锥形束CT 联合六维床在直肠癌患者术前放疗中对靶区外放边界的影响

吴海龙，胡明宗（通信作者），付堂钊，黄强，陈代勇，黎源

宜宾市第二人民医院肿瘤中心 （四川 宜宾 644000）

直肠癌是严重危害人类健康与生命安全的常见恶性肿瘤，近年来的发病率有明显上升趋势[1]。术前同步放化疗已成为局部进展期直肠癌患者的标准治疗方案，能显著改善肿瘤的局部控制率，提高手术切除率和保肛率[2-3]。随着图像引导放射治疗技术的发展和锥形束CT（cone beam computed tomography，CBCT）及其图像配准软件的应用，放射治疗中的摆位误差已能被精确测量。利用CBCT进行图像引导放射治疗，可配准测量出六维方向的误差。然而，由于直线加速器治疗床大多数只能做三维方向上的线性运动，无法做到三维平移加三维旋转的六维误差校正。在精准放疗时，旋转误差不仅会引起治疗靶区及重要器官的剂量改变，还会影响平移误差对靶区及重要器官的剂量改变，造成靶区剂量不足、毗邻器官照射剂量的升高[4]。本研究对CBCT 联合六维床校正直肠癌患者术前放疗摆位误差的优势及有效性进行分析，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料：

选取2020 年10 月至2021 年7 月于我院行直肠癌术前放疗的患者30 例为研究对象，所有患者按随机数字表法分为试验组和对照组，每组15 例。试验组男11例，女4例；年龄43～66岁，平均（50.1±3.5）岁；对照组男9 例，女6 例；年龄42～67 岁，平均（50.6±3.1）岁；本研究经医院医学伦理会批准，患者均签署知情同意书。

纳入标准：行术前放化疗患者，且术前活检病理确诊；沟通正常，意识清楚，具有正常读写能力。排除标准：术前发现已出现远处转移；行动不便，依从性较差；有精神病史或认知功能障碍。

1.2 方法

所有患者均采用专用俯卧热塑体膜联合专用俯卧体架进行体位固定，且均采用瓦里安的EDGE 直线加速器行旋转容积调强放射治疗。

所有患者CT 定位前均排空大、小便，以东芝16排CT 机行带膜CT 定位，层厚为5 mm、电压为120 kV、电流为350 mAs，获取治疗计划的参考图像，并将CT 图像传输至RayStation 计划系统，由负责直肠癌放疗的1名副主任医师完成靶区和危及器官的勾画；物理师根据医师要求在RayStation 计划系统中完成计划设计，并由主任医师和物理师共同对放疗计划进行评估、审核、认定，计划审核通过后，在东芝LX-40A 模拟定位机上进行复位，并在热塑膜上标记放疗等中心。所有患者每周行2次治疗前机载CBCT 扫描，电压为100 kV，电流为150 mAs，有效剂量为0.32 cGy，CBCT Mode 为Pelvice，匹配模式为机器默认的骨匹配模式，并加以手动微调，从而获取摆位误差。试验组通过CBCT 扫描获得三维平移误差X（左右方向）、Y（头脚方向）、Z（腹背方向）和三维旋转误差Rx（仰卧旋转方向）、Ry（滚动旋转方向）、Rz（左右旋转方向），并利用六维治疗床校正六维方向上的误差，校正后再进行第2次CBCT 扫描，得到六维方向上校正后的残余误差。对照组通过CBCT 扫描获得六维方向上的误差，但只对三维平移方向（X、Y、Z）误差进行校正。校正后再进行第2次CBCT 扫描，得到校正后的残余误差。所有误差均由主管医生和治疗技师共同确认，并记录每一组误差值。

1.3 评估指标

对比两组校正前后摆位误差；采用公式MPTV=2.5Σ+0.7σ 计算试验组临床靶区（clinical target volume，CTV）到计划靶区（planning target volume，PTV）的靶区外放边界，Σ 表示平均值，σ 表示标准差，对比校正前后CTV-PTV 外放边界变化。

1.4 统计学处理

采用SPSS 20.0软件进行数据分析，所有误差值均取绝对值进行统计分析，计量资料呈正态分布，并采用±s 表示，比较采用配对t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 试验组校正前后摆位误差

试验组校正后在平移方向（X、Y、Z）与旋转方向（Rx、Ry、Rz）的差异均有统计学意义（P＜0.05），见表1。

表1 试验组校正前后摆位误差分析

2.2 对照组校正前后摆位误差

校正后，对照组在平移方向（X、Y、Z）的差异有统计学意义（P＜0.05），旋转方向误差与校正前差异无统计学意义（P>0.05），详见表2。

表2 对照组校正前后摆位误差分析

2.3 试验组和对照组校正后旋转方向残余误差的分布

试验组利用六维治疗床校正六维方向上的误差，对照组只对三维平移方向（X、Y、Z）误差进行校正，将两组校正后的三个旋转方向残余误差进行统计分析，3个旋转方向校正后残余误差值试 验组显著低于对照组，分布图见图1～3。

图1 两组Rx 方向校正后残余误差分布图

图2 两组Ry 方向校正后残余误差分布图

图3 两组Rz 方向校正后残余误差分布图

2.4 试验组CTV-PTV 外放边界变化

将试验组校正前后的CTV-PTV 靶区外放边界进行统计分析，靶区外放边界在X、Y、Z 方向校正后均变小，详见表3。

表3 试验组校正前后CTV-PTV 外放边界（cm）

3 讨论

直肠癌术前旋转容积调强放射治疗具有剂量梯度大的特点，尤其是在靶区边缘剂量跌落幅度较大，较小的摆位误差就会对剂量分布造成影响。欧阳水根等[5]研究表明，调强放疗摆位误差会使靶区累积剂量降低、均匀性变差；王占宇等[6]报道，摆位误差会使危及器官辐射剂量超出处方剂量限值，增加并发症的风险。ICRU24号报告[7]指出，剂量偏差5%有可能使肿瘤失控和/或正常组织并发症增加。因此，提高放疗精度，减小放疗时的摆位误差尤为重要。

随着影像技术的不断发展，放射治疗中的摆位误差已能被精确测量并在线校正，让精准放疗成为可能。其中，CBCT 图像引导是最为重要的一种成像技术，其通过CT 成像原理直接反映了肿瘤附近的解剖结构，具有图像质量高清、采集数据方便、患者吸收剂量较低、自动化匹配程度较高等优点，是目前放疗摆位与监测的首选方式[8-9]。利用CBCT虽可匹配测量出六维方向的误差，但在实际的临床中大多数治疗床只能对三维平移方向进行校正，对旋转方向无法校正。本研究结果显示，对照组在进行三维平移方向校正后，三维平移方向误差显著降低，但旋转方向（Rx、Ry、Rz）的残余误差与校正前误差对比，差异无统计学意义（P>0.05），提示行CBCT 联合三维治疗床校正后，多数患者只有平移误差得到有效校正，但残余旋转误差较大，这与Laursen 等[10]结果一致。有研究表明，旋转误差会影响线性误差，旋转误差可导致靶区偏移最大可达12 mm，当中心距离靶区边界越远的时候，旋转误差导致的靶区偏移越大[11]。Handey 等[12]研究显示，>2旋转误差会使靶区剂量发生3%～5%的变化。所以，在临床放疗中旋转误差应该引起足够的重视[13-14]。本研究结果显示，试验组通过六维床进行校正后，6个方向的摆位误差明显下降，提示将CBCT 与六维床联合校正摆位误差，不仅可精准的测量出六维方向误差，并可通过六维床对三维平移和旋转误差进行有效校正，提高治疗精度，改善患者的治疗增益比，与既往研究结果相符[15-16]。放疗计划设计时，CTV-PTV 外放边界决定着肿瘤局部控制率和正常组织受量，而摆位误差是影响CTVPTV 外放边界的重要因素。本研究中，试验组校正摆位误差后，将PTV 外放边界由校正前三维方向（X、Y、Z）的0.59 cm、1.24 cm、0.84 cm，降低至校正后的0.24 cm、0.24 cm、0.1 cm，说明利用CBCT 和六维床可有效地校正摆位误差，进而减小CTV-PTV 的外放边界[17]。

本研究仍存在以下不足：（1）研究收集样本量较少，结果存在一定偏移；（2）研究主要对患者校正前后的摆位误差数据进行统计分析，并未对患者的疗效和不良反应进行评估，患者的疗效和不良反应与摆位误差的相关性有待进一步研究；（3）对PTV 进行外放时，若旋转过大则需考虑旋转误差带来的影响，PTV 外放边界公式尚需进一步研究。

综上所述，CBCT 联合六维床可做到对三维平移和三维旋转的六维误差校正，显著提高放疗的精度，并经过六维床校正，可缩小PTV 外放边界，降低正常组织的受量，提高患者的治疗增益比。