螺旋断层放射治疗在肺部肿瘤不同配准部位获得的摆位误差研究

尹贻才 李双双 刘 娟 周 霞 闫 婧⋆

螺旋断层放射治疗在肺部肿瘤不同配准部位获得的摆位误差研究

尹贻才 李双双 刘 娟 周 霞 闫 婧⋆

目的 研究螺旋断层放射治疗（Tomotherapy）在肺原发及转移瘤中使用不同的胸部解剖结构作为配准标志的可行性及其摆位误差，为提高精确放射治疗提供依据。方法 随机选取21例接受断层调强放射治疗的肺原发及转移瘤患者，每次治疗前在平静呼吸状态下行MVCT扫描，在矢状位、冠状位和横断位上分别选择肿瘤、椎体、气管隆突、胸骨柄、肺尖作为配准标志，采用自动加手动法与定位的KVCT进行位置配准，分别获得IECX（左右）、Y（前后）、Z（上下）、ROLL（沿身体长轴的旋转）4个方面的摆位误差。结果 在IECX方向，使用肿瘤、椎体、胸骨柄和肺尖作为配准标志，多部位两两间比较差异无统计学意义（P＞0.05）；使用气管隆突与上述配准标志两两比较差异有统计学意义（P＜0.05）；在IECY方向，用气管隆突和肺尖作为配准标志获得的摆位误差值与用肿瘤、椎体和胸骨柄获得的相比较，差异有统计学意义（P＜0.05）；在IECZ方向，用气管隆突和胸骨柄与使用肿瘤、椎体和肺尖作为配准标志获得的摆位误差值差异有统计学意义（P＜0.05）；在ROLL方向，用气管隆突和肺尖作为配准标志获得的摆位误差值与用肿瘤、椎体和胸骨柄获得的比较，差异有统计学意义（P＜0.05）。结论 接受放疗的肺部肿瘤患者在位置验证时，肿瘤、椎体、胸骨柄、肺尖均可作为IECX方向配准标志；不建议在IECY和ROLL方向使用气管隆突和肺尖作为配准标志，可选择肿瘤、椎体和胸骨柄；也不建议在IECZ方向使用气管隆突和胸骨柄作为配准标志，可选择肿瘤、椎体、肺尖。

螺旋断层放射治疗 肺原发及转移瘤 配准标志 摆位误差

肺癌在全球肿瘤相关死亡原因中占据首位，肺癌的发病率和病死率均呈上升态势。肺癌的种类较多，其中最常发生的是非小细胞肺癌（NSCLC）。目前临床上对肺癌的主要治疗方法有手术、放化疗、靶向、免疫治疗等，其中NSCLC对放疗中度敏感，逐渐成为最有效的非手术治疗手段之一［1］。除肺原发肿瘤，肺转移瘤临床上也常见，全身化疗敏感性较差、预后差［2］。随着放疗技术的进步，明显提高了肺原发及转移瘤的局部控制率，延长了患者的生存期。有研究表明提高放疗剂量可以提高肿瘤的局部控制率及总生存时间［3］。但是在放疗过程中，摆位误差仍然是阻碍放疗精确度进一步提高的主要因素之一。本资料通过对21例肺原发及转移瘤患者不同胸部配准标志的MVCT影像进行配准，获取并分析IECX、Y、Z，ROLL方向的摆位误差值。

1 临床资料

1.1 一般资料 收集南京大学医学院附属鼓楼医院2015年3月至2016年4月期间接受放射治疗的肺原发及转移瘤患者21例，其中男16例，女5例；患者年龄45～79岁，中位年龄58岁。均经病理明确诊断，其中原发性肺癌7例，肺转移瘤14例，原发病灶包括鼻咽癌、下咽癌、食管癌、胃癌、结肠癌、卵巢癌、肾癌、膀胱癌、宫颈癌；患者一般情况较好，KPS评分≥70分，肺功能良好。

1.2 方法 （1）设备：TomoTherapy 螺旋断层放疗系统，Philips 6排螺旋CT模拟定位机，三维激光定位灯，多功能一体板，体膜等。（2）定位及影像获取：患者取仰卧位，并用多功能定位板和体膜固定，要求双手伸直上举，左右交叉握住立体定位架上的扶手，身体正中矢状面与床面垂直，嘱患者平静呼吸、保持舒适卧位，在患者身体两侧及中间确定并描记摆位标记，加热体模，待体模软化后为患者塑形，应用激光线标记体模。行CT扫描并获取影像，扫描范围为肺尖至肺扫全，层厚5mm。（3）制定治疗计划：遵循ICRU相关报告原则（ICRU Report 62）［4-5］，高年资放疗医生勾画靶区和危及器官，并设定处方剂量，医生勾画完毕后将图像传送至HI· ART Version5.0.5.18治疗计划系统，物理师根据医生对靶区剂量要求及危及器官的剂量限制制定放疗计划及计划优化，医生确认放疗计划，治疗前应用模体进行计划验证。（4）MVCT位置验证：按照定位时体位要求进行摆位，应用MVCT扫描图像，扫描部位应包括病灶及上下正常组织。在操作控制系统中与定位CT影像进行配准，在矢状位、冠状位和横断位上分别选择肿瘤、椎体、气管隆突、胸骨柄、肺尖作为配准标志，采用自动加手动法与定位的KVCT进行位置配准，获取并记录采用不同配准标志下4个方向的摆位误差值：IECX（左右）、Y（前后）、Z（上下）、ROLL（沿身体长轴的旋转）。所有取值均取绝对值，不考虑方向问题。

1.3 统计学方法 采用SPSS 16.0统计软件。计量资料以（x±s）表示，两组间比较采用两独立样本的t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 不同配准方式的误差值 21例患者共进行411次治疗前MVCT扫描，在411张的验证图像中可以观察到有27次较大的体位移动，概率虽然仅有6.67%，但若无体位校正措施，将对患者治疗效果产生较大的影响。部分患者治疗前MVCT配准示例见图1。不同配准标记点在不同方向上得到相应摆位误差（见表1）。经统计学分析显示，各个配准标记点的误差值差异有统计学意义（P＜0.05）。

图1 Tomotherapy的在线验证示例图（A：以肺病灶为配准标记；B：以椎体为配准标记；C：以气管隆突为配准标记）

表1 胸部四种不同配准标记位移、旋转误差结果（x±s）

2.2 不同配准标记在各方向上摆位误差两两比较的P值 为明确各个指标间是否存在差异，本研究对各配准点进行两两比较，结果见表2。

表2 不同配准标记在各方向上摆位误差两两比较的P值

3 讨论

无论肺原发还是肺转移瘤均具有潜在复发性、放化疗敏感性较差、预后差等特点，但随着放疗技术的进步，明显提高了肺原发和转移瘤的局部控制率，改善患者的生活质量［1-2］。在放疗过程中患者的肿瘤靶区常受摆位误差及器官运动等相关误差的影响，是计划靶区（PTV）外扩的主要因素，阻碍放疗计划的精确实施，靶区剂量及肿瘤控制率降低的同时增加了放射不良反应的概率。Fraassd等［6］报道显示5%的剂量误差可能导致肿瘤控制率10%～20%的变化。而且在肺部肿瘤的放射治疗中，肺、心脏和食管等正常组织常会受到一定剂量的照射，造成不同程度的放射损伤。目前Tomotherapy 作为精确放射治疗新技术之一，集调强放疗、影像引导放疗、剂量引导于一体，每次治疗前的在线动态验证是保证放疗精确实施的关键。Tomotherapy放疗新技术的应用为肺部肿瘤的放疗临床实际工作提供了新的解决方案。

回顾文献各研究对于螺旋断层放射治疗在肺原发及转移瘤中采用的肺部位置验证配准标志不统一，主要有肿瘤、椎体、胸骨柄、肋骨、锁骨、肺尖、气管隆突、主动脉弓和降主动脉等结构作为配准标志。其中对于边缘清晰的肺部肿瘤，由于与周围正常肺组织形成的密度差异，肿瘤本身可能成为图像配准标记［7］。然而单独选用肿瘤作为配准参考标记可能影响配准结果，首先肺内肿瘤随呼吸运动不断发生变化，MVCT图像是肿块随呼吸运动的平均图像；其次某些肿瘤组织太小，治疗后肿瘤回缩变形及边缘可能受炎症等反应不一定清晰［8］。对于椎体，由于影像密度差异较大，位置固定而且基本不受呼吸影响，常被选为图像配准标志［9］。虽然气管隆突、肺尖、胸骨柄、降主动脉等胸部影像特征明显，但因受呼吸运动、大血管的搏动以及食管蠕动的影响，易导致照射体位的重复性较差，但目前无量化指标说明受影响的具体情况。为了寻求更精确的摆位验证技术，本研究对比了肿瘤、椎体、气管隆突、胸骨柄、肺尖作为配准标志时的摆位误差，发现由于气管隆突位置受呼吸运动影响较大，不推荐作为胸部放疗图像引导的配准标志；对于肿瘤边缘清楚且放疗疗程较短的立体定向放疗者可选择肿瘤本身作为配准标记，但需要注意呼吸运动的影响，尤其是靠近纵膈的肿瘤。由于密度差异且较少受到呼吸运动影响，椎体通常可选择应用。

综上所述，在验证配准过程中，应以靶区及骨性标志为主，其他非运动型软组织标志为辅，综合考虑配准过程中病灶和靶区的一致性，临床上所能接受的配准标准是MVCT影像靶区未脱离计划靶区轮廓线。

［1］ Ball D．Curing non-small cell lung cancer with radiotherapy: no longer an oxymoron．Semin Radiat Oncol,2015,25(2):65-66．

［2］ 薛俊霞,王颖杰．肺转移瘤精确放疗研究进展．山东医药,2014,54(32):97-99．

［3］ Wang L,Correa CR,Zhao L．The effect of radiation dose and chemotherapy on overall survival in 237 patients with Stage III non-small-cell lung cancer．Int J Radiat Oncol Biol Phys,2009, 73(5): 1383-1390．

［4］ ICRU Report 50． Prescribing, recording, and reporting photon beam therapy． Bethesda, MD: International Commission on Radiation Units and Measurements, 1993: 1-72．

［5］ ICRU Report 62． Prescribing, recording, and reporting photon beam therapy (supplement to ICRU Report 50)． Bethesda, MD: International Commission on Radiation Units and Measurements, 1999,33:1-51．

［6］ Fraass BA,Smathers J,Deye J．Summary and recommendations of a National Cancer Institute workshop on issues limiting the clinical use of Monte Carlo dose calculation algorithms for megavoltage external beam radiation therapy．Med Phys, 2003,30(12):3206-3216．

［7］ 王艳阳,傅小龙,夏冰．不同标记点对肺癌图像引导放疗图像配准结果的影响．中华放射肿瘤学杂志,2010,19(6):517-519．

［8］ 王艳阳,傅小龙,夏冰．肺癌影像引导放疗图像配准标记点的研究．生物医学工程学进展,2008,29(3):156-160．

［9］ 孙文泽,宋丽萍,马军．图像引导下放射治疗中心型非小细胞肺癌的配准范围、配准方式及靶区外放的研究．中南大学学报,2013,38(2):132-137．

Objective Study on the treatment of spiral CT radiation (Tomotherapy) in primary lung metastasis and the feasibility of using different anatomical structures as the registration mark of the chest and setup errors, in order to improve the precise radiation therapy. Methods 21 cases were randomly selected for fault IMRT and primary lung metastasis patients, before each treatment breathing underwent MVCT scan in sagittal, coronal and axial respectively select tumor, vertebral body, carina of trachea, sternum, apex as the registration mark, the automatic the manual method and location of the KVCT location registration, IECX respectively (left and right), Y (before and after), Z (4), ROLL (along the long axis of the body rotation) setup error in 4 aspects. Results Of in the IECX direction, the use of tumor, vertebrae, sternum and apex as the registration mark, there was no signifcant difference between the 22 parts (P＞0.05); the use of tracheal carina was statistically signifcant difference between the 22 mark and the registration (P＜0.05); in the IECY direction, with the carina as the registration marksthe apex and swing an error value and obtained the vertebral body and the sternum with tumor and compared, the difference was statistically signifcant(P＜0.05); in the IECZ direction, with the tumor, apex vertebral and trachea carina and the sternum and used as there were statistically signifcant differences in the setup error value obtained registration mark (P＜0.05); in the ROLL direction, with the as the registration mark and the carina apex the setup errors with tumor, vertebral and manubrium obtained comparison, the difference was statistically signifcant (P＜0.05). Conclusion In position verifcation on patients receiving radiotherapy of lung cancer , tumor, vertebrae, sternum, apex can be used as IECX direction registration mark; do not recommend the use of tracheal carina in IECY and ROLL and their direction as the registration mark, the tumor, vertebrae and the sternum can be used for such purpose; also it is not recommended that the use of tracheal carina and sternal handle in IECZ the direction as the registration marks, while the tumor, apical vertebral body can be chosen for registration mark.

Tomotherapy Primary and metastatic lung tumors Registration mark Position error

210008 南京大学医学院附属鼓楼医院肿瘤中心

*通信作者