锥形束CT图像引导对肺癌放疗摆位误差分析及CTV-PTV外放边界的研究

李怀永，马常英，强俊豪，鲁亚晶

（齐齐哈尔市第一医院放疗科 黑龙江 齐齐哈尔 161000）

肺癌是目前世界上发生率与死亡率最高的恶性肿瘤，放射治疗在肺部恶性肿瘤的治疗中也扮演着越来越重要的角色，并成为主要手段之一[1]。随着科技的发展，放疗技术已经从二维照射发展到适形度和精确度越来越高的三维适形放疗和调强放疗，从而达到更好的治疗效果[2-3]。目前肺部肿瘤的放射治疗已经进入精确放疗时代，但由于肺部肿瘤受呼吸运动的影响存在的位移，以及其周围的危及器官，尤其是正常肺组织的放疗耐受性较差等问题，精确治疗就显得尤为重要[4]。放疗成功与否的关键是摆位的重复性，其受到诸多因素的影响如患者的体位固定方式、设备的精度、放疗技师个人工作质量等[5]。考虑到器官的自主和不自主运动以及摆位和重复摆位的误差需要通过在临床靶体积（clinical target volume, CTV）的基础上外放一定的距离形成计划靶体积（planning target volume, PTV）[6]。鉴于体位固定技术的不同，PTV外扩标准尚未统一，该研究通过千伏锥形束CT（cone-beam CT, CBCT）扫描肺癌患者治疗期间的摆位误差，计算适合我科的CTV-PTV外扩边界，为临床提供数据参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料

2019年1—12月在我院全程进行图像引导放射治疗的63例肺癌患者，其中女性21例，男性42例，平均年龄58岁（20～74岁）。所有患者KPS评分均大于等于70。

1.2 体位固定及CT扫描

采用一体板和头颈肩热塑膜固定患者身体，63例患者均采用仰卧位，选择合适头枕，双臂自然伸直放在身体两侧。使用德国Siemens公司的85 cm孔径16排螺旋CT扫描，扫描范围自环甲膜至膈肌下缘，层距为5 mm。重建后传至Eclipse治疗计划系统，医生进行肿瘤区、CTV、PTV及脊髓、全肺、心脏等正常组织的勾画。物理师设计治疗计划。

1.3 CBCT图像获取及匹配

63例患者应用Varian Trilogy直线加速器的OBI机载影像系统进行CBCT常规在线校位验证，共扫描474次。将OBI获取的CBCT图像和定位CT图片通过自动加手动的方式进行灰度图像配准分析，记录X（左右）、Y（头脚）、Z（背腹）三个方向上的摆位误差数值。

1.4 摆位误差得数据分析及外扩边界（MPTV）计算

根据X、Y、Z三个方向的摆位误差，计算绝对误差的平均值和标准差。按照Van-Herk[7-8]等提出的计算公式MPTV=2.5∑总+0.7σ总计算MPTV，保证至少90%患者获得95%的处方剂量，其中∑为系统摆位误差（systematic error），定义为所有患者各病例平均误差的标准差，σ为随机摆位误差（random error），由所有患者标准差的均方根表示。

1.5 统计学处理

应用SPSS 25.0统计学软件进行数据处理，所有误差均取绝对值，数据以均值±标准差（）表示，应用OriginPro 8软件进行作图。

2 结果

2.1 摆位误差分析

对63例肺癌患者每周CBCT扫描校准过程中产生的474组三维方向的摆位数据进行统计分析，三个方向上的摆位误差均呈正态分布（见图1），摆位误差发生率如表1所示。

图1 63例肺癌患者474次摆位数据误差分析

表1 63例肺癌患者摆位误差发生率（%）

摆位误差分析及PTV外扩边界数据进行统计分析，得到X左右、Y头脚、Z背腹3个方向的误差分别为（2.0570±1.5562）mm、（2.1709±1.6432）mm、（1.8291±1.3726）mm。根据摆位误差及Van Herk等提出来的公式（MPTV=2.5∑总+0.7σ总）,本组患者CTV外扩至PTV的边界在左右，头脚和背腹方向分别为2.8612 mm，3.2930 mm，2.9881 mm，见表 2。

表2 肺癌患者摆位误差及外扩边界（mm）

3 讨论

病人要获得高质量的治疗，离不开高质量的仪器设备，然而治疗的最后亦是最关键的一步就是治疗实施。由于肿瘤的种类、形态和位置各异，减小摆位误差，射线才能准确、有效地照射到肿瘤所在部位，同时减少副作用[9]。调强放射治疗开展的初期，验证主要靠治疗加速器自身携带的EPID，因此提示靶区外放5 mm产生的PTV相对安全，但是随着千兆级锥形束CT出现，与EPID相比，其准确性更多，因此CBCT替代了EPID[10]，大多数单位采用其研究摆位误差。实际临床工作中，放射治疗治疗技师执行摆位操作的专业水平[11]、体内器官组织的非自主运动、患者的配合程度等因素，形成随机误差σ，此外，CT定位机和直线加速器等设备的质量控制、图像传输和计划设计等环节的误差会对CBCT扫描的图像配准结果产生间接影响，导致形成系统误差∑[12]。本研究63例患者摆位误差分析得到X左右、Y头脚、Z背腹三个方向的误差分别为（2.0570±1.5562）mm、（2.1709±1.6432）mm、（1.8291±1.3726）mm，与戚涛等人[13]和张骥等人[14]的研究结果一致，并且成正态分布，可能由于摆位误差的重复性较好，所以计算得到的MPTV更小分别为2.8612 mm，3.2930 mm，2.9881 mm。头脚方向的摆位误差较大，主要考虑与患者胸部的呼吸运动有关[15]。虽然在保证至少90%患者获得95%的处方剂量计算得到各个方向的MPTV近似于3 mm，但是大于3 mm摆位误差的发生率在X左右、Y头脚、Z背腹三个方向分别为20.67%，24.47%和12.87%，所以计算得到的外放边界，尤其是头脚方向，目前是无法满足精确放疗技术的要求，特别是立体定向的要求。立体定向放疗技术中的外放边界需要根据摆位技术等因素来确定，必须在影像引导技术下实施，并对摆位误差进行适当的纠正[16]。随着放射治疗技术的发展，对于放疗精确度的要求也越来越严格，我们除了提高治疗师摆位的技术水平，也需要通过提高体位固定技术和CBCT扫描的配合使用全方面减少治疗过程中的摆位误差，提高患者的生命质量。