真空垫制作方式对肺癌立体定向放疗摆位精度影响研究

于松茂，孟繁里，康加阜，李俊禹，刘巍巍，卢子红，杨敬贤*

（1.北京大学肿瘤医院暨北京市肿瘤防治研究所放疗科，恶性肿瘤发病机制及转化研究教育部重点实验室，北京 100142；2.北京和睦家医院启望肿瘤中心，北京 100011）

0 引言

目前，精确放疗已成为现代肺部肿瘤放疗的主要手段，尤其是立体定向放疗（stereotactic body radiotherapy，SBRT）技术[1]，其对摆位精度要求较高。实施SBRT时需保持患者治疗体位与计划CT参考体位高度一致，而影响SBRT精确性的关键因素是精准的重复摆位[2]。有文献表明，放疗患者真空垫固定方式相对于传统热塑膜方式具有较高的摆位精度[3-4]。患者真空垫固定方式在治疗摆位时，如不借助光学体表引导放疗[5-6]等设备，则须参考体表标记线，而真空垫不同的制作方法则会影响画线方法。本文研究真空垫一高一低和双侧等高2种制作方式对肺癌SBRT患者的摆位精度影响，旨在寻找合理的真空垫使用方法，为临床肿瘤治疗提供参考。

1 资料与方法

1.1 病例选取

选取2017年10月至2018年12月行胸部SBRT的肿瘤患者20例，其中男12例、女8例，年龄29～78岁，中位年龄66岁。入组标准：体质量指数（body mass index，BMI）<25 kg/m2，行动方便，依从性较好。所选病例根据真空垫制作方式不同分为2组，其中A组（10例）采用一高一低制作方式，治疗前3次行锥形束CT（cone beam CT，CBCT）扫描并进行图像配准，之后每周做1次CBCT扫描，共获取60次CBCT数据；B组（10例）采用双侧等高制作方式，同样选取60次CBCT数据。

1.2 治疗前准备

所有病例在西门子大孔径CT（SOMATOM）上完成真空垫的制作和定位扫描，患者胸部分别画有3个十字线（前部1个，左右两侧各1个），其中A组真空垫高的一侧画于真空垫表面，低的一侧画于体表并延长至真空垫，胸前部十字线画于患者皮肤表面；B组两侧十字线画于真空垫表面，胸前部十字线画于患者皮肤表面。在Varian公司Eclipse（版本号13.6）上制订治疗计划，采用Edge加速器治疗（配备六维碳纤维治疗床），并利用LAP三维激光定位系统摆位；定位材料选用丹麦VAC FIX真空垫配合自制真空垫固定器（已申请专利）。所有患者采用仰卧位姿势，双手上举放额头体位。

1.3 医学图像配准

治疗中，物理师、治疗师和主管医师需全程参与。所有患者每次治疗前借助激光灯根据体表CT定位十字线摆位，之后根据计划中的X、Y、Z方向的偏差移床至等中心。摆位完成后行CBCT扫描，将CBCT图像与CT定位图像进行基于互信息的三维图像配准，获取3个平移方向（X、Y、Z）和3个旋转方向（Rtn、Pitch、Roll）共6个维度的配准误差。配准的原则和方法由物理师、治疗师和主管医师三者共同商定，具体步骤：首先进行靶区所在层面骨性标志（椎体）的自动配准，其次观察内在肿瘤区（internal gross tumor volume，IGTV）和计划靶区（planning target volume，PTV）范围，然后核查体表轮廓偏差和射线穿射路径上的组织器官的位置变化并手动微调（不达标则重新摆位，若重新摆位则此次CBCT数据不做统计），最后统计配准误差。

1.4 数据处理

本文利用GraphPad Prism 7.0进行数据处理和作图，对2组病例6个维度的配准误差进行均值分析和Kolmogorov-Smirnova正态性检验，对服从正态分布（P>0.1）的数据行配对样本t检验，不符合者（P<0.1）行相关样本非参数检验；对超限误差（out of tolerance）超过3 mm或1.5°的数据行卡方检验（χ2）和配对样本t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 2种真空垫制作方式6个维度配准误差比较

A、B 2组病例各获取了60次CBCT数据，2种制作方式配准误差分析见表1。2组病例除X方向和B组Roll方向外，均不服从正态分布，X、Z、Rtn、Roll方向差异均具有统计学意义（P＜0.05）。2组病例6个维度配准误差箱图分析如图1所示（非奇异值区间范围：5%～95%）。

表1 2种真空垫制作方式6个维度配准误差比较结果

2.2 2组误差超限分析

2组6个维度各获取了360个数据，对误差超过3 mm或1.5°的数据进行分析，卡方检验结果见表2，各方向超限频次总和差异有统计学意义。

图1 A、B 2组病例6个维度配准误差箱图分析

3 讨论

摆位误差[7]是指患者治疗时的位置与计划时的位置之间的差别。误差的大小直接影响放疗计划实施的准确性，因此任何放疗患者的固定方式都必须以减少误差、提高分次治疗的重复性为原则[8]。SBRT是高精度的治疗，具有单次剂量大、射野小等特点。图像引导放疗（image-guided radiation therapy，IGRT）技术能较直接地观察治疗靶区是否位于PTV内，为精确治疗提供支持[9]。SBRT对于患者位置的重复性要求高，而IGRT配合六维床的使用在一定程度上会满足这些要求，但是基于六维床的移动只能修正较小误差。依据有关文献的报道[10-11]，放射治疗疗程中，摆位误差达到3 mm疗效会下降3.3%，达到5 mm疗效会下降18.4%。我中心通过研究旋转角度与线性误差相关性得出，对于胸部肿瘤，旋转超过1.5°等同于平移5 mm的误差。因此，在SBRT治疗中，首先要确保3个旋转角度的摆位误差控制在1.5°以内，然后行CBCT扫描，并根据配准误差进行修正。体位固定技术是保证放疗精确度的关键因素，特别是胸腹部肿瘤患者，其体位受多因素的影响，选择合适的固定技术显得尤为重要[12-13]。国内研究结果显示，热塑体膜固定和真空垫固定能有效提高盆腔部和腹部肿瘤患者在治疗过程中的摆位精确度[14-16]。在不借助光学体表引导放疗设备（如Catalyst、Vision RT等）的情况下，本文对单纯使用真空垫固定下2种制作方式的配准误差进行比较，为使用真空垫的同行提供制作参考。

表2 A、B 2组病例6个维度配准误差超过3 mm或1.5°数据分析

本研究结果表明，真空垫一高一低制作方式较双侧等高有效减小了摆位误差，在X、Z、Rtn、Roll方向差异有统计学意义（P＜0.05）。我中心选用的真空垫密封效果佳，但较宽、较长，使得双侧等高组的真空垫垂直高度超过患者体中线。不同制作方式决定了标记线的不同勾画方式：A组患者CT定位时所描画的定位升降线一侧在患者体表，一侧在真空垫表面，有效减小了患者X和Roll方向的误差；A组低的一侧CT定位时所描画的定位进出线同时画于体表和真空垫，有效减小了Z方向误差。通过图1可以看出，2组病例在各方向都有奇异值，说明不管真空垫采用何种制作方式，定位均有不完美之处。2组误差数据分布分析中，同样是在上述4个方向有统计学意义（P＜0.05）。A组的误差率为9.7%，B组为26.4%。与B组相比，A组虽有优势，但误差率仍较高，这与真空垫变形、患者体表标记线粗细、患者呼吸动度等有关[17]。不同厂家的真空垫材料和规格存在较大差异，在选择时一定要根据患者的体型等进行合理选择[18]。

综上所述，真空垫一高一低制作方式优于双侧等高制作方式，可有效提高重复性，有较好的应用价值。为更好地实现超精准放疗技术，下一步将继续努力研究分析其他不同材料、不同尺寸真空垫的使用方法和固定精度以及相关放疗定位、摆位技术。