图像引导放射治疗在653例宫颈癌摆位误差的分析

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图像引导放射治疗在653例宫颈癌摆位误差的分析

姜斐①于浪①孙显松①王欣海①胡克①*邱杰①张福泉①

目的：应用锥形束CT(CBCT)评价宫颈癌患者图像引导放射治疗(IGRT)的摆位误差及体重因素对摆位误差的影响。方法：回顾性分析应用Trilogy直线加速器治疗的653例宫颈癌患者资料，使用其机载影像系统(OBI)行CBCT，共采集1175幅容积图像与计划CT图像进行配准，记录升降(X轴)、进出(Y轴)和左右(Z轴)3个轴向的误差。以正常体重指数(BMI=23)为分界，将患者分为正常组(BMI＜23)和肥胖组(BMI≥23)，对比分析两组BMI的差异。结果：X轴、Y轴及Z轴3个平移轴向的摆位误差分别为(-0.38±3.6) mm、(0.01±4.5) mm和(-0.13±2.8) mm，结果满足临床要求；提示体重因素对摆位误差有影响，其中肥胖组患者在X轴向的摆位误差大于正常组，差异有统计学意义(t=-2.446，P＜0.05)。两组在Y轴及Z轴向的摆位误差无显著差异。结论：宫颈癌患者的整体摆位误差结果较好，能够满足临床要求；同时患者BMI对于X轴向的摆位误差具有一定影响，故应更加关注BMI较大患者的摆位情况。

宫颈癌；图像引导放射治疗；摆位误差；锥形束CT；体重指数

[First-author’s address] Department of Radiation Oncology, Peking Union Medical College Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences; Peking Union Medical College, Beijing 100730,China.

在宫颈癌治疗中放射治疗占有重要地位，有80%的宫颈癌患者在治疗过程中涉及放射治疗。放射治疗对提高宫颈癌患者的总生存率、降低复发率、增加手术机会和减少术中及术后并发症等方面已有大量数据支持其效果明确[1]。

随着设备及计算机技术的发展，图像引导放射治疗(image guided radiation therapy，IGRT)以及调强放射治疗(intensity modulation radiation therapy，IMRT)等精确放射治疗技术在宫颈癌的治疗中被广泛采用，以确保靶区接受处方剂量照射的同时极大降低正常组织的受量[2-3]。因此，在进行计划设计时考虑靶区及器官的运动，并结合所在科室的摆位误差水平给定合适的边界外放(Margin)。然而，治疗师的摆位水平成为决定边界外放大小的关键[4]。基于此，本研究应用锥形束CT(CBCT)评价宫颈癌患者IGRT的摆位误差及体重因素对摆位误差的影响，从而更好地指导临床工作。

1 资料与方法

1.1一般资料

回顾性分析中国医学科学院北京协和医院放射治疗科2008-2015年应用Trilogy直线加速器治疗的653例宫颈癌患者资料，年龄21～79岁(中位年龄46岁)。采集1175幅容积图像与计划CT图像进行配准，记录升降(X轴)、进出(Y轴)和左右(Z轴)3个轴向的误差。对患者进行身高体重统计，计算体重指数(BMI)，并以正常BMI(BMI=23)为分界，将653例患者分为正常组与肥胖组，对比分析两组BMI的差异。所有患者均签署了知情同意书。

1.2纳入与排除标准

(1)纳入标准：①宫颈癌患；②于2008-2015年进行放射治疗的患者。

(2)排除标准：①采用四野箱式照射的患者；②未能完成治疗的患者。

1.3仪器与材料

采用大孔径CT模拟机(ACQ-sim，荷兰飞利浦公司)获取患者的定位图像，并传输至Eclipse 8.1治疗计划系统(美国瓦里安公司)完成调强计划设计。通过常规模拟定位机(Acuity， 美国瓦里安公司)完成治疗前的复位，治疗则通过医用电子直线加速器(Trilogy，美国瓦里安公司)完成。

1.4治疗方法

1.4.1 定位方法

患者采用仰卧位，使用低温热塑体膜进行固定，采用放射治疗专用大孔径CT模拟机定位扫描，扫描层厚为5 mm，范围为第10胸椎下缘或膈肌上缘至坐骨结节下5 cm，定位完成后利用激光灯分别在体模及皮肤上画出十字标记线。

1.4.2 靶区勾画和治疗计划设计

通过网络将CT图像传输并导入治疗计划系统中，主管医师参考X射线计算机断层成像(X-ray computed tomography，CT)、磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)以及单光子发射型电子计算机断层扫描仪(single-photon emission computed tomography，PET-CT)等影像资料勾画靶区和危及器官。临床靶区(clinical target volume，CTV)外放5～8 mm作为计划靶区(planning target volume，PTV)，物理师根据医师对靶区及危机器官的剂量限值要求进行IMRT计划设计。

1.4.3 摆位方法

在常规模拟定位机上对患者进行位置校对后再进行摆位，待激光灯与患者体部及体膜上激光线完全重合后，行CBCT位置验证。

1.4.4 CBCT图像采集和配准

在对患者摆位后对其盆腔部采用全扇形束模式(Full-fan)进行CBCT扫描，计算机重建扫描图像，由患者主管医生和治疗师将扫描图像与定位CT图像进行配准，配准完成后分别记录患者X轴、Y轴和Z轴向的摆位误差。对IMRT患者首次治疗前行CBCT，误差超出要求需要重新摆位验证，部分患者每周行1次CBCT，立体定向放射治疗(SBRT)患者每次治疗前行CBCT。

1.4.5 BMI数据

对患者进行身高体重统计，计算BMI值，以正常BMI=23为分界进行分组。

1.5观察与评价指标

观察不同个体间疗程内不同轴向的系统误差和随机误差的大小，以及以BMI为分组变量，观察不同组别间摆位误差值在3个轴向是否存在统计学差异。

利用摆位误差估算CTV到PTV外放范围大小，可以使用van Herk[8]所提出的margin公式，即公式1：

式中∑表示所有患者个体化系统误差的标准差，群体化随机误差σ为所有患者个体化随机误差的标准差[9]。

1.6统计学方法

采用SPSS19.0软件对宫颈癌患者1175次CBCT验证图像的摆位误差数据进行统计学分析，计数资料以均数±标准差(x-±s)表示，对依据BMI分组数据行绝对值转换后采用两个独立样本t检验方法进行分析，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1摆位误差分析

在1175组数据中3个轴向摆位误差均呈正态分布，如图1所示。

图1 1175组数据中3个轴向摆位误差分布图

X轴、Y轴和Z轴向的摆位误差分别为(-0.38±3.6) mm、(0.01±4.5) mm和(-0.13±2.8) mm，见表1。

表1 1175组数据摆位误差描述分析(mm，±s)

表1 1175组数据摆位误差描述分析(mm，±s)

轴向摆位误差( m m )均值的9 5 %置信区间下限上限X -0 . 3 8 ± 3 . 6 -0 . 5 8 2 -0 . 1 7 2 Y 0 . 0 1 ± 4 . 5 -0 . 2 4 7 0 . 2 7 2 Z -0 . 1 3 ± 2 . 8 -0 . 2 9 0 0 . 0 2 6

按照误差水平分级，3个轴向的摆位误差不同水平的发生率为：X轴向＜5 mm的占92.8%，5～10 mm的占7.2%，无＞10 mm的情况；Y轴向＜5 mm的占84.3%，5～10 mm的占4.2%，＞10 mm的占1.5%；Z轴向＜5 mm的占96.4%，5～10 mm的占3.6%，无＞10 mm的情况，见表2。

表2 653例宫颈癌患者摆位误差绝对值发生率(%)

2.2 BMI分组结果

在X轴向肥胖组的摆位误差明显大于正常组，差异有统计学意义(t=-2.446，P＜0.05)；在Y轴向和Z轴向，正常组与肥胖组的摆位误差均值无差别，差异无统计学意义(t=0.234，t=0.064；P＞0.05)，如图2所示。

图2 不同BMI组的摆位误差均值比较柱状图

3 讨论

放射治疗的最终目的是在尽可能地杀灭癌细胞的同时，最大限度地减少对正常组织的损伤[5]。通过充分考虑摆位误差及器官运动等因素，精确制定肿瘤的照射范围，减少正常组织的照射是有效降低正常组织损伤的关键。

采用IGRT技术是为了在放射治疗过程中监测患者肿瘤形状和位置的改变，适时进行靶区和位置的修正，使放射治疗更加精确。IGRT技术目前主要依赖电子射野影像装置(electronic portal imaging device，EPID)、超声和机载影像系统等设备采集二维正交图像或三维图像，利用这些图像与计划图像进行配准对比，指导当次及后续治疗，为减少摆位误差和评价摆位误差提供有效方法[6-8]。

摆位误差包括系统误差和随机误差，系统误差是指实际治疗位置和模拟定位时位置的差异，可采取相应的措施使之降低；而随机误差是指每次治疗时重复性的差异，随机误差发生在治疗期间，一般是由患者的摆位及运动变化引起，具有随机性，可通过选择合适的固定装置以及提高摆位精度来减小误差范围。

个体化系统误差为所有分次误差的平均值，而个体化随机误差为所有分次误差的标准差[10-11]。由此可见，摆位精度以及患者每次摆位重复性均可影响外放范围的大小[12-14]。为此，需要操作者要具有强烈的责任心，尽量减少摆位误差。

本研究结果显示，在3个轴向的摆位误差值与林赛云等[15]、王多明等[16]以及梁永君等[17]的结果相近，但优于王鑫等[18]的研究结果，该研究中患者接受适形放射治疗，相比本研究中患者接受的调强放射治疗，对摆位技术的要求较低。

Kim等[19]研究结果证实，患者BMI值对Z轴向摆位误差有影响，本研究结论为BMI值对患者X轴向摆位误差影响较大，可能原因是体重较大患者一般臀部脂肪较多，调整盆腔患者升降时需2名技师配合，分别调整患者臀部旋转及治疗床升降，因此患者的体重对于升降摆位误差的影响相对较大。

本研究数据中部分患者摆位误差较大，可能的原因为相当一部分数据均来自患者首次治疗的验证结果。王多明等[16]的研究结果表明，首次治疗验证与之后治疗验证的摆位误差结果存在差别，其原因是由于首次治疗时患者较为紧张，臀部肌肉的变化导致X轴向出现更大的误差，因此摆位过程中应关注患者治疗时的精神状态，给予一些心理暗示及舒缓的音乐确保患者能够配合摆位，以提高摆位精度。

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Analysis of the setup error in 653 cervix cancer patients treated with image-guided radiotherapy/

JIANG Fei, YU Lang, SUN Xian-song, et al//China Medical Equipment, 2017,14(1):21-24.

Objective: The aim of this study was to evaluate setup errors by Cone-beam computed tomography (CBCT) method in cervical cancer patients with image-guided radiotherapy and discuss the impact of body mass index (BMI). Methods: A retrospective study was adopted to analyze 653 cervix cancer patients were treated with Trilogy linear accelerator from 2008 to 2015 in our department. CBCT was performed on a Varian Trilogy linear accelerator via on–board images system, and 1175 images were acquired and matched up with planning CT images, and then systematic (∑) and random (σ) errors in X(vertical)Y(longitudinal)and Z(lateral) directions were analyzed. The patients were divided into normal BMI group (BMI＜23)and overweight patients group (BMI≥23). The software SPSS 19.0 was used for data analyzing,and the differences between two groups were compared by paired samples T test and there was statistically significant if P＜0.05. Results: The errors in X、Y and Z direction were -0.38±3.6mm、0.01±4.5mm and -0.13±2.8mm, respectively, and they can meet the clinical demand;body weight factor had an impact on setup errors, and there was significant difference in vertical direction (t=-2.446, P＜0.05) between the two groups, however,there were no significantly difference in the other two directions. Conclusions: The overall setup errors results met the clinical demand; body weight factor can lead to larger setup errors in vertical direction, therefore more attention should be paid to the patients with larger BMI.

Cervix cancer; Image-guided radiotherapy; Setup error; Cone-beam computed tomography; Body mass index

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.01.007

1672-8270(2017)01-0021-04

R737.33

A

2016-11-27

①中国医学科学院北京协和医院放射治疗科 北京 100001

*通讯作者：huke8000@163.com

姜斐,男,(1980- ),本科学历，技师。中国医学科学院北京协和医院放射治疗科，从事放射治疗工作。