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乳腺癌放疗中扇形束CT和锥形束CT图像引导放疗的比较研究

2023-12-07 719 上传者：管理员

摘要：目的比较乳腺癌保乳术后放疗过程中应用扇形束CT(fan beam CT,FBCT)和锥形束CT(cone beam CT,CBCT)图像引导放疗（image-guided radiation therapy,IGRT）方式的摆位误差、时间效率及患者满意度，探索临床更优图像引导方式。方法按照治疗时间顺序顺位选取河南省人民医院2021年5月至2022年2月20例采用配备FBCT图像验证系统的联影加速器（FBCT组：左乳10例，右乳10例）和20例采用医科达加速器（CBCT组：左乳10例，右乳10例）行乳腺癌保乳术后调强放疗的患者。利用2种位置验证方式对患者进行图像引导，由2名主管技师共同配准后，记录配准误差及图像引导所需时间后进行治疗。回收分析两组患者的满意度调查问卷。结果 FBCT组（133次FBCT扫描）图像引导配准后，左右、头脚和腹背方向的摆位误差分别为（-0.065±0.265）mm、（-0.007±0.263）mm和（-0.119±0.266）mm,CBCT组左右、头脚和腹背方向的摆位误差分别为（-0.033±0.312）mm、（0.083±0.344）mm和（-0.183±0.341）mm。两组摆位误差在头脚及腹背方向比较，差异均具有统计学意义（均P<0.05）。FBCT组和CBCT组图像引导平均总耗时分别为99.20 s和205.50 s(P<0.01),FBCT图像引导用时较短。FBCT组和CBCT组患者总体满意度为98.3%和96.7%。结论应用FBCT图像引导在乳腺癌保乳术后的患者放疗过程中，在头脚及腹背方向进一步减小配准后的摆位误差，图像引导平均总耗时较短，节省单次治疗时长，在中心有多台加速器可选择的情况下可根据不同患者及治疗部位进行合理选择。

关键词：
乳腺癌
图像引导
扇形束CT
摆位误差
放射治疗
锥形束CT
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乳腺癌因其高发病率对女性患者生命安全及生活质量产生严重威胁[1]。对于早期乳腺癌患者，保乳手术结合术后全乳放疗可降低术后局部复发率并改善生存，已被临床广泛认可[2]。进入精确放疗时代，越来越多的图像引导技术应用于临床，为精确放疗提供强有力的技术保障。采用图像引导放疗（image-guided radiation therapy,IGRT）技术在放疗实施过程中进行实时位置监测并进行在线位置修正，已成为提高放疗位置精准度的常用技术手段[3]。目前图像引导设备主要包括电子射野影像系统、千伏（kilovolt,KV）平面影像系统、锥形束CT(cone beam CT,CBCT）系统、扇形束CT(fan beam CT,FBCT）系统和光学体表监测系统等，不同设备的成像原理不同，各有优缺点[4,5]。CBCT图像引导技术作为目前广泛使用并被认可的图像引导系统，在提高肿瘤放疗精确性和减少摆位误差的同时，也带来治疗时间延长的问题[6]。FBCT作为新尝试的图像引导系统具有速度快和成像质量好等优点。本文就目前本科室应用的2种图像引导方式进行对比研究,冀在寻求一种在保障治疗摆位精确性的同时能有较高的时间效率优势的图像引导方式。

1、资料与方法

1.1设备

国产联影UNITED uRT-Linac 506c直线加速器（上海联影医疗科技股份有限公司）配备FBCT图像引导系统。Elekta Synergy直线加速器（医科达公司，瑞典）配备KV-CBCT图像引导系统。GE16排大孔径CT模拟定位机购自美国通用电气公司。计划系统飞利浦Pinnacle 9.2购自荷兰飞利浦公司。联影uRT-TPS购自上海联影医疗科技股份有限公司。

1.2一般资料

选取2021年5月至2022年2月在河南省人民医院行调强放疗的乳腺癌保乳术后患者40例,患者均为女性。FBCT组患者为采用联影加速器（配备FBCT图像验证系统）治疗的乳腺癌保乳术后患者，CBCT组为同期采用医科达加速器治疗的乳腺癌保乳术后患者。为排除左右乳不均衡病例数可能对摆位误差带来的影响，两组均按照治疗时间顺序顺位选取左乳10例和右乳10例。FBCT组年龄27～61岁，中位年龄45岁；CBCT组年龄31～61岁，中位年龄44岁。纳入标准：（1）乳腺癌保乳术后患者，术中瘤床金属夹植入（不包含术后乳腺假体植入），前哨淋巴结阴性；（2）依从性好，放疗前均签署放疗知情同意书并同意入组。本研究已通过河南省人民医院医学伦理委员会审批。

1.3 CT模拟定位和调强计划设计

患者均采取仰卧位，U形热塑模加头枕固定头部，乳腺托架加一体板系统固定体位后进行定位CT扫描。扫描范围C1椎体上缘至L2椎体下缘；扫描参数：管电压120 kV，管电流300 mAs，层厚2.5 mm，层距2.5 mm。定位图像数据传至相应计划系统(飞利浦Pinnacle 9.2和联影uRT-TPS计划系统)，主治医师进行靶区勾画后物理师行调强计划的设计和优化，待医师确认计划签字后传至直线加速器。

1.4摆位及图像获取并配准

采用三维激光灯对准体表标记线对患者进行放疗前摆位，IGRT适用频率为放疗前3 d每天1次，之后每周1次，对两组乳腺癌患者应用各自图像引导设备进行图像引导扫描。FBCT扫描参数：成人体部模式，管电压120 kV，管电流时间积200 mAs，准直器9.6 mm，重建层厚2.5 mm，扫描范围与定位图像一致（C1椎体上缘至L2椎体下缘）。CBCT扫描参数：体部标准扫描模式，管电压120 kV,准直器M20和滤过器F1模式，机架逆时针旋转360°转速180°/min。FBCT组和CBCT组均采用自动灰度配准+手动微调配准方式，将图像引导获取的图像和定位CT图像进行配准，由2名主管技师共同进行配准（图1）。在首次治疗时经放疗医师和物理师共同确认后进行放疗。记录配准后的摆位误差，其中X轴为左右方向（正为右侧，负为左侧），Y轴为头脚方向（正为头侧，负为足侧），Z轴为腹背方向（正为腹侧，负为背侧）。

图1 乳腺癌患者FBCT图像引导及CBCT图像引导配准图示例

1.5记录FBCT组和CBCT组图像引导单次应用时间

患者单次图像引导总耗时（image-guided total time,Tt）=准备时间（preparation time,Tp）+曝光时间（exposure time,Te）+复位时间（reset time,Tr）。FBCT组Tp为患者摆位结束后由放疗（radiation therapy,RT）位进入CT位的时间，Te为FBCT实际扫描时间，Tr为FBCT扫描结束后由CT位退回RT位的时间及机架旋转至治疗起始野的时间。CBCT组Tp为患者摆位结束后打开KV射线发生装置和探测版及机架旋转至负180°的时间，Te为CBCT扫描时间，是机架由负180°逆时针旋转1周至180°的时间，Tr为CBCT扫描结束后机架由180°旋转至治疗起始野的时间及治疗结束后关闭KV射线发生装置和探测板的时间。两组患者图像配准过程均发生于Tr内。

1.6收集患者满意度调查问卷

患者因计划设计不同，放疗疗程时长分16次和25次，在首次放疗后、10次放疗后和末次放疗后分3次分别搜集两组患者满意度调查问卷。患者满意度指标评价分5个等级：很不满意、不满意、基本满意、比较满意和非常满意。统计各等级问卷份数。总体满意度=（基本满意+比较满意+非常满意）/总份数×100%。

1.7统计学分析

应用SPSS 22.00统计学软件分析数据。计量资料采用均数±标准差表示，组间比较采用独立样本t检验。以P<0.05为差异具有统计学意义。

2、结果

2.1不同方向摆位误差比较

FBCT组（20例，133次FBCT扫描）Y轴和Z轴的摆位误差均小于CBCT组（20例，133次CBCT扫描），差异均具有统计学意义（均P<0.05，表1）。两组X轴的摆位误差比较，差异无统计学意义（P=0.378，表1)

2.2图像引导时间效率分析

FBCT组和CBCT组Tt分别为（99.20±2.65) s和（205.50±2.32)s（表2）。两组在Tp、Te、Tr和Tt方面比较，差异均具有统计学意义（均P<0.01）。

表1 FBCT组和CBCT组乳腺癌保乳术后患者放疗摆位误差比较

表2 FBCT组和CBCT组图像引导耗时比较

2.3满意度问卷结果

FBCT组和CBCT组各回收60份患者满意度问卷，FBCT组中患者满意度问卷不满意1份，基本满意14份，比较满意29份，非常满意16份。CBCT组中患者满意度问卷不满意2份，基本满意15份，比较满意28份，非常满意15份。FBCT组和CBCT组患者总体满意度分别为98.3%和96.7%。

3、讨论

3.1 FBCT及CBCT图像质量的差异

FBCT在放疗领域广泛应用于CT模拟定位环节[7]，而作为图像引导技术应用于放疗还属于新的尝试。FBCT图像引导技术将直线加速器和诊断用FBCT有机结合，在使用过程中与加速器共用治疗床，同轴方向上治疗床在RT位与CT位之间转换。CBCT作为近年来应用较广泛的图像引导方式之一，在肿瘤患者放疗治疗过程中，减小患者的摆位误差，提高放疗精度，从而减少不良反应发生率并进一步提高放疗增益比[8]。

本研究应用的CBCT为KV-CBCT，在图像质量上较兆伏（megavolt,MV)-CBCT已有较大改观，图像更为清晰，在软组织对比度和密度分辨率上都优于MV-CBCT。就射线能级而言，KV-CBCT在应用过程中正常组织及危及器官遭受的额外辐射更少，在提高肿瘤剂量的同时，能更大限度保护周围的正常组织。CBCT图像质量与诊断用FBCT图像质量比较，因散射线增加等原因，CBCT扫描图像中组织和器官的边缘较模糊，CT值密度分布不够均匀，其图像噪声也大于FBCT[9,10]。CBCT在软组织分辨能力及低对比度密度分辨率等方面与诊断用FBCT比较，也具有一定差距[11]。胸部扫描模式下，FBCT及CBCT扫描图像见图2～3。

3.2 FBCT及CBCT与定位CT图像配准的摆位误差差异

FBCT图像和定位CT图像一样，利用FBCT扫描患者获取图像，图像成像模式具有一致性，图像配准过程中不同算法对配准结果准确性影响较小,降低了图像配准过程中不同工作人员之间操作的差异[12]。CBCT图像获取是X线球管和KV探测板匀速旋转1周采集患者多幅二维图像，利用计算机后处理软件将获得的图像数据重建成三维图像，将重建后的三维图像与定位CT进行配准。CBCT图像因其固有的电子散射，包含大量噪声，重建后的图像质量相对较差[13]，在其与定位CT配准的过程中需要基于梯度算法来进行修正[14]。

多项研究提出，不同的配准方式会造成配准结果的差异，对图像引导的准确性带来影响[15,16]。针对乳腺癌保乳术后的患者，临床靶区（clinical tumor volume,CTV）包括整个患侧乳腺组织，而配准范围的感兴趣区也是以靶区为中心的范围，因而在FBCT组和CBCT组患者配准方式的选择上应用自动灰度配准+手动微调这一模式，既考虑整体靶区配准区域，也重点关注乳腺癌保乳手术术后瘤床区域。这一配准方式的选择也与吴志勤等[17]和于舒飞等[18]在研究中针对乳腺癌保乳术后患者选择配准方法一致。

本研究中乳腺癌保乳术后的患者放疗体位的选择是乳腺托架加一体板系统固定体位。乳腺作为软组织器官，无法实现通过体膜固定或加压来减小呼吸运动带来的影响，因体膜固定不仅引起乳腺移位而影响摆位的准确性，而且也会使得乳腺的皮肤剂量增加，加重皮肤反应影响美观[18]。放疗时间越短乳腺癌患者体位的一致性越好，分次治疗内误差越小[19]。FBCT应用过程中实际扫描时间约9 s,CBCT标准扫描模式的实际扫描时间为120 s,CBCT与FBCT实际扫描时间还有较大差距。FBCT组平均Tt为99.20 s,CBCT组平均Tt为205.50 s。单次FBCT图像引导较CBCT图像引导节省时间约107 s，在实际应用过程中时间效率较高。时间效率优势对于术后时间较短和患侧肢体功能受限而在乳腺托架上采取被动体位的患者有更高的认可度。图像引导时间短则相应时间由呼吸运动带来的误差也会相对小，而呼吸运动带来的误差也主要体现在头脚及腹背方向上。FBCT组配准后的误差在头脚及腹背方向小于CBCT组。这也间接证明，FBCT图像引导下用时较短，则与呼吸运动密切相关的头脚和腹背方向的摆位误差也较小。但是相对小的摆位误差能否减少CTV在此方向的外扩还需谨慎对待，需要更多临床数据来进行进一步的研究。

图2 乳腺癌患者FBCT扫描成像

图3 乳腺癌患者CBCT扫描成像

综上所述，FBCT图像引导在乳腺癌保乳术后患者的应用中，在头脚及腹背方向进一步减小配准后的摆位误差，有效缩短图像引导时间，节省Tt和患者等待时长，在中心有多台加速器可选择的情况下可根据不同患者及治疗部位进行合理选择。

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