胸腺瘤调强放射治疗摆位误差分析

陈晓芳 许会军 张惠玲 吴小良 赵鹏 刘鹏 乞国艳 马志乾

·论著·

胸腺瘤调强放射治疗摆位误差分析

陈晓芳 许会军 张惠玲 吴小良 赵鹏 刘鹏 乞国艳 马志乾

目的利用Elekta Synergy直线加速器的机载影像系统(XVI)分析胸腺瘤患者的摆位误差。方法对行放射治疗的53例胸腺瘤患者进行锥形束CT(CBCT)扫描，扫描图像与制定治疗计划的CT定位图像进行匹配，记录数据并在线纠正摆位误差。结果53例患者共行205次CBCT扫描，各方向的摆位误差如下：左右(X)方向(0.445±2.829)mm、头脚(Y)方向(-1.141±4.529) mm、前后(Z)方向(-0.053±2.585)mm，沿三个坐标轴的轴向旋转误差分别为(-0.130±0.887)、(-0.345±0.846)、(-0.120±1.063)。结论放射治疗治疗前对胸腺瘤患者行CBCT扫描可有效减小摆位误差，统计个方向摆位误差分布数据，可得到本单位直线加速器的摆位误差范围，勾画靶区时CTV到PTV在X,Y,Z三个方向的最佳外扩值分别为5 mm、7 mm、5 mm。

胸腺瘤;图像引导放射治疗;摆位误差;CBCT

放射治疗的根本目的是提高肿瘤区的照射剂量，减少正常组织和危及器官的受照量，提高肿瘤的局部控制率。与以往的普通放疗和三维适形放疗相比，调强放射治疗在保护正常组织和器官的前提下，可以把X射线更好的集中到肿瘤上，真正做到照射剂量快速跌落，提高放射治疗增益比，同时调强放射治疗也对治疗时的摆位精度提出了更高的要求[1,2]。摆位误差可引起肿瘤区照射剂量不足，严重的可导致脱靶，治疗后复发率增高，也可能使得高剂量区偏移至靶区周围的正常组织，使正常组织受照量超出限值，造成严重的并发症[3,4]。胸腺瘤作为胸部肿瘤，影响靶区位置的因素比较多。呼吸运动，体表标记，固定方式，皮肤牵拉等因素均对胸腺肿瘤的位置造成一定的影响。降低摆位误差，提高治疗精度是我们一直追求的目标。图像引导放射治疗技术将机载影像系统和直线加速器相结合，可在放射治疗实施前对患者进行锥形束CT扫描(Cone Beam CT,CBCT)，在线纠正患者的摆位误差，提高治疗精度[5，6]。本研究利用Elekta Synegy 直线加速器自带的KV级CBCT和X线容积成像(x-ray volume imaging,XVI)系统，在线纠正胸腺瘤患者摆位误差，使患者实际接受的照射的区域与医生在治疗计划系统上勾画的靶区一致。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选择2015年6月至2017年3月在我院行胸腺瘤调强放射治疗的患者53例，其中男25例，女28例;年龄26～72岁，平均年龄(45±9)岁；所有患者经病理学和影像学确诊。53例患者共行205次CBCT扫描，前五次治疗均在治疗前行CBCT扫描，在线位置纠正，并记录移床数据。后续治疗中，每周行1次CBCT扫描。

1.2 设备与仪器 Elekta Synergy直线加速器，XVI影像引导系统，碳纤维定位板，热塑膜，飞利浦螺旋CT，Pinnacle9.10治疗计划系统。

1.3 体位固定和CT模拟 所有患者均使用热塑膜固定，仰卧位，双臂交叉置于额前，待热塑膜完全冷却后在体表和热塑膜上分别作标记线。CT定位扫描时患者体位与体膜固定时体位相同，热塑膜上贴铅点标记参考点，扫描层厚5mm，CT图像由网络传输至Pinnacle9.10治疗计划系统进行放疗计划的制定。治疗计划和CT模拟图像通过Mosaiq网分别传输至Elekta Synergy直线加速器主机和XVI系统。

1.4 摆位及CBCT图像的获取 患者首次治疗时，医师、物理师、治疗技师同时完成。患者治疗体位、CT模拟体位均与体膜固定时体位保持一致。摆位完成后加速器机架旋转360°行CBCT扫描，经过数据重建获得三维图像，该图像与治疗计划图像进行配准。

1.5 图像配准和摆位误差在线校正 XVI系统可对CBCT扫描重建图像和用于设计治疗计划的CD定位图像进行在线配准，配准方式有手动配准和自动配准，自动配准又包括灰度配准、骨性+旋转、灰度+旋转。胸腺瘤的患者一般选取灰度+旋转的自动配准，然后再手动微调，图像匹配成功后得到该患者在三个平移方向和三个旋转方向的摆位误差数据，并进行在线移床纠正位置。当摆位误差左右方向(X)≤3 mm，头脚方向(Y)≤3 mm，前后方向(Z)≤3 mm，旋转误差(Rtn)lt;2°时，直接移床校正位置，如超过此范围，治疗师需重新摆位，再次行CBCT扫描，误差在允许的范围内方可进行治疗。体膜和患者体表需重新勾画标记线，作为以后摆位的参考线。

2 结果

2.1 平移误差 X方向的误差为(0.445±2.829)mm，最大值误差值为9 mm，90%的误差范围在5 mm以内；Y方向的误差为(-1.141±4.529)mm，最大误差值为13 mm，90%的误差范围在7 mm以内；Z方向的误差为(-0.053±2.585)mm，最大误差值为7 mm，Z方向的误差稍小于其他两个方向，-4.4～4 mm包括了90%的摆位误差。各方向平移误差遵循正态分布规律。见表1,图1～4。

表1 胸腺瘤调强放疗各方向平移误差 mm

图1 X方向摆位误差分布直方图

图2 Y方向摆位误差分布直方图

2.2 旋转误差 Elekta Synergy直线加速器配备了全碳纤维六维床，床的移动除了X，Y，Z三个平移自由度，还有以坐标轴为转轴的三个旋转自由度，三个旋转自由度的摆位误差分别为：X旋转(-0.130±0.887)°，Y旋转(-0.345±0.846)°，Z旋转(-0.120±1.063)°。三个方向的旋转摆位误差差别不大，基本上都在±1.5°之内，最大摆位误差为2.9°和-3.2°，均出现在Z旋转的方向。见表2。

图3 Z方向摆位误差分布直方图

图4 各方向旋转摆位误差分布直方图

表2 胸腺瘤调强放疗各方向旋转误差 °

3 讨论

手术、放疗和化疗是现代肿瘤治疗的三大主要手段，其中放疗在肿瘤的综合治疗中占有重要地位，放疗可以在手术前或手术后作为辅助手段参与肿瘤治疗，部分早期肿瘤患者也可以将放疗作为根治手段，超过60%的肿瘤患者在治疗肿瘤的过程需要接受放射治疗[7]。图像引导放射治疗(IGRT)的出现使肿瘤放射治疗进入了精准放疗阶段。精准放疗指的是精确定位、精确计划和精确治疗，摆位误差的不确定性阻碍了精确治疗过程的实施，较大的摆位误差会使靶区边缘剂量不准确，导致肿瘤的局部复发[8]。配备机载影像系统的直线加速器，可在患者每次治疗前采集影像并与计划影像进行匹配，保证治疗体位与定位体位完全一致，尽可能做到实际照射区域与计划系统上医生勾画的靶区一致，提高了肿瘤靶区的照射精度，保证了肿瘤部位足剂量照射，同时保护正常组织免受不必要的照射，有效地保护了正常器官。

摆位误差包括系统误差和随机误差。系统误差由设备引起，定期校准设备，比如直线加速器和定位系统的定期检测，激光灯的误差校准等都有助于降低系统误差。随机误差是由患者和其他不确定因素引起的，如患者手臂的位置变化，皮肤的牵拉，身体和器官的运动，标记线勾画不清以及治疗师摆位等都会引起随机误差[9]。本文利用Elekta Synergy直线加速器的机载影像系统XVI对53例胸腺瘤患者进行205次CBCT扫描，将摆位后治疗前扫描得到的CBCT图像与治疗计划系统传输过来的定位图像进行配准，得到每次治疗的摆位误差。对所有配准结果进行统计分析和整理，得出摆位误差出现的范围区间，从而指导放疗医师在靶区勾画时适当的外扩。

图1～4可以看出，平移误差和旋转误差分布均遵循正态分布规律。表1的结果显示，胸腺瘤患者X、Y、Z方向摆位误差范围分别为：-8.0～9.0 mm、-14.0～13.0 mm、-9.0～7.0 mm，其中Y方向，即头脚方向摆位误差最大，X和Z方向摆位误差相当。如表2结果所示，旋转误差在三个转轴方向差别不明显，绝大多数的误差都在2°以内，沿Z轴的最大旋转误差达到 2.9和-3.2，稍大于其它两个旋转方向。治疗过程中我们设定平移误差大于5 mm或旋转误差大于2°，需重新摆位再次行CBCT扫描，体表标记线需重新勾画。本研究结果显示X方向和Z方向摆位误差90%分布范围均在5 mm以内，Y方向的摆位误差稍大，90%摆位误差的分布范围为-6.9～6.0 mm。X和Y轴向的旋转误差较小，95%的摆位偏差都在2°以内，Z轴向旋转偏差稍大，±2.3°包括了95%的偏差。

放疗过程中，一般要求100%的出处方剂量包括95%的靶区，以保证肿瘤区足剂量照射，降低肿瘤的复发概率，同时尽可能降低靶区周围正常组织的照射剂量，以减小并发症，降低副反应，保护正常组织[10,11]。降低摆位误差是我们始终追求的目标，同时研究本单位直线加速器的摆位误差亦十分必要，可靠的摆位误差数据可以指导医生勾画靶区时CTV到PTV的外扩范围。根据本研究结果，放疗医师在勾画靶区时可参考摆位误差范围，对临床靶区CTV进行适当的外扩，尤其是Y方向外扩要在7 mm以上，X和Z方向外扩不小于5 mm，以保证肿瘤照射量达到处方剂量要求，防止靶区的漏照，降低肿瘤复发几率，同时避免正常组织接受不必要的照射。

根据文献报道，大于2°的旋转误差会使靶区剂量发生3%～5%的变化，因此大于2°的旋转误差是需要矫正的[12，13]。我们的Elekta Synergy加速器虽然配备了六维床，可以实现旋转误差的在线校正，一般小于2°的旋转误差我们进行在线校正，大于2°的旋转误差重新进行摆位。

摆位误差是放疗过程中不可避免的问题，我们只能采取各种措施，尽可能降低摆位误差，提高肿瘤治疗的精度。几乎所有的研究结果都显示，胸部肿瘤放疗患者头脚方向的摆位误差要大于其他两个方向，对于胸腺瘤患者我们也得出了同样的结论[14-16]。头脚方向摆位误差较大，可能是由于患者身体和定位板的相对位置很难确定，在患者身体两侧划垂线，并记录垂线对应定位板上的刻度值。旋转误差的产生，可能是由于患者体位不正引起的，定位以及治疗过程中，要用激光灯调整患者体位，保证其躺平躺正，降低旋转误差。胸腺瘤患者靶区比较靠上，手臂的不同摆放方式对摆位误差影响很大，可以在定位板最上端增加固定杆，患者双臂伸直，手握固定杆，避免每次双臂交叉抱头带来的不确定性，希望能降低头脚方向的摆位误差。

1 Elsayad K,Kriz J,Reinartz G,et al.Cone-beam CT-guided radiotherapy in the management of lung cancer.Strahlenther Onkol,2016,192:83-91.

2 Shrimali RK,Mahata A,Reddy GD,et al.Pitfalls andchallenges to consider before setting up a lung cancer intensity-modulated radiotherapy service:a review of the reported clinical experience.Clin Oncol (R Coll Radiol),2016,28:185-197.

3 Hurkmans CW，Remeier P，Lebesque JV，et al.Setup verification using portal imaging：Review of current clinical practice.Radiotherapy Oncol,2001,58:105-120.

4 成俊,李伟,徐金济,等.40例盆腔恶性肿瘤放射治疗摆位误差分析.吉林医学,2014,35:6044-6045.

5 Hawkins MA,Aitken A,Hansen VN,et al.Set-up errors in radiotherapy for oesophageal cancers - Is electronic portal imagingor conebeam more accurate? Radiotherapy and Oncology,2011,98:249-254.

6 许峰,柏森,王瑾,等.用锥形束CT图像测量放疗摆位误差.中华放射肿瘤学杂志,2007,16:461-464.

7 李晔雄,汪华.肿瘤放射治疗的历史与发展.中国肿瘤,2008,17:775-778.

8 胡逸民，张红志，戴建荣主编．放射治疗的质量保证与质量控制,肿瘤放射物理学.第1版.北京:原子能出版社,1999.616．

9 吴恒,吕国庆.上肢位置变化对胸部肿瘤患者放疗摆位精度的影响.吉林医学,2010,31:4034-4036.

10 邢晓汾,郭瑞嵩,傅翔宇,等.肺部肿瘤立体定向放射治疗摆位误差及靶区外扩距离.中国医学物理学杂志,2015,32:529-533.

11 曹晓辉,刘明,翟福山,等.CBCT图像引导下胸部肿瘤放疗摆位误差及其外放边界,中华放射肿瘤学杂志,2014,23:53-55.

12 Gutfeld O,Kretzler AE,Kashani R,et al.Influence of rotations on dose distributions in spinal stereotactic body radiotherapy (SBRT).Int J Radiat Oncol Biol Phys,2009,73:1596-1601.

13 Wang H,Shiu A,Wang C,et al.Dosimetric effect of translational and rotational errors for patients undergoing image-guided stereotactic body radiotherapy for spinal metastases.Int J Radiat Oncol Biol Phys,2008,71:1261-1271.

14 Dionisi F,Palazzi MF,Bracco F,et al.Set-up errors and planning target volume margins in headand neck cancer radiotherapy:a clinical study of image guidancewith on-line cone-beam computed tomography.Int J Clin Oncol,2013,18:418-427.

15 Yang DS,Yoon WS,Chung SY,et al.Set-up uncertainty duringbreast radiotherapy.Strahlenther Onkol,2013,189:315-320.

16 孙小喆,孟慧鹏,史孝伟,等,胸部肿瘤容积旋转调强放射治疗摆位误差分析.中国医学物理学杂志,2015,32:34-37.

10.3969/j.issn.1002-7386.2017.24.019

项目来源：石家庄市科技计划项目(编号：131461073)

050011 河北省石家庄市第一医院

R 730.55

A

1002-7386(2017)24-3751-03

2017-06-26)