宫颈癌图像引导放疗技术在不同图像配准方法的应用价值.pdf

医学影像学杂志2024年第34 卷第1 期 J Med Imaging Vol.34 No.1 2024宫颈癌图像引导放疗技术在不同图像配准方法的应用价值Analysis of the application value of different image registration methods in image guided radiotherapy for cervical cancer陈敏，周航，刘霄，杨姝，彭睿，黄丹遵义医科大学第二附属医院腹部肿瘤科 贵州 遵义 563099【摘 要】目的探讨将不同图像配准方法用于宫颈癌图像引导放疗技术中的应用价值。方法选取经病理确诊为宫颈癌患者 150 例，均经图像引导放射治疗（IGRT），利用机载锥形束 CT（CBCT）XVI 系统对患者进行治疗前摆位扫描、在线调整后扫描和治疗结束后扫描。对重建中获得的 CBCT 图像和治疗计划系统的 CT 图像行手动、骨性和灰度三种配准方法，分析 X（左右）、Y（头脚）、Z（前后）轴水平方向和 GX、GY、GZ 旋转方向的不同误差，比较这三种配准方法之间的差异性。结果灰度配准在 X 水平方向的摆位误差低于手动配准和骨性配准，差异有统计学意义（P0.05），配准值高于手动配准和骨性配准，差异有统计学意义（P0.05）；三种图像配准方法在 GX、GY、GZ 轴旋转方向的摆位误差和配准值比较均差异无统计学意义（P0.05）。结论宫颈癌图像引导放疗技术中骨性和灰度配准方法均可选用，建议首选骨性配准，必要的情况下再应用灰度配准辅之。【关键词】宫颈癌；图像引导放疗技术；手动配准；骨性配准；灰度配准中图分类号：R737.33；R730.55 文献标识码：A 文章编号：1006-9011（2024）01-0150-03在 各 期 宫 颈 癌 治 疗 中 图 像 引 导 放 射 治 疗（IGRT）技术是在三维适形放疗的基础上增加了时序概念1-2，将影像设备增加在直线加速器上，在治疗时可实时观察到靶区的具体信息，将计划靶区的图像与检查显示的影像学图像进行对比，就可以计算出实际放疗区域和计划区域之间的摆位误差，后将误差最大限度校正，使得 IGRT 精度更精确 3-4。本文观察并对比CT图像测量宫颈癌IGRT中的摆位误差，对比手动、骨性和灰度配准之间的平移误差矢量值信息，针对性进行调整之后使得放疗靶区剂量更精准。1资料与方法1.1一般资料选取2020年1月至2022年8月在我院经病理确诊为宫颈癌患者 150例，年龄 4565岁，平均年龄（55.3 3.3）岁。纳入标准：1）患者均为首程放疗；2）放疗前均未采取任何治疗措施；3）KPS评分全部70；4）临床资料均完整。排除标准：1）放疗禁忌证者；2）肿瘤远处转移者；3）年龄超过65岁者；4）合并其他恶性肿瘤者；5）精神存在障碍者。本文经医院伦理委员会审核通过。1.2检查方法采用 Elekta Synergy 的 CT 机进行扫描，患者取仰卧位，并同时予以热塑膜和真空袋将体位固定好，借助于模拟定位机进行定位，用三维激光灯辅助摆位，将激光和热塑膜的十字标线重合处作为标记。获得相应的图像，扫描范围从腰2锥体下到坐骨结节下2 cm，扫描层距5 mm。CT检查定位扫描获得的图像传输到靶区勾画系统中，将具体的放疗靶区勾画成功后传输Pinnacle计划系统中。制定系统的调强放疗方案。放疗剂量同前。靶区定义及勾画依据国际辐射单位与测量委员会的第50、62号报告要求进行。在放疗过程中靶区的勾画仍然要应用定位时候的CT图像作参考，肿瘤靶区（GTV）高分辨率CT 图像中显示的肿瘤实体位置（手术后患者无GTV）。临床靶区（CTV）包括宫颈肿瘤的原发灶、子宫各部位、阴道、髂外、闭孔、骶前淋巴的引流区，如果阴道也受到侵犯，就要勾画到肿瘤下方的23 cm处，如果阴道未受侵犯，只要勾画正常阴道3 cm。计划靶区（PTV）充分结合临床靶区，同时还要充分考虑周围其他重要的组织结构和器官，在此基础上进行一定的外放，一般将CTV三维外放57 cm，具体视情况而定。危及器官（OAR）膀胱、脊髓、小肠、直肠、股骨头等。图像配准方法：首先制定好放疗的方案，每个星期进行一次 IGRT 和图像配准基金项目：贵州省科技计划项目（编号：2019-4433）作者简介：陈敏（1982-），女，医学硕士，副主任医师，主要从事妇科等肿瘤的诊断与治疗工作150医学影像学杂志2024年第34 卷第1 期 J Med Imaging Vol.34 No.1 2024（XVI影像系统）。所有患者进入治疗室内，定位好激光灯，体模固定好后将患者治疗床旋转180，在选择的同时将 CT扫描仪进行不同方位的扫描（图13），分别留取冠状面、矢状面、横断面的实时 CT扫描图像（图 46），让其尽量与计划图像相融合。再分别进行手动、骨性和灰度图像配准。符合要求后记录X（左右）、Y（头脚）、Z（前后）三个不同方向的误差。当平移误差值0.5 cm时，可以将治疗床旋转 180后再治疗。若是平移误差0.5 cm，就需要进行误差校正，等其控制在 0.5 cm 之内再行放疗。1.3观察指标比较三种图像配准方法在X、Y、Z水平方向的摆位误差、配准值。比较三种图像配准方法在GX、GY、GZ轴旋转方向的摆位误差、配准值。1.4统计学分析采用 SPSS 19.0 统计对数据进行分析，其中均数 标准差（-x s）用于表达计量资料，2用于检验计数资料，以P0.05为差异有统计学意义。2结果2.1放疗的临床效果在150例宫颈癌患者中，经过IGRT病情得到了有 效 控 制，其 中 完 全 缓 解（CR）率 为 127 例（84.67%），部分缓解（PR）率为 15 例（10.00%），稳定（SD）率为8例（5.33%），表明图像引导放疗对宫颈癌具有较好的疗效。2.2比较三种图像配准方法在X、Y、Z水平方向的摆位误差、配准值灰度配准在X水平方向的摆位误差低于手动配准和骨性配准，差异有统计学意义（P0.05），配准值高于手动配准和骨性配准，差异有统计学意义（P0.05），见表1。2.3三种图像配准方法在GX、GY、GZ轴旋转方向的摆位误差、配准值三种图像配准方法在 GX、GY、GZ轴旋转方向的摆位误差和配准值比较均差异无统计学意义（P0.05），见表2。表1三种图像配准方法在X、Y、Z水平方向的摆位误差、配准值（n=150，cm）图像配准方法手动配准骨性配准灰度配准FPX摆位误差0.135 0.0280.126 0.0330.003 0.0011306.0600.001配准值0.243 0.0200.251 0.0210.268 0.01961.0200.001Y摆位误差0.083 0.0120.081 0.0130.082 0.0140.8800.414配准值0.490 0.0220.491 0.0210.493 0.0180.8400.432Z摆位误差0.059 0.0130.055 0.0110.058 0.0242.2500.106配准值0.471 0.0110.472 0.0120.474 0.0112.7200.067表2三种图像配准方法在GX、GY、GZ轴旋转方向的摆位误差、配准值（n=150，）图像配准方法手动配准骨性配准灰度配准FPGX摆位误差0.768 0.1180.752 0.1210.739 0.1152.2700.104配准值3.785 0.2153.812 0.1013.788 0.1241.3700.255GY摆位误差0.053 0.0340.047 0.0210.051 0.0172.2300.109配准值4.529 0.1434.584 0.2164.563 0.2542.6300.073GZ摆位误差0.081 0.1730.079 0.2140.068 0.1580.2200.803配准值3.745 0.2453.788 0.1313.785 0.1022.9600.053123456图1显示宫颈癌放疗图像引导盆腔旋转90影像。图2显示宫颈癌放疗图像引导盆腔旋转180影像。图3显示宫颈癌放疗图像引导盆腔旋转270影像。图4显示宫颈癌放疗适时CT扫描盆腔冠状面配比影像。图5显示宫颈癌放疗适时CT扫描盆腔矢状面配比影像。图6显示宫颈癌放疗适时CT扫描盆腔横断面配比影像。151医学影像学杂志2024年第34 卷第1 期 J Med Imaging Vol.34 No.1 20243讨论放疗适用于各期宫颈癌患者，IGRT是一种将放射治疗机和影像设备结合的治疗方法，治疗时可以动态观察到扫描图像，确定靶区和一些重要结构的运动情况，根据不同的位置变化和剂量改变进行校正5-6。应用IGRT技术进行图像引导，在放疗过程中实时动态观察CBCT图像，并将其和模拟定位中的CT图像做匹配对比，得出摆位误差并纠正，使肿瘤靶区的照射精度精准，以此使肿瘤细胞被杀灭的更多，同时也能使正常组织器官得到更好的保护7-8。本文得出灰度配准在X水平方向的摆位误差低于手动配准和骨性配准，差异有统计学意义（P0.05），配准值高于手动配准和骨性配准，差异有统计学意义（P0.05）；三种图像配准方法在 GX、GY、GZ轴旋转方向的摆位误差和配准值比较均差异无统计学意义（P0.05）。IGRT 是一种将适形、调强技术融合在一起的放射治疗技术，能准确确定靶区的范围，能够将照射靶区和正常器官很好地区分开，并且能在系统中获取的图像和提前做好计划中的参考图像进行对比，有误差的位置在线就直接可以进行纠正，同时离线也能进一步改正计划，这样会大大减低摆位误差，使治疗精度进一步提升9。系统中有手动、骨性和灰度三种图像配准的方法，其中手动配准容易受到人为等因素影响，并且误差较大，因此一般不采用。骨性配准中应用的运算方法是对骨密度的计算，这种方法得出计算结果的速度十分快，因此较适用于配准框内含有较多骨组织的情况，或者适用于放疗照射靶区内有接近骨性的标志10。灰度配准主要的运算方法是计算配准框内的不同灰阶值，是一种精确度比较高的配准计算方法，特别对于照射靶区周围组织低密度时更占优势。通过使用图像配准方法，可以将患者体表影像与治疗计划系统中的 CT图像进行精确匹配，从而提高放疗精度。这对于避免放射线对周围正常组织的损伤，提高肿瘤局部控制率具有重要意义。综上所述，宫颈癌IGRT技术中骨性和灰度配准方法均可选用，建议首选骨性配准，必要的情况下再辅助应用灰度配准。参考文献：1OKAZAKI，SHOHEI，MURATA，et al.Dose-volume parameters and local tumor control in cervical cancer treated with central-shielding external-beam radiotherapy and CT-based image-guided brachytherapy J.Journal of Radiation Research：Official Organ of the Japan Radiation Research Society，2019，60（4）：490-500.2赵凤菊，陶发利，郭晴，等.宫颈癌IGRT+ICBT治疗中器官体积对剂量分布的影响研究 J.肿瘤预防与治疗，2021，34（9）：831-837.3曹泓立，李玉胜，裴曦，等.宫颈癌图像引导放疗中不同配准方法对图像配准精度的影响 J.中华肿瘤防治杂志，2021，28（11）：858-863.4谢家存，刘明博，韩倩，等.基于3DSlicer软件的CT图像配准在子宫颈癌放疗中的应用研究 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