食管癌是我国发病率较高的消化道肿瘤，食管解剖位置的特殊性使其对放疗精度的要求很高^[1-2]。随着调强适形放射治疗（intensity-modulated radiation therapy，IMRT）、容积旋转调强放疗（volumetric-modulated arc therapy，VMAT）等精确放疗技术的发展，放射治疗在食管癌根治及综合治疗中的作用日益显著，已逐渐成为食管癌治疗的主要手段^[3-4]。

图像引导（image guided radiation therapy，IGRT）技术是实施IMRT的必备条件，它通过加速器自带或外置的X射线成像系统将患者摆位图像与定位图像进行配准，获取并纠正摆位误差，以保证治疗的精准实施^[5]。IGRT过程中配准范围和配准方式是影响配准结果的两大因素，食管癌靶区长且弯曲，其配准方式的选择尚未有共识。本文中使用医科达加速器配备的CBCT（cone beam computed tomography，CBCT）采集验证图像，对X射线容积成像系统（X-ray volumetric imaging system，XVI）中不同的配准方式对摆位误差的影响进行统计分析，为食管癌放疗中配准方式的选择提供参考，同时也为放疗医师在靶区勾画时确定计划靶区（planning target volume , PTV）的外放范围提供依据。

1 资料与方法 1.1 病例选择及一般资料

随机选取2021年1月—2021年7月在安阳市肿瘤医院放射治疗中心行调强放疗的63名中下段食管癌患者，其中男性40例，女性23例，年龄48～83岁，中位数年龄69岁。所有患者均经病理确诊，且均为首次接受放射治疗，卡氏评分KPS≥70。

1.2 定位及复位

定位设备使用飞利浦16排大孔径CT Brillance CT Big Bore，所有患者均采用体部热塑网膜固定，在平静呼吸状态下行CT轴位模式增强扫描，仰卧位头先进，扫描电压120 kV，重建层厚5 mm，图像大小 512×512。定位时激光灯复位归零，由医师根据患者病变中心位置建立参考点，CT定位图像传至Oncentra治疗计划系统由医师进行靶区勾画。物理师进行计划设计时ISO点选在靶区几何中心，计划方案均为VMAT，计划由物理师、医师审核通过后在CT模拟定位机上进行复位，根据ISO点坐标值重新标记患者体膜定位线至靶区中心点，再次行CT扫描并与原定位图像进行比对确认。

1.3 图像采集

首次治疗摆位由医师、物理师、技师共同参与。验证图像的采集使用医科达直线加速器（Elekta Synergy）自带的XVI系统，它的硬件部分包括KV X线源及平板探测器，软件部分控制着X射线的生成，并实现图像采集、存储、重建及配准功能。XVI有PlanarView、MotionView、VolumeView 3种采集模式，本文中均采用VolumeView模式，中视野，采集角度为顺时针或逆时针旋转1周，此种模式下机架边旋转边采集，360°约采集650幅图像。采集射线能量100 kV，准直器M20，滤过板F1，探测器位置Medium对应中视野。

1.4 图像配准

数据采集完成后XVI系统自动重建得到横断面、矢状面、冠状面图像，图像重建过程基于FDK算法^[6]，FDK算法是针对锥形束CT 的一种解析重建算法，在数据不完备情况下容易产生锥束伪影，但计算速度快，适合实时重建，本文中使用边采集边重建方式，并在“Volume View Registration”窗口完成CBCT图像和定位CT图像的配准，如图1。配准时结构（structrue）选择PTV，配准区域要包括PTV及周围重要危及器官（organ at risk，OAR）和骨性标志，Clipbox的选取范围是左右方向为两侧肋骨外缘，前后方向为剑突前缘至脊柱后缘，头脚方向为PTV外扩2～3 cm。校准参考点选择Isocenter即以治疗计划中心点作为参考点，平均层数选3层，XVI提供的配准方法包括灰度配准、骨性配准和手动配准3种，其中手动配准是由放疗医师或技师手动调整CBCT图像位置使其与计划CT图像保持一致，与自动配准相比手动配准所需时间长，实际应用中工作效率低。虽然目前仍被认为是最准确的配准方式，但其配准效果依赖于医师的个人经验和习惯，主观性强、重复性差，因此对手动配准本文暂不做研究。本文中分别选择灰度配准和骨性配准进行系统自动配准，得到3个平移维度—x（左右）、y（头脚）、z（前后）和3个旋转维度—Rx（绕x轴旋转方向）、Ry（绕y轴旋转方向）、Rz（绕z轴旋转方向）的摆位误差。

1.5 统计学分析

首先对XVI系统得到的6个误差值进行数据处理，平移方向误差的正负仅表示矢量方向，因此对其取绝对值，单位由cm换算为毫米mm。3个旋转方向数值以0°（或360°）取绝对值。

使用SPSS 17.0软件进行统计学分析，计算灰度配准、骨性配准2种方法在6个维度的摆位误差，用 $\bar x \pm s $ 表示，均值描述系统误差，标准差表示随机误差。采用配对样本ｔ检验方法对6个维度的摆位误差进行统计分析，检验水准α = 0.05（双尾），同时计算2种方法间的相关系数。

2 结　果

灰度配准、骨性配准在中下段食管癌放疗中6个维度的误差值及统计分析见表1、表2。灰度配准、骨性配准在x方向平移误差值分别为(1.62 ± 1.08) mm、(1.95 ± 1.32) mm，灰度配准误差值小于骨性配准，差异有统计学意义（t = −2.78，P = 0.01），相关系数0.70。y方向平移误差值分别为(3.68 ± 2.74) mm、(4.04 ± 2.95) mm，灰度配准误差值小于骨性配准，但差异无统计学意义（P > 0.05），相关系数0.73。z方向平移误差值分别为(1.78 ± 1.15) mm、(2.14 ± 1.50) mm，灰度配准误差值小于骨性配准，差异有统计学意义（t = −2.15，P = 0.04），相关系数0.54。灰度配准、骨性配准在x方向旋转误差值分别为(0.81 ± 0.59) °、(0.90 ± 0.69) °，y方向旋转误差值分别为(0.72 ± 0.65) °、(0.92 ± 0.97) °，z方向旋转误差值分别为(0.69 ± 0.55) °、(0.73 ± 0.62) °，3个旋转方向配准误差均小于1°且灰度配准小于骨性配准，但差异无统计学意义（P > 0.05）。

3 讨　论

精确放疗是现代肿瘤放射治疗的发展方向，放疗实施的各个环节都影响着放疗的精度和效果。在计划设计环节本文中均采用VMAT技术，可实现360°多弧任意角度的旋转照射，并且执行速度快，可大大缩短治疗时间提高治疗效率^[7]，并减少呼吸运动、器官蠕动等对剂量分布的影响，从而用更短的时间得到比传统固定野调强更好的适形度和更优的剂量分布^[8]。

摆位的精准度及重复性是精确放疗得以实施的基础环节^[9-10]，基于CBCT的XVI系统大大提高了位置验证的精度，但其中的参数选择特别是配准方式的选择会对位置验证结果产生影响^[11]，因此结合临床配准效率和配准精度的需要选择合适的配准方式至关重要。

食管是空腔器官，食管癌靶区跨度长且弯曲，配准范围和配准方式尚未形成统一共识。食管癌靶区各段特点不同，颈段、胸上段邻近椎体位置较为固定，目前文献多倾向于推荐骨性配准^[12-14]，而胸中下段食管周围多为软组织，且靶区位置易受到呼吸和心脏搏动的影响，目前对于胸中下段食管癌的配准方式意见多有不同。本研究中通过比对2种自动配准方式在6个维度的摆位误差，发现灰度配准在x、z方向的平移误差均< 2 mm、小于骨性配准且差异有统计学意义，y方向平移误差及3个方向的旋转误差也小于骨性配准，但差异无统计学意义。吴建亭等^[15]比较了100例食管癌患者骨性配准、灰度配准并各自增加手动微调的结果，认为骨性配准加上手动微调效果更好，Machiels等^[16]也有类似的结论，但他们均未将食管癌进行分段研究。吴承骏等^[17]对12例下段食管癌配准3个方向的平移误差进行分析，认为灰度配准更加精确，尚凯等^[18]分析了23例胸段食管癌摆位误差数据，建议胸段食管癌IGRT中采用灰度配准。Hoffmann等^[19]的研究也发现采用灰度配准能够降低误差，他们与本研究结果类似。结合相关文献的研究结果，对于食管癌放疗IGRT自动配准方式的选择，建议分段考虑，对于颈段、上段食管癌，由于靶区临近椎体建议选择骨性配准。对于中下段食管癌，灰度配准的误差值更小。

曹璐等^[13]、吴承骏等^[17]将手动配准作为标准对比灰度配准和骨性配准与手动配准的差异时，发现骨性配准与手动配准的误差更小，但实际工作中发现因为人眼的灰度识别能力有限，医师在配准时也往往是以椎体、肋骨等明显的骨性标志作为参考，这也可能是造成骨性配准结果和手动配准结果较为相近的原因。自动配准虽然有效率高、结果稳定等优点，但受到重建算法和图像分辨率等因素的限制，实际工作中也会出现靶区覆盖不全、重要OAR匹配不好等情况。因此为兼顾效率和质量，应在系统自动配准后再经有经验的医师、技师确认或手动微调，以保证配准效果。

2种图像配准结果的差异源于算法层面的不同。图像配准是依据一定的标准将同一对象的2幅图像进行比较，达到空间映射、信息融合的目标。医科达XVI配准系统中的灰度配准算法是基于灰阶相关性，利用相关算子的快速傅里叶变换进行配准，而骨性配准算法则是基于影像特征进行图像分割提取骨性标志以寻找匹配边界，因此骨性配准适合靶区临近骨组织或植入标记物的情况，而灰度配准更适用于靶区周围富含软组织的情况。从执行效率上说骨性配准计算量小速度快但易受到噪声和伪影的干扰，而灰度配准计算量明显大于骨性配准^[20]，但随着计算机性能的提高，实际工作中这个差异造成的影响并不明显，所以靶区位置仍是选择配准方式的主要决定因素。

对比2种配准方式在3个平移方向的误差发现，y（头脚）方向摆位误差最大，其次为z（前后）方向，x（左右）方向最小。原因之一是生理运动造成的靶区动度的影响，此项对前后方向和头脚方向的影响大于左右方向。其二与固定装置有关，本研究中所有患者均采用热塑网膜固定，体膜在头脚方向的限制强度明显弱于左右及前后方向。此外，身体正中轴线与治疗床中线的偏差、体表皮肤松弛度等也都是造成误差的因素。同时，x、z方向平移误差均值 < 3 mm，y方向 < 5 mm，说明日常摆位误差一般在5 mm以内，通过5 mm的PTV外扩，可以达到放疗靶区的剂量覆盖。

本研究中还考虑3个方向的旋转误差，2种配准方式在3个方向的旋转误差均小于1°，且差异无统计学意义，与曾凡艳等^[21]的研究结果一致，但误差值大于曹璐等^[13]的研究结果，小于Guckenberger等^[22]的研究结果。通常摆位误差分析中多考虑3个平移误差，对旋转误差的研究较少，但Gutfeld等^[23]和Wang等^[24]的研究表明，2°的旋转误差就会使靶区剂量产生大于3%的变化。旋转误差产生的原因主要是患者未躺平导致的左右方向扭转或激光线未严格对齐标志线等^[25]。考虑到许多单位的加速器并未配备六维床且旋转误差值较小，因此实际工作中除平移误差外也应关注旋转误差，如果旋转误差 > 2°建议通过重新摆位来校正。

食管癌放射治疗中造成剂量偏差的最主要因素是分次间的摆位误差^[26]，此外，食管蠕动、呼吸运动和心脏搏动等因素也都会引起体位验证误差，其中呼吸运动是影响患者治疗时靶区位移的主要因素。食管在各方向上随呼吸运动导致的位移值都不一致，一般纵向（y方向）运动值最大，并且与颈段、上段食管癌相比中下段食管癌更为突出^[27]。由于骨性组织相对固定及2种配准方式算法层面的不同，呼吸运动造成的靶区位移对灰度配准结果的影响大于骨性配准，由于本文未采用呼吸运动管理措施，所以无法准确评估呼吸运动的影响，下一步计划结合呼吸门控系统，分析呼吸运动对位置验证的影响，进一步研究降低放疗分次剂量误差的方法。

综上所述，合理使用XVI系统对于减小摆位误差、提高放疗精度至关重要。自动配准大大提高了工作效率，对于颈段、上段食管癌建议选择骨性配准，而中下段食管癌，XVI系统灰度配准的误差值更小，实际工作中在自动配准后还应经人工确认或微调，同时除平移误差外也应关注旋转误差。此外，还应关注呼吸运动对摆位误差的影响，通过呼吸运动管理措施，进一步降低因靶区位移造成的剂量误差。