研究结果显示CBCT和EPID两种引导技术在头颈部放疗位置误差2 mm及以下占比均在95%左右，两种引导技术无差异性。尽管很多文献作者认为CBCT三维图像引导配准精度优于EPID二维图像引导[17,18,19],但本研究结果显示除在头颈部pitch方向CBCT配准优于EPID配准外，头颈部其它方向及体部的六维各方向，两种引导技术配准精度差异均不具有统计学意义，与张炳新，袁珂、陆维等的报道相同[20,21,22]。本研究在采集完EPID图像自动配准后没有纠正位置偏差，而是直接再次采集CBCT图像并自动配准，两种方式采集的图像及配准误差受患者体位及人为配准误差影响极小，误差数据准确度及可信度高。在现代精准放疗背景下，图像引导方式至关重要，虽然CBCT引导在图像分辨率及旋转pitch方向配准要优于EPID,但有报道称因患者身体旋转而造成的剂量改变很小[23]。EPID引导有着验证时间短，精度可信，患者额外辐射剂量较低，效率高等优势，是一种在临床实际工作中可以优先考虑采用的IGRT引导模式。

参考文献:

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