肺癌放疗两种体位固定技术摆位误差比较

王佳琦，杨敬贤，于松茂，岳海振

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. 齐鲁医药学院 医学影像学院，山东 淄博 255300

引言

随着放射治疗技术、计算机技术、药学等学科的发展，使得肿瘤患者的精确放疗成为可能[1]，这也推动着放射治疗向“精确定位”“精确计划”“精确治疗”的“三精放疗”时代迈进[2]。特别是容积旋转调强放疗、立体定向放射外科、立体定向放射治疗、赛博刀等新技术的临床应用[3-5]，对于肿瘤的精确定位提出了更高的要求[6]。肺癌，特别是肺下叶肿瘤，运动度一般较大，为了实现精确治疗的目的，需要严格的控制肿瘤运动。腹部加压配合光学体表引导技术（Surface Guide Radiation Therapy，SGRT）完成4D-CT的扫描及治疗摆位和运动监控一种新型的方式。光学体表就是利用红外线在体表的投影引导追踪患者的呼吸运动和细微的体表变化，检测摆位误差，具有无辐射、可重复、精度高的特点。腹压板加压技术是利用朝向患者头部斜向上加压、固定躯干，选择合适的压力大小，最大可能地限制由于呼吸造成的肿瘤位置的移动。腹压板的重复性较好，故作为腹部加压的代表应用于胸部肿瘤放疗。研究表明，限制呼吸运动可以明显提高肺癌的放疗效果[7]。本研究通过对比肺癌患者单独使用真空垫固定和真空垫配合腹部加压固定两种的摆位误差，旨在为固定方式的优选使用提供参考。

1 材料与方法

1.1 病例选取

以方面抽样的方法选取2019年6月至2020年11月在北京大学肿瘤医院Varian公司Edge加速器（型号SN2747）行肺癌放疗的患者31例，均签署知情同意书。其中男23例、女8例，年龄49～84岁(中位数63.9岁)。根据不同体位固定方式分为两组，其中A组17例均仅使用蓝色真空垫固定，共获取了125次锥形束CT（Cone Beam CT，CBCT），B组14例采用蓝色真空垫结合比利时ORFIT腹压板加压固定，获取了122次CBCT。所有患者在西门子40排大孔径定位CT（SOMATOM）与Varian 治疗计划系统Eclipse（v15.5）上完成定位扫描和治疗计划制作，在Edge加速器放疗(使用六维碳纤维治疗床)并采用LAP三维激光定位系统进行摆位,并用Catalyst-HD 光学体表引导系统辅助摆位。患者采用仰卧位，头部先进的治疗方式，两种真空垫均用真空垫固定器[本中心自行设计的固定器（已申请专利），使得真空垫与固定床板有良好固定]固定于ORFIT碳纤维床板上，且每次摆位要求与定位CT持一致。

1.2 Catalyst HD 设置

将3个红外相机表面影像的增益参数设为 200%，时间为8000 μs，扫描范围为胸部，参考图像（Reference）和实时图像（Live）的平均计算时间为4 s，特殊患者针对其不同肤色进行个性化调整。为确保治疗精度，每天治疗前对 Catalyst HD 进行日检，日检需达标，当日系统偏差选择不补偿。

1.3 体位固定及 CT 定位

固定装置制作：首先将真空垫抽真空，A 组患者取自然舒适体位，仰卧于真空垫上(真空垫放气后平铺固定于碳纤维板上) ，双手交叉抱肩关节（左上右下），按照患者的体位固定成型； B 组患者采用相同的方式制作真空垫，区别在于A组患者直接仰卧在碳纤维固定板上，B组患者增加了腹压板限制了呼吸运动。CT 定位扫描：两组患者均采取与制作固定装置一致的体位，均在患者身体表面用皮肤记号笔标出激光灯的投影交点，通常用 “+”在患者的前面及左右面分别标记。在标记的中心点各贴1 个1 mm的铅标点后，采用4DCT的扫描方式，采集定位 CT 影像。将获取到的影像通过CCIP系统传输至 Eclipse 计划系统。

1.4 摆位流程与图像配准

摆位严格保持体固定装置制作及CT扫描时的姿势，以提高患者体位的重复性。摆位误差严格控制在旋转角度（Rtn、Pitch、Roll）小于 1.5°，线性误差（Lat、Vrt、Lng）小于 5 mm两组患者摆位后进行 CBCT 扫描，扫描条件为125 kV、 270 mAs。将上述两种CT图像按照骨性标志进行刚性配准，获取 3 个线性方向和 3 个旋转方向共 6 个方向的配准误差。配准误差取其绝对值（即不考虑方向）即为摆位误差。

1.5 数据统计

采用利用GraphPad Prism8.0进行数据处理和作图，计数方式以均数±标准差表示。对两组病例的六个方向摆位误差进行均值分析和方差齐性检验（F检验），方差齐（P＞0.05）行独立样本t检验，方差不齐（P＜0.05）行校正t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 摆位误差比较

对照组（A组）、实验组（B组）病例6个维度配准误差比较结果见表1。由表1可以看出，z、Rtn、Pitch、Roll方向方差不齐（P＜0.05），行校正t检验，x、y方向行独立样本t检验；B组摆位误差均值全部小于A组（x方向除外），y、z、Rtn、Pitch方向差异全部具有统计学意义（P＜0.05）。A、B两组病例六方向摆位误差箱图分析见图1。

表1 两组病例6个维度配准误差比较

图1 A、B两组病例六方向摆位误差箱图分析

2.2 误差分布情况

A、B2 组病例 CBCT 配准数据在x、y、z3 个平移方向和 Rtn、Pitch、Roll3个旋转方向的误差分布如图2～3所示。可以看出，B 组配准误差分布较为集中且向 0 靠近，A 组配准误差分布较为分散且出现多次误差较大（＞0.29 cm或＞1.5°）的情况。

图2 两组病例三个线性方向（x、y、z）配准误差分布

图3 两组病例三个旋转方向（Rtn、Pitch、Roll）配准误差分布

3 讨论

肿瘤放射治疗是一种多次重复摆位的治疗过程[8]，需要保持多次重复摆位的准确性，这就对靶区和危机器官的重复性要求很高。由于人体胸部解剖特点，如体积较大，有较大的生理运动等，故对胸部肿瘤患者的体位固定、重复摆位的难度较大[9]。

在放疗过程中，由于肝脏位置受呼吸运动影响较大（上下方向运动幅度达1～3 cm）[10]，导致右肺下叶的肿瘤会发生较大的位移。为确保精确放疗的实施，需要严格的控制肿瘤运动。目前常用的呼吸管理方式有限制呼吸运动的腹部加压、消除呼吸运动的主动呼吸控制（Active Breathing Control，ABC）和追踪呼吸运动的门控。由于ABC和呼吸门控相应设备价格昂贵，患者经济负担重，且治疗前需对患者进行相应的训练，操作复杂[11]。 Negoro等[12]用X线透视估计肺内肿瘤的运动情况。若肿瘤运动振幅＞5 mm，用腹部压块限制肿瘤运动，发现使用腹部压块可使肿瘤位移由 8～20 mm 缩小至2～11 mm[13]，可以明显降低运动造成的脱靶风险和邻近危及器官的辐射剂量。

腹部加压方式及腹压板的品牌型号有多种，在国内的各医疗单位的应用越来越普遍。徐庚等[14]、Chu等[15]曾对相关设备及原理做过较为深入介绍。本研究主要借助CBCT和光学体表辅助校准摆位误差[16]，于松茂等[17]也做过类似更细致的研究。本研究通过使用腹压板有效的限制呼吸幅度，减小了y方向上的位置变化。由于胸部皮肤组织的运动得到了进一步的控制，使得在x方向的误差也进一步减小。Rtn、Pitch旋转方向的误差也因患者与真空垫的位置得到了进一步固定，相较于单纯使用真空垫固定的方式真空垫加腹压板都有更小的摆位误差。

研究表明，SGRT用于辅助放疗摆位有较高精度和稳定性,对于肿瘤放疗摆位有一定指导意义[18]。本研究使用了Varian公司的Edge加速器进行实验，该加速器配备有六维床，结合Catalyst-HD SGRT可以在除了线性误差外还进行了旋转方向的误差分析。但是收集的数据有限，在旋转方向上的摆位误差，需要日后更多六维床摆位误差数据的支持。由于碳纤维材质的腹压板不能进入核磁定位室，因此对于需要核磁定位的患者不能使用腹压板固定。但通过本研究进一步证明了采用腹部加压的方式可以减小摆位误差，下一步可以对其他的腹部加压方式进一步研究。

综上所述，ICRU 24号报告指出，靶区照射剂量偏离5%就有可能使原发灶失控或并发症增加[19]。且当V20＞30%时发生放射性肺炎的可能性会迅速增大。因此使用腹部加压的办法限制呼吸运动是非常必要的。腹部加压方式不但可以降低摆位误差，并且可以有效减小IGTV呼吸肿瘤区的范围，更好的保护正常组织、增加靶区体积内的治疗剂量，提高肺癌放疗疗效有着良好的临床选用价值及广泛应用前景。