锥形束CT图像引导在盆腔肿瘤患者调强放射治疗中位置误差测定的应用分析

2020-12-30袁晓倩胡轶雯

中国医学装备 2020年12期

俞雅许青* 韩序任珺袁晓倩胡轶雯

随着现代放射治疗技术不断发展，调强放射治疗(intensity modulated radiation therapy，IMRT)已经成为盆腔肿瘤的主要治疗方式之一。盆腔肿瘤周围有小肠、膀胱及直肠等空腔脏器，肠道的蠕动及膀胱、直肠的充盈程度不同等影响放射治疗摆位的重复性，增加了治疗中摆位误差[1-3]。精确的摆位是准确执行IMRT计划的关键所在，可对治疗效果产生重要影响[4-5]。Edge加速器使用千伏级X射线管和X射线平板接收器的拍摄系统，进行患者影像采集，进行治疗位置图像和计划设计图像的实时骨性结构校准匹配，实现对盆腔肿瘤进行大剂量高能照射，又能够对周边正常组织器官实现更好的保护[6-7]。锥形束CT(cone beam computed tomography，CBCT)图像引导技术可以在线校准盆腔肿瘤患者的位置误差，测定治疗过程中的靶区位置移动，计算出临床靶区(clinical target volume，CTV)外扩至计划靶区(planning target volume，PTV)的边界范围，为PTV外放边界提供参考依据，从而提高IMRT的治疗精准性。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选取2019年7月至2020年2月在复旦大学附属肿瘤医院放射治疗科接受加速器治疗的27例盆腔肿瘤患者，其中男性12例，女性15例；年龄48～73岁，平均年龄(56.0±8.02)岁；其中直肠癌患者26例，肛管癌患者1例。照射剂量5 000 cGy，分割次数25次，PTV为142.90～1 733.8 cm3(中位值589.11 cm3)。本研究经复旦大学附属肿瘤医院伦理委员会批准，已取得患者的知情同意并签署知情同意书。

1.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准：①所有入组患者卡氏评分均＞85分，无腹水；②肝肾功能正常，凝血功能正常；③肿瘤数量≤3个，最大直径6 cm。

(2)排除标准：①严重的无法纠正的凝血功能障，有出血倾向者；②不能控制的严重感染者；③出现广泛转移的患者。

1.3 仪器设备

采用Brilliance Big Bore CT 85 cm大孔径40排螺旋CT(荷兰PHILIPS公司)；Edgesn2731型加速器(美国瓦里安公司)。

1.4 CT定位、靶区勾画及计划设计

27例盆腔肿瘤患者均采用B枕+脚垫固定，采用40排螺旋CT扫描，其中管电压120 kV、管电流250～400 mA、层厚为3～5 mm，无层间距，螺旋扫描。医生进行肿瘤靶区和正常组织器官的勾画，物理师进行计划方案设计，并在CT定位机进行验证。

1.5 CBCT图像获取及骨性结构匹配

盆腔肿瘤患者每周在放射治疗校准前、误差校准后进行CBCT图像扫描，每例患者整个疗程中各行5次。Edge加速器使用千伏级CBCT扫描患者治疗部位，以靶区作为参考标准，将采集的千伏级CBCT影像和参考CT影像进行自动匹配，匹配方式选骨(bone)匹配，再结合手动微调，获得患者上下平移(Vertical，Vrt)、头脚平移(Longitudinal，Lng)及左右平移(Lateral，Lat)3个方向上的线性误差以及俯仰角(Pitch)、翻滚角(Roll)及偏转角(Rotation，Rtn)3个方向上的旋转误差。每例患者利用六维治疗床进行位置校准后，再次行CBCT扫描验证校正后位置误差。盆腔肿瘤在行CBCT扫描参数为125 kV和1 080 mAs。

1.6 图像数据获取

所有患者CBCT图像扫描位置误差包括患者上下平移、头脚平移和左右平移3个方向的线性误差，以及俯仰角、翻滚角和偏转角3个方向的角度误差。应用SPSS18.0软件处理患者放射治疗校准前、误差校准后的位置误差值，得出线性误差总体的均数(Σ)和标准差(σ)。根据van Herk[8]提出的临床靶区CTVPTV外放公式MPTV(外放)＝2.5Σ＋0.7σ计算所需的PTV外扩值，其中∑为群体系统误差，σ为群体随机误差。

1.7 统计学方法

采用SPSS18.0软件对所有数据进行统计分析，群体系统误差(∑)采用所有个体系统误差的标准差表示，个体系统误差以摆位误差的平均值表示；群体随机误差(σ)为所有个体随机误差平方均值的平方根表示，个体随机误差以摆位误差均值±标准差()表示，两独立样本t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 整体线性及旋转位置误差

27例盆腔肿瘤患者共行270次CBCT扫描，获得放射治疗校准前、误差校准后位置误差数据。在上下平移、头脚平移和左右平移的3个方向线性误差，以及俯仰角(Pitch)、翻滚角(Roll)和偏转角(Rtn)的3个方向旋转误差上，患者放射治疗校准前的位置误差为(0.94±2.15)mm、(0.66±2.33)mm和(1.03±3.59)mm，以及(0.31±1.3)°、(0.17±0.84)°和(-0.13±0.71)°；误差校准后的位置线性误差分别为(0.23±0.23)mm、(0.33±0.59)mm和(0.06±1.43)mm，旋转误差分别为(0.06±0.23)°、(0.07±0.21)°和(0.08±0.30)°。分析结果显示，在线性误差和旋转误差上，盆腔肿瘤患者放射治疗校准前、误差校准后比较，差异有统计学意义(t线性误差=8.372，t=3.660，t=6.250；t旋转误差=4.879，t=3.171，t=-7.703；P＜0.05)。线性误差是左右平移方向位置误差最大，最大值为7.7mm，旋转误差是俯仰角(Pitch)方向最明显，最大角度为3.3°，见表1。

表1 27例盆腔肿瘤患者270次锥形束CT位置误差比较()

2.2 个体线性位置误差

27例盆腔肿瘤患者，每周在放射治疗校准前、误差校准后获取CBCT配准图像数据，整个放射治疗过程中各行5次。每例盆腔肿瘤患者放射治疗校准前CBCT配准图像的位置误差比较发现，左右平移最大，为2.90±6.46，头脚平移次之，为2.70±2.45，上下平移最小，为2.60±1.02。

2.3 PTV外放边界值

根据27例盆腔肿瘤患者上下平移、头脚平移和左右平移的3个方向的线性位置误差结果，计算出群体系统误差、群体随机误差，根据MPTV=2.5∑+0.7σ扩边公式计算出PTV外放范围。临床靶区PTV外放上下平移为3.40 mm，头脚平移为3.89 mm，左右平移为5.75 mm。CBCT图像获取及骨性结构匹配见图1。

图1 盆腔肿瘤患者不同位置的CBCT图像获取及骨性结构匹配

3 讨论

为了提高放射治疗的精确性，有效减少周围正常组织的损伤，CBCT影像引导技术越来越广泛应用于调强放射治疗。郑祖安等[9]基于影像引导验证的体部放射治疗的靶区位置进行研究，发现作为体部放射治疗主流的体位固定技术，负压真空袋塑型放射治疗体位固定技术，提高了靶区位置精度，但仍有部分患者影像引导后需行位置校正。位置校正率由高到低依次为腹盆腔肿瘤、胸部和上腹部肿瘤及四肢肿瘤。付秀根等[10]通过分析治疗前、治疗后CBCT扫描的摆位误差，来评价光学表面监测系统在胸部肿瘤调强放射治疗的摆位精度及其应用价值。CBCT不仅可以比较不同体位固定装置效果、评价光学表面监测系统的应用价值，还能够分析不同治疗部位的肿瘤患者放射治疗校准前、误差校准后及分次间期摆位误差的变化规律，指导肿瘤靶区PTV外扩边界大小，为实施精确放射治疗提供重要参考依据。

李奕彤等[11]发现，宫颈癌放射治疗中，肿瘤变化、位置的移动与生理运动等因素的影响，使靶区实际受照剂量与初始计划存在差异，部分靶区漏照，在图像下漏照体积会减少，表明在盆腔肿瘤调强放射治疗进行CBCT图像引导的必要性。刘冉生等[12]选取20例宫颈癌调强放射治疗患者，利用俯卧体架和热塑体膜进行体位固定，初次治疗前对患者行CBCT扫描，治疗过程当中每周行1次CBCT扫描，获取患者左右、头脚及腹背3个方向上的摆位误差与校正后3个方向的误差均有差异，表明CBCT扫描有利于对摆位误差的原因进行分析，并采取有效措施减少误差，以保证实施准确的处方剂量，减少辐射损伤周围的正常组织器官。何月岚等[13]观察24例宫颈癌患者首次摆位后、纠正摆位误差后以及治疗后的CBCT图像，1次/周，分析获得的左右方向、头脚方向及腹背方向的误差偏移情况，计算误差值下器官剂量及靶区分布，比较摆位误差对器官剂量与靶区的影响，发现纠正后的左右方向、头脚方向及腹背方向的摆位误差与首次摆位后各方向的摆位误差比较，均存在明显的差异。经治疗后，在左右方向、头脚方向及腹背方向上，摆位误差与纠正后的各方向摆位误差比较，差异均无统计学意义。由摆位误差导致的宫颈癌原发肿瘤平均剂量变化范围为-2.56%～3.57%。宫颈癌的摆位误差会导致器官剂量及靶区的变化，调强放射治疗宫颈癌中，应该在CBCT图像引导下可以纠正位置误差，提高放射治疗精度，这与本研究中整体线性及旋转位置误差部分结论相吻合。

国际辐射单位与测量委员会(International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU)62号报告给出靶区勾画时，CTV到PTV外扩时应考虑内扩边界(internal margin，IM)和摆位边界(setup margin，SM)。本研究通过观察27例盆腔肿瘤患者CBCT图像的线性误差和旋转误差，发现左右方向平移位误差最大，头脚高低方向旋转误差最明显，并建议盆腔肿瘤患者的PTV外放边界值：上下平移3.40 mm，头脚平移3.89 mm，左右平移5.75 mm。杜傲宇等[14]选取40例盆腔部肿瘤患者，用电子射野影像装置EPID拍摄验证片，将验证片和PTV影像图进行误差比较。发现电子射野影像装置EPID和CBCT图像引导一样，可以进行盆腔部肿瘤患者位置误差校准和临床靶区PTV外放边界计算。宋伟男等[15]使用CBCT实时在线校正直肠癌IMRT的摆位误差，确定直肠癌患者放射治疗计划外扩边界的范围，可以使用千伏级CBCT在线校正可减小直肠癌患者摆位误差，并利用摆位误差估算放射治疗摆位外扩边界值，与本研究的线性位置误差和外扩边界值相近。本研究平移误差是左右平移方向位置误差最大，而上述作者认为头脚平移方向位置误差最大，考虑可能是患者体位固定方式不同导致，需要进一步研究。