張瑋婷

福建醫(yī)科大學(xué)附屬龍巖第一醫(yī)院，福建省龍巖市 364000

隨著現(xiàn)代影像科技、計(jì)算機(jī)技術(shù)、高精度機(jī)械控制技術(shù)的高速發(fā)展，目前放射治療從技術(shù)上步入了精確放療時(shí)代，從常規(guī)2D放療發(fā)展到三維適形、調(diào)強(qiáng)放療以及立體定向放療[1]。這些技術(shù)在提高放療精準(zhǔn)性的同時(shí)，由于其具有劑量分布適形，體位固定重復(fù)性要求高的特點(diǎn)，要求在治療前進(jìn)行精準(zhǔn)擺位驗(yàn)證，所以必須借助影像引導(dǎo)，從實(shí)際治療上提高腫瘤放療精準(zhǔn)性[2]。

圖像引導(dǎo)放療(IGRT)是指在治療擺位時(shí)采集圖像，利用這些圖像，引導(dǎo)此次以及后續(xù)分次治療的技術(shù)[3]。IGRT的方式多樣，傳統(tǒng)的IGRT設(shè)備是在直線加速器上安裝兆伏級(jí)電子射野影像裝置(EPID)，近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的機(jī)載錐形束CT是將CBCT平板探測(cè)器的讀書裝置和探測(cè)器結(jié)合在一起，提高了空間分辨率和密度分辨率，可以更直觀、精確、方便地計(jì)算擺位誤差[4]。

我科現(xiàn)有的醫(yī)科達(dá)Synergy直線加速器機(jī)載千伏級(jí)四維錐形束CT(4D-CBCT)，在錐形束CT的基礎(chǔ)上加入了時(shí)間變量因素，能夠采集和顯示整個(gè)呼吸周期中腫瘤和解剖結(jié)構(gòu)的位置，并追蹤腫瘤位于完整呼吸相位中的最長(zhǎng)停滯階段，考慮了時(shí)間加權(quán)平均因素，對(duì)擺位校準(zhǔn)作出決策。尤其適用于受呼吸影響運(yùn)動(dòng)幅度大、目標(biāo)腫瘤逃出計(jì)劃靶區(qū)的概率大、容易影響放療效果的胸部腫瘤類型。

本文研究測(cè)試了4D-CBCT在圖像掃描和重建、圖像配準(zhǔn)、使用耗時(shí)方面，不同條件下的臨床應(yīng)用的配準(zhǔn)效果，探討4D-CBCT更為合理的臨床應(yīng)用方法。

1 圖像掃描和重建

肺癌患者擺位后，于放療前行4D-CBCT掃描。掃描參數(shù)為電壓120kV，電流40mA，脈沖時(shí)間14ms，準(zhǔn)直器S20，過(guò)濾器F0。

4D-CBCT的圖像重建只能選擇低分辨率重建和中分辨率重建，從實(shí)際測(cè)試結(jié)果來(lái)看，4D-CBCT低分辨率重建耗時(shí)25s，中分辨率重建耗時(shí)50s，兩種分辨率的重建效果和配準(zhǔn)結(jié)果如圖1、圖2所示。

A B

圖1不同分辨率重建效果圖

A:低分辨率重建效果 B:中分辨率重建效果

A B

圖2不同分辨率重建的配準(zhǔn)結(jié)果

A:低分辨率配準(zhǔn)結(jié)果 B:中分辨率配準(zhǔn)結(jié)果；各方向配準(zhǔn)結(jié)果值見圖右下角Lat(左右)、Long(頭腳)、Vert(前后)

如圖所示，4D-CBCT低分辨率和中分辨率重建得出患者左右、頭腳、前后三個(gè)方向的配準(zhǔn)結(jié)果分別為0.37、-0.33、0.16和0.37、-0.33、0.17，配準(zhǔn)結(jié)果基本沒(méi)差別。綜上，考慮到應(yīng)在治療時(shí)盡量縮短時(shí)間以保證患者耐受性和舒適性，4D-CBCT臨床在線校準(zhǔn)更適合采用低分辨率圖像重建方式。

此外，普通CBCT的圖像重建可以選擇低分辨率重建、中分辨率重建、高分辨率重建三種方法。測(cè)試三種分辨率選擇對(duì)配準(zhǔn)結(jié)果和適用性體會(huì)如下：高分辨率重建時(shí)間82s，中分辨率重建時(shí)間48s，配準(zhǔn)結(jié)果基本沒(méi)差別。低分辨率重建方式重建時(shí)間短、但圖像質(zhì)量差；高分辨率重建圖像質(zhì)量高，但重建需要時(shí)間長(zhǎng)，推薦作為離線分析使用；中分辨率重建的圖像質(zhì)量既能滿足匹配需求，時(shí)間也短，最適合在線配準(zhǔn)；中、高分辨率重建方式對(duì)匹配結(jié)果的影響沒(méi)有明顯差別。所以普通的CBCT的在線校準(zhǔn)更建議使用中分辨率重建方式。

2 圖像配準(zhǔn)

在掃描和重建后的圖像中手動(dòng)拉取三維配準(zhǔn)框，并選取配準(zhǔn)方式，對(duì)重建獲得的4D-CBCT影像與計(jì)劃CT影像進(jìn)行配準(zhǔn)。在三維配準(zhǔn)框的選擇上，經(jīng)測(cè)試，三維配準(zhǔn)框的選擇范圍不同對(duì)配準(zhǔn)結(jié)果有影響。尤其是選擇不合適的配準(zhǔn)框，配準(zhǔn)結(jié)果的差異很大，如圖3所示，分別為配準(zhǔn)框太小、配準(zhǔn)框沒(méi)有包括靶區(qū)，配準(zhǔn)框位置較偏的配準(zhǔn)結(jié)果。而配準(zhǔn)框包括靶區(qū)外擴(kuò)5cm、配準(zhǔn)框包括靶區(qū)及周圍骨結(jié)構(gòu)，二者的配準(zhǔn)結(jié)果比較相近，經(jīng)臨床醫(yī)生檢驗(yàn)，配準(zhǔn)結(jié)果也比較準(zhǔn)確，如圖4所示。

A B C

圖3三種不合適三維配準(zhǔn)框得出的配準(zhǔn)結(jié)果

A:配準(zhǔn)框太小 B:配準(zhǔn)框沒(méi)有包括靶區(qū) C:配準(zhǔn)框位置較偏

A B

圖4兩種正確的三維配準(zhǔn)框得出的配準(zhǔn)結(jié)果

A:配準(zhǔn)框包括靶區(qū)外擴(kuò)5cm B:配準(zhǔn)框包括靶區(qū)及周圍骨結(jié)構(gòu)

所以，在4D-CBCT圖像配準(zhǔn)前一定要調(diào)整配準(zhǔn)框范圍，至少包括PTV范圍，并在三維上各外放5cm以上，如果腫瘤與附近骨結(jié)構(gòu)相對(duì)位置固定，也要包括這些骨結(jié)構(gòu)。

此外，在配準(zhǔn)方式的選擇上，如果腫瘤與附近骨結(jié)構(gòu)相對(duì)位置固定，可以選擇骨配準(zhǔn)；如果是肺內(nèi)孤立性病灶，選擇灰度配準(zhǔn)效果好；一般選擇灰度配準(zhǔn)[5]。

4D-CBCT最終給出一個(gè)呼吸周期中的10幅不同呼吸狀態(tài)的掃描圖像，經(jīng)過(guò)三維配準(zhǔn)框配準(zhǔn)、靶區(qū)配準(zhǔn)，使得4D-CBCT圖像上靶區(qū)及周圍正常器官的解剖結(jié)構(gòu)在水平位、冠狀位、矢狀位上與定位圖像上的相應(yīng)解剖結(jié)構(gòu)獲得最佳重疊，由此得出患者實(shí)際的靶中心位置與治療計(jì)劃靶中心位置在三維方向的偏差數(shù)值，即為左右(LR)、頭腳(SI)、和前后(AP)3個(gè)方向上的擺位誤差?？蓜?dòng)態(tài)觀察10個(gè)呼吸狀態(tài)下的10組擺位誤差，并通過(guò)時(shí)間加權(quán)平均，得出最終臨床執(zhí)行的平均擺位誤差。通過(guò)機(jī)載HexalPOD光學(xué)跟蹤系統(tǒng)及引導(dǎo)軟件進(jìn)行在線擺位校準(zhǔn)。

3 使用耗時(shí)

4D-CBCT在錐形束CT的基礎(chǔ)上加入了時(shí)間變量因素，而據(jù)報(bào)道，普通CBCT所獲得的圖像內(nèi)包含數(shù)個(gè)呼吸周期的運(yùn)動(dòng)圖像，在受呼吸運(yùn)動(dòng)影響大的胸部腫瘤放療前影像引導(dǎo)方式的選擇上，筆者測(cè)量了正常在線校準(zhǔn)使用CBCT(中分辨率圖像重建)、4D-CBCT(低分辨率圖像重建)時(shí)，二者各部分的使用耗時(shí)，結(jié)果如表1。

表1 CBCT和4D-CBCT使用耗時(shí)測(cè)量結(jié)果(s)

4D-CBCT使用時(shí)間僅比CBCT多62s，雖然同時(shí)給患者帶來(lái)了略多一些的附加劑量。但4D-CBCT能觀察呼吸完整時(shí)相內(nèi)，10幅不同呼吸狀態(tài)的擺位誤差結(jié)果，確保不出現(xiàn)靶區(qū)“漏照”與“脫靶”的情況，從而提高放療精確度和確保放療療效，依據(jù)放療總目標(biāo)來(lái)說(shuō)，這種獲益相對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)更有價(jià)值。所以，針對(duì)胸部腫瘤放療，均選擇采用4D-CBCT掃描和配準(zhǔn)。

綜上，通過(guò)對(duì)4D-CBCT在圖像掃描和重建、圖像配準(zhǔn)、使用耗時(shí)方面，不同條件下的測(cè)試，細(xì)化了我科4D-CBCT的臨床使用方法，提高了我科人員對(duì)于4D-CBCT的應(yīng)用熟悉程度，由此應(yīng)用于胸部腫瘤患者的放療前影像引導(dǎo)，能夠進(jìn)一步提高放療精度，提高放療療效，對(duì)臨床指導(dǎo)精確放療具有實(shí)際意義。