肝臟腫瘤kV級CBCT圖像引導(dǎo)放療圖像配準(zhǔn)及位置變化的研究.pdf

1、全球癌癥統(tǒng)計，在男性癌癥患者中確診為肝癌的占第五位，死于肝癌的占第二位;在女性癌癥患者中確診為肝癌的占第七位，死于肝癌的占第六位。此外，肝臟是惡性腫瘤常見的轉(zhuǎn)移部位，常為腫瘤病情進(jìn)展的指標(biāo)。放療是治療不可手術(shù)切除肝臟腫瘤的重要手段，隨著放療設(shè)備、計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)展以及對放射生物學(xué)認(rèn)識的加深，放療在治療肝臟腫瘤中的作用日益受到重視。
　　肝臟是一個對放射線耐受較差的器官，全肝放療的最小耐受劑量(TD5/5)是25Gy，最大耐受劑量(T

2、D50/5)是40Gy，國外學(xué)者在關(guān)于無肝功能障礙肝轉(zhuǎn)移癌放療的研究中認(rèn)為TD5/5是30Gy;而肝臟腫瘤的放療根治劑量在60Gy/30次/6周左右。因此，肝臟的放療耐受量遠(yuǎn)低于腫瘤細(xì)胞的根治劑量。常規(guī)放療不能兼顧腫瘤控制概率和正常組織并發(fā)癥概率，療效相對有效。三維適形放療(3D-CRT)是一種精確放療，其射野形狀與靶區(qū)形狀一致，在提高靶區(qū)照射劑量的同時能夠減少周圍正常組織的照射，為不宜手術(shù)的肝臟腫瘤患者提供了一個新的治療途徑，療效非常

3、顯著。但肝臟腫瘤在3D-CRT過程中幾何不確定因素較多，使得治療時靶區(qū)和危及器官的位置與放療計劃存在差異。圖像引導(dǎo)放療通過將放射治療機(jī)與影像設(shè)備結(jié)合在一起，在治療前獲取靶區(qū)和危及器官的影像，然后與定位影像配準(zhǔn)，通過移動治療床校正誤差，進(jìn)一步提高了放療的精確性。
　　使用直線加速器機(jī)載千伏級錐形束CT（kV級CBCT）是一種常用的容積圖像引導(dǎo)方法，與二維圖像相比，CBCT圖像能夠提供三維軟組織的圖像，在治療時與計劃CT圖像配準(zhǔn)整體影

4、像或感興趣區(qū)(ROI)，因而能更好的指導(dǎo)擺位。在使用kV級CBCT圖像引導(dǎo)過程中，圖像配準(zhǔn)是至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)，配準(zhǔn)方法決定配準(zhǔn)結(jié)果，因此本研究首先對不同配準(zhǔn)方法進(jìn)行了比較，然后在此基礎(chǔ)上研究肝臟腫瘤分次放療間位置的變化?，F(xiàn)將各部分內(nèi)容概述如下。
　　第一部分肝臟腫瘤kV級CBCT圖像引導(dǎo)放療配準(zhǔn)方法的比較
　　目的:比較肝臟腫瘤千伏級錐形束CT(kV CBCT)圖像與計劃CT圖像配準(zhǔn)的不同方法。
　　方法:研究15例

5、行放射治療的肝臟腫瘤患者，每例患者于擺位后放射治療實施前行CBCT掃描，每周1～3次，共獲取121幅CBCT圖像。離線下完成CBCT圖像與計劃CT圖像的配準(zhǔn)，配準(zhǔn)方法包括手動配準(zhǔn)、常規(guī)軟組織配準(zhǔn)、常規(guī)骨性配準(zhǔn)、自動肝臟配準(zhǔn)、自動椎體配準(zhǔn)，其中后四種方法均使用配準(zhǔn)軟件自動配準(zhǔn)。手動配準(zhǔn)以肝臟外輪廓為參照物，分別對椎體右側(cè)的肝臟和椎體前方的肝臟進(jìn)行配準(zhǔn)，取兩者配準(zhǔn)結(jié)果的均值為全肝配準(zhǔn)結(jié)果;每幅圖像以同樣的方法配準(zhǔn)4次，取配準(zhǔn)結(jié)果的均值作為手

6、動配準(zhǔn)結(jié)果。在使用配準(zhǔn)軟件配準(zhǔn)圖像時涉及四個配準(zhǔn)因素:配準(zhǔn)模板、配準(zhǔn)范圍、配準(zhǔn)參數(shù)、配準(zhǔn)坐標(biāo)軸。其中，常規(guī)軟組織配準(zhǔn)和自動肝臟配準(zhǔn)的模板是軟組織配準(zhǔn)模板，常規(guī)骨性配準(zhǔn)和自動椎體配準(zhǔn)的模板是骨組織配準(zhǔn)模板;常規(guī)軟組織配準(zhǔn)和常規(guī)骨性配準(zhǔn)的范圍是CBCT掃描范圍內(nèi)的所有組織，即等中心點上下方向各7.5cm內(nèi)的范圍，自動肝臟配準(zhǔn)的范圍是全肝，自動椎體配準(zhǔn)的范圍是肝臟水平的椎體;四種自動配準(zhǔn)方法的配準(zhǔn)參數(shù)、配準(zhǔn)坐標(biāo)軸均一致，分別為Thorax3D

7、和左右（X軸）、上下（Y軸）、前后（Z軸）方向。不退出配準(zhǔn)程序，使用同種自動配準(zhǔn)方法對同幅圖像連續(xù)配準(zhǔn)3次，觀察配準(zhǔn)結(jié)果是否會發(fā)生變化，以此檢測配準(zhǔn)軟件的穩(wěn)定性。間隔1個月，使用同種自動配準(zhǔn)方法重復(fù)配準(zhǔn)CBCT圖像與計劃CT圖像，每幅圖像各配準(zhǔn)4次，若4次配準(zhǔn)結(jié)果的最大差值≤3mm認(rèn)為該方法具有可重復(fù)性。最后分別將每種自動配準(zhǔn)方法4次配準(zhǔn)結(jié)果的均值與手動配準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行比較，以絕對差值是否≤3mm來反映自動配準(zhǔn)與手動配準(zhǔn)結(jié)果的接近程度。

8、r>　　結(jié)果:
　　1手動配準(zhǔn)CBCT與計劃CT需10～15分鐘，配準(zhǔn)效率有待提高。
　　2常規(guī)軟組織配準(zhǔn)、常規(guī)骨性配準(zhǔn)的可重復(fù)性均較好，4次自動配準(zhǔn)結(jié)果的最大差值均在1mm之內(nèi);自動椎體配準(zhǔn)的可重復(fù)性次之，自動肝臟配準(zhǔn)的可重復(fù)性最差。
　　3在使用配準(zhǔn)軟件自動配準(zhǔn)圖像時，配準(zhǔn)范圍的大小影響配準(zhǔn)結(jié)果。
　　4自動肝臟配準(zhǔn)與手動配準(zhǔn)結(jié)果最接近，絕對差值在3mm內(nèi)的百分率分別為左右方向84.3％、上下方向77.7％、

9、前后方向92.6％，但仍有可能出現(xiàn)較大的差值，左右方向13.4mm、上下方向12.6mm、前后方向14.9mm。
　　結(jié)論:為提高圖像配準(zhǔn)效率，推薦在線配準(zhǔn)圖像時先使用自動肝臟配準(zhǔn);由于配準(zhǔn)范圍影響配準(zhǔn)結(jié)果，每次配準(zhǔn)圖像時均需根據(jù)肝臟的解剖位置確定個體化的配準(zhǔn)范圍;由于使用該方法可能出現(xiàn)較大的差值，在自動配準(zhǔn)完成后，需根據(jù)計劃CT的肝臟外輪廓在CBCT圖像上的投影、特別是橫膈頂輪廓的投影對配準(zhǔn)結(jié)果校正。
　　第二部分應(yīng)用kV

10、級CBCT研究肝臟腫瘤分次放療間位置的變化
　　目的:應(yīng)用千伏級錐形束CT（kV級CBCT）圖像引導(dǎo)放療技術(shù)評估肝臟腫瘤患者分次放療間位置的變化。
　　方法:研究15例行放射治療的肝臟腫瘤患者，每例患者于擺位后放射治療實施前行CBCT掃描，每周1～3次，共獲取121幅CBCT圖像。離線下以肝臟外輪廓、椎體外輪廓分別為參照物完成CBCT圖像與計劃CT的配準(zhǔn)。將肝臟、椎體的配準(zhǔn)結(jié)果分別定義為分次放療間肝臟及椎體位置的變化，將兩者

11、配準(zhǔn)結(jié)果的差值定義為肝臟相對于椎體位置的變化，對空間位置的變化分別予以評估。
　　結(jié)果:
　　1分次放療間，在左右方向肝臟位置的變化是1.0（-16.0～8.0）mm，上下方向-2.1±8.4mm，前后方向-1.2±2.3mm。其中，上下方向位移的絕對值最大，中位值6.3mm，第90百分位數(shù)14.9mm，范圍0～19.3mm;左右方向次之，中位值2.8mm，第90百分位數(shù)6.6mm，范圍0～16.0mm;前后方向最小，中位值

12、1.5mm，第90百分位數(shù)4.4mm，范圍0～7.6mm。三維方向位移的絕對值具有統(tǒng)計學(xué)差異。
　　2分次放療間，在左右方向椎體位置的變化是-1.0（-16.0～8.0）mm，上下方向-3.4±8.1mm，前后方向-2.0（-10.0～3.0）mm。其中，上下方向位移的絕對值最大，中位值6.0mm，第90百分位數(shù)14.0mm，范圍0～18.0mm;左右方向次之，中位值3.0，第90百分位數(shù)7.4mm，范圍0～16.0mm;前后方向

13、最小，中位值2.0mm，第90百分位數(shù)7.0mm，范圍0～10.0mm。三維方向位移的絕對值具有統(tǒng)計學(xué)差異。
　　3分次放療間，左右方向肝臟相對于椎體位置的變化是1.5±2.5mm，上下方向1.2±6.7mm，前后方向1.1 mm(-2.9～10.3mm)。其中，上下方向位移的絕對值最大，中位值4.8mm，第90百分位數(shù)10.8mm，范圍0.1～19.3mm;左右方向次之，中位值2.0mm，第90百分位數(shù)4.4mm，范圍0～8.6

14、mm;前后方向最小，中位值1.4mm，第90百分位數(shù)3.6mm，范圍0～10.3mm。三維方向位移的絕對值具有統(tǒng)計學(xué)差異。
　　4若通過配準(zhǔn)椎體校正患者位置，放療時左右、上下、前后方向肝臟位移的絕對值可能增大，可能性分別為39.7％、42.1％、43.0％。
　　5肝臟腫瘤放療若未進(jìn)行圖像引導(dǎo)，為使99％CTV接受95％處方劑量，在左右、上下、前后方向，CTV-PTV至少應(yīng)外擴(kuò)8.6mm、17.4mm、4.7mm。