基于图像引导下头颈部肿瘤放射治疗患者摆位误差的相关性分析*

申红峰　王小深　欧光明　戴相昆　葛瑞刚　孙　波　陈高翔　徐寿平*

基于图像引导下头颈部肿瘤放射治疗患者摆位误差的相关性分析*

申红峰①王小深①欧光明①戴相昆①葛瑞刚①孙波①陈高翔①徐寿平①*

目的：探索头颈部肿瘤六维方向摆位误差的相关性，为提高临床摆位精准度提供依据。方法：选取30例鼻咽癌患者，使用Tomotherapy HD放射治疗系统对患者进行治疗，回顾性分析900次图像引导放射治疗（IGRT）的三维方向中左右（X）、上下（Y）、前后（Z）以及旋转方向中左右旋转（roll）、前后旋转（pitch）、顺时针和（或）逆时针旋转（yaw）的六维方向摆位误差相关性。结果：三维方向X、Y、Z均不存在相关性，Y与Z存在显著的中等负相关；旋转方向只有roll与pitch存在显著的较弱负相关；三维方向和旋转方向中X与roll存在显著的较弱负相关，X与yaw存在显著的中等正相关；Y与pitch、yaw均存在显著的较弱负相关；Z与pitch存在显著的较强负相关。结论：在头颈部肿瘤放射治疗摆位过程中应注意不同方向的相互影响关系，尤其注意前后方向、前后旋转与上下方向以及左右方向与顺时针和（或）逆时针旋转方向的摆位精确性。

放射治疗；头颈部肿瘤；摆位误差；相关性

［First-author’s address］ Department of Radiotherapy， PLA General Hospital， Beijing 100853， China.

目前，放射治疗已经进入精确放射治疗时代，并且在不断地提高患者治疗中的舒适度。放射治疗技术的发展，靶区适形度越来越高，剂量跌落更快，位置轻微偏差导致放射治疗剂量产生较大差异。图像引导技术的出现是精确放射治疗的基础，而图像引导放射治疗存在不同的配准方式：包括单纯的二维方向图像配准；三维方向加上单一旋转轴的配准以及从六维方向的图像配准，不同的配准方式所得结果存在差异［1］。多数锥形束CT（cone beam，CT，CBCT）图像引导摆位误差纠正存在六维方向图像配准，然而由于设备治疗床多为三维方向运动，所以实际放射治疗误差纠正大多限制在三维方向修正。本研究使用Tomotherapy HD（TomoHD）治疗系统［2］探讨六维方向上摆位误差之间的相互关系，从而为减少六维方向上的摆位误差提供参考。

1　设备与方法

1.1仪器设备

使用西门子大孔径定位64排128层CT（德国西门子公司），进行定位扫描并将图像传输到Pinnacle放射治疗计划系统。在Pinnacle计划系统医生工作站进行靶区勾画并传输到TomoHD计划系统进行计划设计。在TomoHD放射治疗系统（ACCURAY，美国）上进行治疗，使用红激光灯进行摆位并治疗前进行图像引导。图像引导扫描条件为加速器自带兆伏级CT（MVCT）的normal扫描条件进行图像获取。

1.2治疗方法

使用Tomotherapy HD放射治疗系统治疗完成的，患者摆位使用头颈肩热塑体模和头颈肩体位固定板进行固定。回顾性分析900次图像引导放射治疗（IGRT）的六维方向（左右：X，上下：Y，前后：Z，左右旋转：roll，前后旋转：pitch，顺逆时针旋转：yaw）摆位误差相关性。

1.3数据获取及判定指标

表1　六维方向之间的相互关系

（1）分别在TomoHD放射治疗系统操作台工作站调取30例患者每次图像引导所得图像，并重新使用六维配准方式进行自动配准，并针对配准较差结果进行手动微调，记录每次左右方向（X）、上下方向（Y）、前后方向（Z）、左右旋转（roll）、前后旋转（pitch）、顺和（或）逆时针旋转（yaw）六维方向的配准结果。

（2）相关性强弱判定标准：相关性系数0～0.4为弱相关，0.4～0.7为中等相关，0.7～1为强相关关系。

1.4统计学方法

采用SPSS 19.0统计学软件将所得900组患者6个方向摆位误差数据分别进行两两之间的Pearson相关性分析；参考所得相关结果进一步基于相关变量的偏相关统计学分析，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1单纯组间相关性分析结果

通过对所有数据进行组间相关性分析，所得左右方向X与前后方向Z、左右旋转roll、前后旋转pitch、顺和（或）逆时针旋转yaw均存在显著的相关关系；上下方向Y与前后方向Z、前后旋转pitch、顺逆时针旋转yaw存在显著的相关性；前后方向Z同时与前后旋转pitch存在显著的相关性；3个旋转方向仅左右旋转roll与前后旋转pitch存在显著的相关性。相关性系数r值及P值见表1。

2.2基于相关变量的偏相关分析

根据各组间的相关性以及可能存在相互影响的维度方向之间进行偏相关分析：①分别以前后方向Z、前后旋转pitch为控制变量进行偏相关分析左右方向X与前后旋转pitch，前后方向Z的相关性；②前后方向Z为控制变量时上下方向Y与前后旋转pitch，左右旋转roll的相关性；③左右方向X为控制变量时上下方向Y与左右旋转roll的相关性，见表2。

表2　部分数据进行偏相关性分析结果

3　讨论

放射治疗技术的不断发展，治疗精度得到了不断提高，但摆位技术仍是放射治疗执行端的重中之重［3］。放射治疗摆位误差直接影响放射治疗精度及效果，其定位技术同时也在不断地发展，由普放无外固定体模到现在各种固定方式的出现，如热塑体模固定；真空垫体位固定以及两者结合的固定方式等。现今在图像引导技术不断发展的情况下，为保证患者舒适性，放射治疗体位的固定一定程度上牺牲部分体位固定的精确性。图像引导技术能够实现摆位误差计算纠正，实现由治疗床以及机架的移动进行位置校准，但是某些位置偏差如旋转误差部分大多无法得到有效的校准［4］。

放射治疗误差多来源于摆位过程中患者的体位固定方式以及患者治疗摆位与放射治疗定位摆位的重复性或放射治疗分次过程中体位误差变化趋势［5-8］。头颈部肿瘤体位固定方式多使用头颈肩热塑体模进行固定，部分患者由于呼吸困难将口鼻或者喉部挖开成为部分开放式结构，导致体位固定效果减弱，对摆位精确性存在一定的影响。

TomoHD放射治疗使用MVCT进行图像扫描配准，相关文献表明每日进行图像引导更具有摆位及剂量学优势［9-11］。治疗时图像引导多用三维方向以及左右旋转方向的四维配准方式进行图像配准，因为TomoHD放射治疗系统只能纠正以上四维方向误差，如果放射治疗摆位存在前后旋转方向和顺时针、逆时针方向的较大误差，可能影响放射治疗的精确性。

本研究探索摆位误差之间的相关性，通过研究各个轴面之间统计学显著相关性的强弱来判断两者之间摆位误差的相互影响关系，指导并提高临床摆位的精确度。上述结果，前后方向Z和前后旋转pitch存在显著的较强负相关；前后方向Z和上下方向Y存在显著中等负相关等相关关系，通过分析相关性来指导摆位过程中应特别注意相关轴面的摆位精确性，进而减少由于单方向误差而引起的相关方向摆位误差。相关文献多为放射治疗摆位误差的分析，然而摆位误差的分析多只能提供一个数值上参考，却不能体现在实际摆位操作中解决问题［12-13］。本研究通过分析摆位误差相关性，得到各方向及旋转轴之间的相关性大小及其显著性，探索放射治疗摆位各个轴面误差的相互影响关系，从而为从根本上减少摆位误差提供临床指导［14-15］。

综上所述，通过分析六维方向的摆位误差，探索其各个方向之间的相关性，在摆位过程中提高对不同轴位的关注程度，进而一定程度地提高摆位精确性。

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Research on the correlation of setup errors for head and neck cancer patients with radiotherapy based on image guiding

SHEN Hong-feng， WANG Xiao-shen， OU Guangming， et al// China Medical Equipment，2016，13（10）:22-24.

Objective: To explore the correlation of six-dimensional set-up errors in head and neck tumors radiotherapy to provide the basis to improve the clinical setup accuracy. Methods: 30 patients with nasopharyngeal carcinoma who had been treated by Tomotherapy HD System were selected. The correlation of set-up errors were retrospectively analyzed in six-dimensional （Left-Right direction: X，inferior-superior direction: Y， anterior-posterior direction: Z， left-right rotation: roll， anterior-posterior rotation: pitch，counterclockwise or clockwise rotation: yaw） using the IGRT data. Results: X had no correlation with Y and Z and Y had significant weak negative correlation with Z on three-dimensional directions. The roll and pitch had significant weak negative correlation on three-rotation directions. On the three-dimensional and three-rotation directions， X and roll had significant weak negative correlation， X and yaw had significant moderate positive correlation， Y had significant weak negative correlation with pitch and yaw， and Z and pitch had significantly strong negative correlation. Conclusion: More attention have been paid on the correlation of different directions， especially， the accuracy between Z and pitch or/and between Y and Z in the set-up process.

Radiotherapy； Head and neck tumors； Set-up errors； Correlation

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.10.007

1672-8270（2016）10-0022-03

R816.1

A

2016-03-24

国家自然科学基金（61171005）“基于C型臂的冠状动脉旋转三维成像方法研究”

①解放军总医院放疗科 北京 100853

shouping_xu@yahoo.com

申红峰，男，（1983- ），本科学历，技师。解放军总医院放疗科，从事放射治疗技术工作。