图像引导放射治疗在盆腔肿瘤放疗中的应用研究

【作　者】吴　冰，何俊翔，付敬国，阮长利

武汉大学人民医院肿瘤中心，武汉市，430060

图像引导放射治疗在盆腔肿瘤放疗中的应用研究

【作者】吴冰，何俊翔，付敬国，阮长利

武汉大学人民医院肿瘤中心，武汉市，430060

目的 讨论盆腔肿瘤在IGRT放疗中对位置精度的影响，分析摆位误差，为CTV外扩PTV提供参考。方法 采用瓦里安23IX系统治疗盆腔患者60例，每位患者第一周连续3次，以后每周一次摆位后及误差纠正后进行CBCT扫描，将CBCT图像与原CT图像配准，分析X(左右)，Y(头脚)，Z(前后)轴和旋转E(冠状位)，F(矢状位)，G(横断位)方向的误差。 结果 60例患者共530次CBCT扫描，系统+随机误差在X, Y, Z, E, F, G方向为：(-0.52±4.18) mm、(0.73±4.86) mm、(-0.36±3.62) mm、(0.14±1.20)°、(0.13±1.34)°、(0.21±1.73)°，纠正后，X, Y, Z方向的误差均显著低于校正前，CTV外放边界减小。结论 采用IGRT对盆腔肿瘤放疗进行位置纠正，减少摆位误差，缩小CTV外扩，提高放疗精度。

图像引导放射治疗；盆腔肿瘤；摆位误差

放射治疗是治疗恶性肿瘤的重要手段，精确放疗是放射治疗肿瘤始终追求的目标，是在物理上最大限度地将放射线的剂量集中到病变靶区内，杀死肿瘤细胞，而使周围正常组织少受或免受不必要的照射，调强放疗不仅能使高剂量区剂量更加均匀，靶区适形度高，而且更好地提高治疗增益比，减少危及器官的剂量。但是在盆腔肿瘤放疗时，因腹部软组织丰富，固定时体位的可移动性增加，而且体内的治疗靶区周围有小肠、膀胱、直肠等空腔脏器，肠管的蠕动以及膀胱、直肠的充盈程度不同等极大影响摆位的重复性，增加了治疗中摆位的误差[1]。IGRT的出现能够有效提供治疗位置上三维方向的解剖影像，与计划系统生成的CT图像进行比较，对患者进行在线或离线的位置校正，为临床的精确治疗提供保障[2]。

1　材料和方法

1.1一般临床资料

2013年4月～2015年4月，选取60例盆腔肿瘤患者，其中宫颈肿瘤25例，前列腺肿瘤20例，以及其他盆腔肿瘤15例(10例直肠癌，5例子宫内膜癌)。其中男性30例，女性30例，所有患者KPS评分均≥70，年龄范围35岁～70岁。所有患者均采用调强放射治疗。

1.2体位固定及定位CT扫描

所有患者采取头先进仰卧位于CT平板床上，头部垫F枕，采用抽吸式真空垫固定。CT扫描前1 h，要求宫颈癌患者排空膀胱，并一次性饮水500 mL，以后每次治疗前1 h也要如此；其他患者无要求。CT采用GE大孔径16排螺旋CT扫描，扫描条件为120 kV、120 mA，扫描范围从第2腰椎下缘至坐骨结节下缘，包括整个盆腔 ，扫描层厚层距均为5 mm。模拟CT图像传输至Varian Eclipse三维TPS系统进行治疗计划设计。

1.3CBCT图像扫描

在进行放射治疗期间，第一周连续3次，以后每周一次，利用Varian23 IX机载影像OBI系统对患者进行CBCT扫描。扫描模式为半扇束模式，范围182°～178°，配合使用半蝶形滤线栅，扫描电压100～120 kV，管电流80 mA。图像重建矩阵设为512×512，重建层厚3 mm。

1.4数据获取及位置校正

使用Varian公司的OBI系统图像配准软件进行配准，可采用手动配准、自动配准（骨性匹配及软组织匹配）。根据杨海松等[3]和周德力等[4]的研究，所有宫颈癌患者CBCT图像与计划CT图像以手动配准+软组织配准为主，前列腺患者和其他患者以手动配准+骨性标记配准为主，记录左右方向(X)、头脚方向(Y)、前后方向(Z)和旋转冠状位(E)、矢状位(F)、横断位(G)的数值，对X，Y，Z任一方向误差＞5 mm的病例，传输X，Y，Z方向误差值到加速器，并移至新的治疗位置，再次扫描CBCT，与计划CT配准后记录X，Y，Z平面方向和E，F，G旋转方向误差。

1.5误差数据统计

所有数据误差来源于系统误差和随机误差两个方面。系统误差∑(用均数x表示)主要来源于模拟定位机和治疗加速器的机械参数误差等；随机误差δ(用标准差s表示)主要是指放疗过程中患者每次摆位重复性的差异。依照McKenzie A等[5]的研究，CTV到PTV外扩在X，Y，Z三个方向上的计算公式为MPTV=2.5∑+0.7δ，由此来计算外扩范围。所有数据采用SPSS 19.0统计软件进行分析处理，误差统计结果采用(X±S)表示，以P＜0.05为差异具有统计学意义。

2　结果

将所有患者分为三组，依次为宫颈肿瘤，前列腺肿瘤和其他盆腔肿瘤。在530幅CBCT图像中各为178，180，176幅，将三组摆位纠正前的误差进行正态检验，用表示，如表1所示；然后两两相似性t检验，结果三组之间无显著性差异(P＞0.05)。综合统计60例患者摆位纠正前的误差在X，Y，Z平面方向和E，F，G旋转方向分别为：(-0.52±4.18) mm、(0.73±4.86) mm、(-0.36±3.62) mm、(0.14±1.20)°、(0.13±1.34)°、(0.21±1.73)°；纠正后分别为：(-0.23±1.67) mm、(0.29±2.83) mm、(0.16±1.49) mm、(0.26±1.12)°、(0.19±1.63)°、(0.15±1.39)°，对纠正前后每个方向误差差值分别做配对t检验，结果X，Y，Z方向有显著性差异(P＜0.05)，E，F，G方向无显著差异(P＞0.05)，如表2所示。对纠正前后X，Y，Z方向上摆位误差的绝对值进行三维离散点绘图，如图1所示。根据公MPTV=2.5∑+0.7δ式，计算得到摆位误差纠正前CTV外扩在X，Y，Z三个方向分别为5 mm，7 mm，4 mm；纠正后为2 mm，3 mm，2 mm。

图1　位置矫正前后摆位误差绝对值的坐标（mm）Fig.1　The coordinates of absolute value of setup errors before and after correction(mm)

表2　60例患者摆位误差纠正前后的误差差异比较（X，Y，Z，E，F，G）Tab.2　The comparison of setup errors of 60 patients before and after correction（X, Y, Z, E, F, G）

3　讨论

目前随着越来越多放射治疗技术的应用，放射治疗已进入精确治疗时代，主要包括三维适形及调强放疗，优势在于能更好地提高靶区剂量，减少邻近器官的受量，因此受到广泛的应用。这就要求在肿瘤靶区定位及摆位过程中更加精确，但是在放疗过程中由于患者的摆位误差和器官运动、变形等都可造成靶区漏照或者是高剂量区移到危及器官，使肿瘤局部控制率下降，造成严重并发症[6]。根据ICRU 24报告，靶区照射剂量偏离5%就可能使原发灶失控（局部复发）或放射并发症增加，因此减少摆位误差是精确放疗成败的关键。

在治疗摆位中可能产生两类误差，随机误差和系统误差。系统误差与模拟定位机、加速器、激光灯等有关。定期校正检测设备的性能，可减少系统误差。但随机误差与器官的运动位移，体型的变异，皮肤标记点不准确以及治疗过程中摆位的准确性有关。本文数据统计分析的结果在X，Y，Z轴向误差与其他的研究[7-8]相符，均是Y轴误差最大，本文达到了6.5 mm，而在前列腺肿瘤中误差相对较大，这是由于前列腺的位置关系和配准方式的选择上带来的影响。对于旋转误差，虽然无统计学意义，但矫正前后均在误差（2°）允许以内，满足临床的要求。由于盆腔肿瘤软组织较多，给摆位增加了很大的难度[9]，对于直肠和膀胱等器官，剂量的分布不准确很容易产生放疗并发症[10]，这就对盆腔肿瘤放射治疗的位置精确性要求较高。IGRT的应用，摆位误差减小，使得CTV外扩范围显著减小，位置和剂量更加准确[11]，从而提高盆腔肿瘤治疗精度。

[1] Chung HT, Xia P, Linda W, et al. Does image-guided radiotherapy improve toxicity profile in whole pelvic-treated high-risk prostate cancer comparison between IG-IMRT and IMRT[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2009, 73 (1): 53-60.

[2] Perks JR, Lehmann J, Chen AM,et al. Comparison of peripheral dose from image-guided radiation therapy (IGRT) using KV cone beam CT to intensity-modulated radiation therapy (IMRT)[J]. Radiother Oncol, 2008, 89(3): 304-310.

[3] 杨海松, 聂晓历, 刘利彬, 等. 不同匹配方式对宫颈癌图像引导放射治疗摆位误差的影响[J]. 福建医药杂志, 2012, 34(2): 103-105.

[4] 周德力, 左莉, 胡南, 等. IGRT不同匹配方式对前列腺癌患者放疗摆位精度的影响[J]. 山东医药, 2014, (47): 36-37.

[5] McKenzie A，van Herk M,Mijnheer B, et al. Margins for geometric uncertainty around organs at risk in radiotherapy[J]．Radiotherapy Oncol，2002，62(3)：299-307.

[6] 杨瑞杰, 王俊杰, 姜伟娟, 等. 子宫内膜癌的调强放疗及对正常组织积分剂量的影响[J]. 中国肿瘤临床, 2009, 36(17): 965-968.

[7] 刘跃平, 金晶, 王维虎,等.前列腺癌放疗的摆位误差分析[J]. 临床肿瘤学杂志, 2014, (10): 910-912.

[8] 方呈祥, 孙海燕.盆腔肿瘤放疗的锥形束CT应用分次间、内摆位误差研究[J]. 现代中西医结合杂志, 2014, (15): 1685-1686.

[9] Tyagi N, Lewis JH, Yashar CM, et al. Daily online cone beam computed tomography to assess interfractional motion in patients with intact cervical cancer[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2011, 80(1): 273-280.

[10] Barney BM, Lee RJ, Handrahan D, et al. Image-guided radiotherapy (IGRT) for prostate cancer comparing kV imaging of fiducial markers with cone beam computed tomography (CBCT)[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2011, 80(1): 301-305.

[11] 吴君心, 谢志原, 林育毅, 等. 应用锥形束CT对盆腔肿瘤放疗计划靶区外放距离的研究[J]. 中华放射肿瘤志, 2010, 19(4): 328-330.

Application of Imaging-Guided Radiation Therapy in Pelvic Tumor Radiotherapy

【 Writers 】WU Bing, HE Junxiang, FU Jingguo, RUAN Changli
Oncology Center, Wuhan University Renmin Hospital, Wuhan, 430060

Objective To discuss the influence of setup errors on the accuracy of pelvic cancer in IGRT, analysis setup errors and determine the CTV-to-PTV margins. Methods 60 pelvic cancer patients treated with Varian 23IX, all of them were performed by CBCT before and after-correction three times in the first week and after that once a week. Then, to measure the setup errors at X(left-right), Y(superior-inferior), Z(anterior-posterior) axis and E(coronal), F(sagittal), G(axial) rotation directions. Results 530 scans obtained in all, the setup errors in X, Y, Z, E, F, G were (-0.52±4.18) mm, (0.73±4.86) mm, (-0.36±3.62)mm, (0.14±1.20)o, (0.13±1.34)o, (0.21±1.73)orespectively and were much lower after correction at X, Y, Z axis, besides, CTV-to-PTV margins decrease a lot. Conclusion The accuracy of radiotherapy can be highly increased with the use of IGRT in pelvic cancer.

IGRT, pelvic cancer, setup errors

R730.5

A

10.3969/j.issn.1671-7104.2015.04.018

1671-7104(2015)04-0299-03

2015-03-30

吴冰，E-mail: zqw@163.com