基于锥形束CT和计划CT形变配准方法在肺癌中的应用研究

摘要

目的：通过定量和定性分析肺部计划CT与KV级锥形束CT(KV CBCT)应用形变配准软件进行的自动勾画器官轮廓的可行性，再利用该软件对肺部肿瘤患者的kV级锥形束CT图像和常规CT图像进行形变配准，以获得治疗过程中病人新的器官轮廓，通过利用新的器官轮廓进行的自适应放疗和常规静态放疗计划进行比较，评估二者剂量学差异的特点，通过本研究，比较使用该种方法的自适应放疗的优势。
　　 方法：首先选取5例肺癌患者的1套定位CT图像和每位患者的各10套摆位验证KVCBCT图像进行，在CBCT和计划CT之间进行形变配准的器官轮廓自动勾画和手工器官轮廓勾画，比较形变配准和刚性配准后的轮廓的DICE相似性系数、灵敏度和阳性预测值等差异。然后在对上述5例肺部肿瘤患者治疗前行肺部KV级锥形束CT(CBCT)扫描，每三天扫描一次，每次扫描两组，把两组图像进行拼接，每个病人总共可以得到10次的锥形束CT的拼接以后的拼接的图像，将所获得的拼接的CBCT图像和用来做计划CT图像导入形变配准(DIR)软件系统进行图像的形变配准，并通过软件自动勾画轮廓的功能获得新的器官轮廓，然后再将新的轮廓移植到计划CT图像上并导入计划系统，分别进行放疗计划的勾画和设计，射野的设置及放疗计划要求完全一致。然后将分次CBCT计划相加，得到累积剂量计划(DA plan)，分析比较CT计划(CT plan)和剂量累积(DA plan)的左肺剂量和右肺剂量及双肺、脊髓以及计划靶区体积(PTV)的分次剂量，并且利用获得的累积剂量和剂量体积直方图(DVH)。
　　 结果：在对锥形束CT和定位CT进行形变配准的轮廓自适应在勾画的可行性研究中，形变配准和刚性配准的DICE相似性系数值差异有统计学意义(t值分别是3.888，4.405，3.879，4.826，2.041；P值分别是0.000，0.000，0.000，0，0.047；)，体表轮廓、左右肺、心脏和脊髓的DSC平均值分别高0.9％，4％，1.7％，3.4％，1.6％。体表轮廓形变配准自动勾画比左右肺、心脏、脊髓的DSC平均值分别高10.9％，9.4％，22％，30.9％。通过比较利用形变配准的自适应放疗计划和传统静态的放疗计划，PTV最大、最小、平均剂量的累加值DA plan计划(69.6±1.06、41.12±17.45、55±21.18)Gy，CT plan计划(70.45±0.78、58.49±4.31、66.27±1.63)Gy，DA plan计划小于CT plan(z=-2.023，p=0.043)；左、右肺、双肺的V5、V10、V20、V30、V50，DA plan计划与CT plan计划统计学分析，DA plan　　 结论：利用形变配准软件进行的器官轮廓自动勾画，DICE、SENS、PPV差异要明显小于刚性配准，体表轮廓、左右肺形变配准轮廓自动勾画效果优于心脏和脊髓的轮廓自动勾画，本研究也表明，CT值较低的软组织形变配准进行的自动轮廓的勾画要比CT值和周围差异比较大的肺组织和脊髓的效果要差。另外本研究中，利用基于锥形束CT和传统的CT图像进行的形变配准实施的自适应放疗可以降低肺组织和脊髓的的受量，提高计划靶区体积的受量，并且为进一步探索自适应放疗提供了一种方法。