IGRT对肺部恶性肿瘤精确放疗时摆位误差及摆位外扩边界值的影响

郭峰，钟辉，祁志军，吴勇，何文菊

枣阳市第一人民医院肿瘤医学部放疗室，湖北 枣阳441200

肺癌属于临床常见的胸部恶性肿瘤，多数患者就诊时已处于晚期，因此临床主要采取放疗作为重要的治疗手段，放疗的基本目标是提高放疗增益比，最大限度地将放射线剂量集中在病变区域，杀死肿瘤细胞，同时减少对周围正常组织和器官不必要的照射，减少不良反应的发生[1]。近年来随着现代医学技术的飞速发展，图像引导放疗（image-guided radio therapy，IGRT）在临床上广泛应用，它是通过减少患者在治疗过程中摆放体位出现的误差，并在放疗时实行锥形束CT扫描，获得容积图像和治疗计划三维重建图像，然后实行三维方向的比较，获得摆位误差，从而更好地限定肿瘤靶区，提高照射剂量的准确性[2]。本研究探讨了IGRT对肺部恶性肿瘤精确放疗时摆位误差及摆位外扩边界值（MPTV）的影响，以期为临床治疗提供指导和依据，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性分析2017年1月至2017年10月于枣阳市第一人民医院接受IGRT的44例肺部恶性肿瘤患者的临床资料。纳入标准：①经病理组织学确诊；②初治患者。排除标准：①入院前接受过放化疗者；②合并其他原发性恶性肿瘤者。44例患者中，男26例，女18例；年龄36～71岁，平均（56.28±9.29）岁；左肺病变18例，右肺病变22例，纵膈病变4例；肺鳞癌20例，肺腺癌16例，小细胞肺癌8例；病灶直径1.0～8.2 cm，平均（3.42±1.14）cm。

1.2 治疗方法

患者取仰卧位，双手上举交叉，使用热塑体模进行固定，采用Philips大孔径CT扫描定位机以5 mm层间距扫描，自声门下直至上腹部，将图像传送至放射治疗计划系统进行靶区和危及器官的勾画。治疗前将CT图像传送至医学影像工作站进行摆位准确性的验证，每周采集患者的锥形束CT图像，采用自动骨性配准和自动灰度配准进行微调，对不同配准方式进行分析，采用Elekta Synergy直线加速器及XVI3D影像系统获取左右（x）、头脚（y）、前后（y）方向的摆位误差。

1.3 统计学方法

采用SPSS 19.0软件对数据进行统计分析，校正前后的摆位误差经自然对数转换为近似正态分布后行t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。根据Stroom等[3]的定义：系统误差以摆位误差的平均值表示，随机误差以摆位误差的标准差表示。总体摆位系统误差为每位患者的系统误差均值μ，系统误差的标准差记为Σ，随机误差的标准差记为δ（所有个体化患者随机误差平方均值的平方根）。摆位外扩边界值（MPTV）=2.5 Σ+0.7 δ。

2 结果

2.1 摆位误差结果

44例患者共获得845次IGRT数据，校正后x、y、z轴上的平均摆位误差分别为（-0.02±0.20）、（0.04±0.21）、（-0.01±0.11）cm，均低于校正前，差异均有统计学意义（P＜0.05）。校正前与校正后旋转x、y、z轴上的平均摆位误差比较，差异均无统计学意义（P＞0.05）。（表1）

2.2 校正前后的MPTV值

校正后x、y、z轴上的MPTV值分别较校正前减少2.80、7.16、4.78 mm。（表2）

3 讨论

肺癌是世界范围内常见的恶性肿瘤之一，发病率和病死率在发达国家男性恶性肿瘤中居首位，多数患者在确诊时已处于疾病晚期，失去了手术治疗机会，因此放疗已成为晚期肺癌患者的首选治疗方法[3]。随着临床技术的飞速发展，传统二维放疗已逐渐被三维适形调强放疗取代，三维适形调强放疗可以提升靶区的照射剂量，同时降低正常组织的照射剂量，并改善患者的局部控制率和生存率。放疗计划的制定主要是根据治疗前的CT定位扫描图像，而此时的图像仅代表肿瘤一瞬间的位置，无法代表整个治疗过程中的肿瘤位置，因此误差无法避免[4-5]。目前临床上常见的误差分为3种：分次间的靶区变形与移位、分次内的摆位误差以及同一分次中的靶区运动[6]。为了使所有病变均可以包含在照射野范围，临床通过大样本病例研究给予肿瘤靶区一个较大的外放边界，这就造成了过多正常组织受到不必要的照射，因此放疗剂量的提升受到限制，即使靶区外扩范围足够大，但是放疗过程中靶体积改变和移位均会增加靶体积漏照的可能性[7]。近年来调强放疗技术取得了长足发展，根据靶区需要的照射剂量反向设计放疗计划，剂量曲线极为陡峭，特别是在周围有重要器官时，但是由于各种误差、器官变形以及运动造成肿瘤靶区与危险器官偏离照射野，会导致肿瘤靶区欠剂量照射及重要器官超剂量照射[8-9]。

放疗的目的是在减少对正常组织损伤的情况下尽可能地杀伤肿瘤细胞，但是机器和人为因素以及重复摆位等都会造成误差。一方面由于胸廓位置的呼吸运动幅度较大，心脏和大血管搏动极为明显，因此摆位过程中患者出现波动呼吸时会造成误差，部分患者由于进食和体形变化会导致固体膜对皮肤的挤压与牵引，容易造成患者不自觉旋转，导致与定位时的状态不一致[10]；另一方面由于不同操作人员和匹配方式等均会影响配准效果，部分患者由于精神紧张会出现定位过程中肌肉僵硬，无法有效配合[11]。此外，体重降低及胸部轮廓改变也会导致误差发生，尤其是放疗2～3周时生理水肿期的到来会造成患者进食困难，体重降低会导致肺癌患者胸部轮廓发生变化，影响摆位的精确度[12]。IGRT是将影像设备与放射治疗机相结合，获取患者治疗前与摆位后的影像学信息，将所获得的即时图像与原计划的图像相匹配，分析两者之间的差异，测量两组图像之间的摆位误差，予以在线校正，并引导本次治疗及后续治疗[13-14]。IGRT利用锥形束CT重量轻、体积小、架构开放的优势直接整合到医用直线加速器上，锥形束CT是通过采集患者周围不同角度的投射图像重建而成，在治疗过程中提供3个旋转和3个平移共6个自由度的摆位误差数据，获取患者的容积断层图像，利用变形匹配技术实时观察肿瘤及周围组织器官的形状变化，进行在线校正并确保精确度[15]。IGRT可以通过在线校正、离线校正和屏气与呼吸门控技术实现误差校正。在线校正是指在单次治疗过程中，患者摆位后采集X线或CT图像，通过与计划CT图像或计划CT图像生成的数字重建放射影像（digitally reconstructured radiograph，DRR）进行对比，确定摆位误差或射野位置误差后进行修正，然后再采集图像重复上述过程，直至误差在允许范围后实施照射。离线校正即自适应放疗，是使用图像数据、剂量以及其他信号作为反馈进而对治疗计划进行修正，在最初数次治疗过程中观察患者器官或剂量的变化，根据变化情况改进放疗计划。屏气可使受呼吸运动影响的靶区暂时停止运动，如果在吸气末屏气，可显著增大肺体积，减少肺受照体积。呼吸门控技术是指在治疗过程中，采用某种方法监测患者呼吸，在特定呼吸时相触发射线束照射。在线校正和自适应放疗技术可处理摆位误差和分次间的靶区移位；屏气技术可使靶区暂时停止运动；呼吸门控技术可保证射线照射时靶区只在一个小范围内运动。本研究结果显示，44例患者共获得845次IGRT数据，校正后x、y、z轴上的平均摆位误差分别为（-0.02±0.20）、（0.04±0.21）、（-0.01±0.11）cm，均低于校正前，差异均有统计学意义（P＞0.05）；校正后x、y、z轴上的MPTV值分别较校正前减少2.80、7.16、4.78 mm。本研究的优势在于证实了IGRT可以减小肺癌放疗中存在的摆位误差，对于临床提升放疗的精确性具有一定帮助，但本研究属于回顾性分析，未能开展随机对照研究，也未能对患者进行远期随访，对于IGRT技术在改善患者远期生存效果方面未能进行观察，因此还需要进一步开展多中心、大样本量的随机对照试验进一步深入分析论证。

表1 校正前后摆位误差的比较（±s）

表1 校正前后摆位误差的比较（±s）

时间校正前校正后t值x轴（cm）0.08±0.38-0.02±0.20 5.354 y轴（cm）0.44±0.73 0.04±0.21 12.224 z轴（cm）-0.26±0.33-0.01±0.11-19.167旋转x轴（°）0.19±2.10 0.10±1.48 1.024旋转y轴（°）0.11±2.24-0.09±2.21 1.811旋转z轴（°）0.51±1.41 0.44±1.10 1.120 P值 ＜0.05＜0.05＜0.05＞0.05＞0.05＞0.05

表2 校正前后的MPTV值（mm）

综上所述，IGRT可明显减小肺部恶性肿瘤患者放疗时的摆位误差，缩小MPTV，提高放疗的精确性。

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