IGRT技術在肺癌SBRT治療靶區位置誤差測定中的應用

王昌民， 胡偉剛， 彭佳元， 蔡旭偉， 傅小龍，許 青*

1.復旦大學附屬腫瘤醫院放療科，復旦大學上海醫學院腫瘤學系，上海 200032 2.上海交通大學附屬胸科醫院放療科，上海 200030

技術與方法

IGRT技術在肺癌SBRT治療靶區位置誤差測定中的應用

王昌民1， 胡偉剛1， 彭佳元1， 蔡旭偉2， 傅小龍2，許 青1*

1.復旦大學附屬腫瘤醫院放療科，復旦大學上海醫學院腫瘤學系，上海 200032 2.上海交通大學附屬胸科醫院放療科，上海 200030

目的：探討圖像引導放射治療(image guided radiation therapy，IGRT)技術在測定并校正肺部惡性腫瘤體部立體定向放射治療(stereotactic body radiation therapy,SBRT)過程中靶區位置誤差的意義。方法：選擇復旦大學附屬腫瘤醫院收治的14例肺部惡性腫瘤并接受SBRT的患者。每次治療前后均進行千伏級錐形束CT (kV-CBCT)掃描，與計劃CT圖像進行在線配準，校正誤差后進行治療。治療后再次進行CBCT掃描并配準。分別記錄治療前后靶區位置誤差。根據臨床靶區(CTV)-計劃靶區(PTV)外放公式MPTV(外放)=2.5Σ+0.7σ計算PTV外擴大小。結果：治療前靶區位置左右、頭腳、腹背方向誤差最大值分別為10.0 mm、16.9 mm、8.7 mm，誤差平均值分別為(2.4±2.8) mm、(3.4±4.6) mm、(2.9±3.4) mm。在線校正并治療后，靶區位置左右、頭腳、腹背方向的誤差最大值分別為7.6 mm、4.6 mm、7.0 mm，誤差平均值分別為(2.1±2.0) mm、(1.5±1.6) mm、(1.7±2.0) mm。無圖像引導PTV外擴大小為左右7.96 mm、頭腳11.72 mm、腹背9.63 mm，有圖像引導并在線校正PTV外擴大小為左右6.65 mm、頭腳4.87 mm、腹背5.65 mm。結論：IGRT技術可即時校正SBRT治療前由擺位引起的靶區位置誤差，并測定治療過程中的靶區位置移動，能提高治療精度，并有助于PTV外擴的制定。

圖像引導放射治療；體部立體定向放射治療；誤差；計劃靶區

在男性癌癥患者中，肺癌的發病率和死亡率最高；在女性癌癥患者中，肺癌發病率占第4位、死亡率占第2位。在所有癌癥患者中，肺癌發病率和死亡率分別占13%和18%[1]。大多肺癌患者因為其他疾病或身體狀況較差，圍手術期發生并發癥的風險較大，腫瘤標準切除后長期功能障礙發生率較高，這類患者不能進行手術切除[2]。對于大多數無法接受手術或不愿接受手術治療的患者，放射治療是重要的局部治療手段[3]。體部立體定向放射治療(stereotactic body radiation therapy,SBRT)因可以縮短放療療程、提高放療生物學效應，目前正被越來越廣泛地應用于臨床[4]。腫瘤放射治療中，不論是根治還是姑息放療，在給予腫瘤區域足夠治療劑量的同時，應盡量減少周圍正常組織和器官受到的照射劑量，以提高腫瘤的局部控制率，并減少正常組織的放射并發癥。SBRT能對體部腫瘤進行精確放射治療，具有大分割、短療程、單次治療劑量大的特點[5]。

SBRT的治療精度較高，但是擺位誤差和治療過程中的體位移動仍難以避免。圖像引導放療(image guided radiation therapy，IGRT)技術將放射治療機和成像設備結合，在治療過程中采集有關的圖像信息，確定治療靶區和主要器官的位置、運動，并在需要時進行位置和劑量分布的校正，以減少放療靶區擺位誤差[6]；而且有助于分析治療過程中靶區位置的移動趨勢，為計劃靶區(PTV)外擴大小的制定提供參考，從而提高SBRT的治療精度，并更好地保護周圍正常組織[7]。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選擇復旦大學附屬腫瘤醫院放療科2014年1月至7月收治的經病理學確診的肺部原發惡性腫瘤患者14例。14例患者因其他疾病不能手術或不愿接受手術治療，而在我院接受SBRT。其中，男性10例，女性4例；年齡36～85歲，平均年齡(66.7±12.2)歲；放療次數為4～6次。

1.2 CT模擬定位和計劃設計 患者在平靜呼吸狀態下采用荷蘭Philips CT模擬機(85 cm孔徑模擬CT)進行掃描定位，電壓120 kV、準直0.75 mm、螺距 0.982、層厚3 mm、間隔3 mm、視野(FOV)500 mm，矩陣512×512。將獲得的定位CT圖像上傳至pinnacle放療計劃系統，用于治療計劃的制定，同時上傳至X線容積成像(X-ray volume imaging，XVI)系統用于圖像配準。

1.3 體位固定和擺位 所有患者均采用定制的真空體膜固定，仰臥位，雙手抱肘置于額前。每次治療由一名醫師和兩名技術員共同完成，由兩名技術員在患者平靜呼吸狀態下進行同中心擺位，在醫師指導下采用非共面調強適形放療技術進行治療。

1.4 圖像獲取及校對 采用瑞典Elekta公司Synergy 1372醫用直線加速器(配備有KV-CBCT和XVI)，在治療過程中實時獲取靶區和重要器官的圖像數據，并在線校正誤差，實現基于KV-CBCT的IGRT。本研究中每次擺位完成后采用360°標準旋轉模式進行CBCT掃描，利用XVI系統獲取數據，并分析、重建，獲得橫斷面、矢狀面及冠狀面CT圖像；用軟件自帶的自動配準功能，采用灰度配準方式進行配準比對，獲取治療前靶區位置誤差數據，進行移床校正(因加速器未帶旋轉軸向調整功能，故不能調整旋轉誤差)，然后進行治療。治療結束后再進行CBCT掃描，獲取治療后的靶區位置誤差。

1.5 數據分析 所有患者共進行了120次CBCT掃描，獲得120組數據。誤差數據包括沿左右、頭腳、腹背3個方向的平移誤差和繞3個軸線的旋轉角度誤差，因本研究中設備不具備校正旋轉角度誤差的功能，故主要研究平移方向誤差。采集并計算每次治療中每例患者的治療前和治療后左右、頭腳、腹背3個方向的靶區位置平移誤差，得出平移誤差總體的均數(Σ)和標準差(σ)，根據van Herk[8]提出的臨床靶區(CTV)-計劃靶區(PTV)外放公式MPTV(外放)=2.5Σ+0.7σ計算所需的PTV外擴值。

2 結 果

2.1 典型病例每次治療誤差分析 示例病例每次治療前靶區位置左右、頭腳、腹背方向的誤差平均值分別為(2.6±1.9)mm、(6.3±1.0)mm、(1.5±2.1)mm，可見頭腳方向誤差較大(圖1)；頭腳方向誤差均發生在向頭方向。治療后靶區位置左右、頭腳、腹背方向的誤差平均值分別為(1.0±1.4)mm、(2.3±0.1)mm、(2.0±0.8)mm(圖2)，較治療前誤差小。

圖1 示例病例治療前靶區位置誤差

圖2 示例病例治療后靶區位置誤差

2.2 在線配比示例 每次治療前和治療后進行CBCT掃描后，將獲取的冠狀面、矢狀面、橫斷面圖像與CT上傳的模擬圖像進行自動配比，得出靶區位置誤差。CBCT掃描所獲取的圖像與參考圖像的匹配較好，誤差小(圖3)。靶區誤差較大的比對示例見圖4，該例頭腳方向誤差值較大(8.4 mm)，對靶區劑量分布影響較大。

圖3 靶區誤差較小的配比示例A：左右方向；B：頭腳方向；C：腹背方向；D: 配準范圍

圖4 靶區誤差較大的配比示例A：左右方向；B：頭腳方向；C：腹背方向；D: 配準范圍

2.3 所有病例治療前靶區位置誤差分析 對獲得的所有病例的治療前靶區位置誤差進行分析，發現治療前靶區位置左右、頭腳、腹背方向誤差最大值分別為10.0 mm、16.9 mm、8.7 mm，頭腳方向較其他兩個方向靶區位置誤差大；左右、頭腳、腹背方向誤差平均值分別為(2.4±2.8)mm、(3.4±4.6)mm、(2.9±3.4)mm。治療前靶區位置誤差分布見圖5，基本呈正態分布(圖6)。

圖5 所有病例治療前靶區位置誤差分布

圖6 所有病例治療前靶區位置誤差離散度分布

2.4 所有病例治療后靶區位置誤差分析 對獲得的所有患者的治療后靶區位置誤差數據進行分析，左右、頭腳、腹背方向誤差最大值分別為7.6 mm、4.6 mm、7.0 mm，左右方向誤差較其他兩個方向大；左右、頭腳、腹背方向誤差平均值分別為(2.1±2.0)mm、(1.5±1.6)mm、(1.7±2.0)mm。另外發現有2例患者治療后部分誤差值仍較大。治療后靶區位置誤差分布見圖7～圖8。治療后靶區位置誤差明顯小于治療前。治療后靶區位置誤差離散度分布見圖8，基本呈正態分布。

圖7 所有病例治療后靶區位置誤差分布

2.5 PTV外擴大小的計算 對獲得的所有患者的治療前和治療后誤差分別進行分析。由治療前靶區位置誤差計算得出，不使用CBCT校正(無圖像引導)放療所需要的PTV外擴大小為左右7.96 mm、頭腳11.72 mm、腹背9.63 mm。由治療后靶區位置誤差計算得出，使用CBCT校正(有圖像引導)后再治療所需要的PTV外擴大小為左右6.65 mm、頭腳4.87 mm、腹背5.65 mm。

圖8 所有病例治療后靶區位置誤差離散度分布

3 討 論

SBRT是高度精確的放射治療，單次治療劑量大，但是擺位重復性差，治療過程中患者身體易移動，且受呼吸運動的影響。IGRT技術能較直接地觀察治療靶區是否位于PTV內，為精確治療提供支持[9]。文獻[10]報道，胸腹部腫瘤大分割放療中使用IGRT技術進行在線校位能有效減小治療前擺位誤差，校正后平均誤差值<1 mm、標準差<1 mm、95%誤差值-2.0～2.0 mm，能滿足大分割放療的精確要求。依據本次研究中獲取的靶區位置誤差數據，根據van Herk提出的CTV-PTV外放公式MPTV(外放)=2.5Σ+0.7σ，由治療前靶區位置誤差計算得出，不使用CBCT校正而直接放療需要的外擴大小為左右7.96 mm、頭腳11.72 mm、腹背9.63 mm；由治療后靶區位置誤差計算得出，經CBCT圖像引導校正后再治療需要的外擴大小為左右6.65 mm、頭腳4.87 mm、腹背5.65 mm。

胸腹部腫瘤靶區位置相對于其他部位腫瘤更容易受呼吸運動和器官運動的影響，增加了放療過程中靶區位置移動的不確定性。另外，靶區位置、身體狀況、體質量指數及皮膚肌肉的松弛度也會影響靶區位置誤差[11-12]。治療后靶區位置誤差可能主要由治療前CBCT校正后殘留誤差和治療過程中患者移動造成的誤差組成。為了降低患者的非治療照射劑量，本組病例未在CBCT校正后測定殘留誤差。文獻[10]報道，CBCT校正后殘留左右、頭腳、腹背方向誤差平均值分別為0.8 mm、0.9 mm、0.9 mm，因SBRT單次治療劑量較大，治療過程較常規分割放療復雜，放療過程中需要進行兩次CBCT掃描，數據重建、比對及校正均延長治療時間，從而使靶區位置移動增加。本研究中患者單次治療時間平均達30 min。本研究中2例患者治療后靶區位置誤差較其他患者偏大， 可能與患者年齡較大(分別為79歲、85歲)、皮膚及肌肉組織較松弛、身體素質相對較差，在SBRT治療過程中不能長時間保持體位有關。因此，身體素質較差、不能長時間保持固定體位的患者不宜使用SBRT治療，必須進行SBRT治療時可采取其他適合的固定裝置和輔助措施，使患者在治療中盡量保持體位不變。

靶區位置誤差除平移誤差外還存在旋轉誤差，因本研究中加速器未帶旋轉軸向調整功能，未對患者靶區位置旋轉誤差進行校正。本研究中治療前靶區位置繞左右、頭腳、腹背軸向的旋轉誤差平均值分別為(0.6±0.7)°、(0.5±1.1)°、(0.1±1.0)°，治療后靶區位置誤差繞左右、頭腳、腹背軸向的旋轉誤差平均值分別為(0.4±0.8)°、(0.3±0.8)°、-(0.1±0.9)°。Remeijer等[13]和Fu等[14]的研究認為，因旋轉誤差導致的放射劑量改變很小，可以忽略。平均值為1°的旋轉誤差不影響95%靶區接受的照射劑量[15]，而>2°的旋轉誤差會使靶區放射劑量發生3%～5%的變化[16-17]。平移誤差調整不引起旋轉誤差變化[18]。因此建議，當旋轉誤差偏大而設備又不具備校正旋轉誤差功能時可考慮重新擺位，以最大限度降低旋轉誤差對靶區劑量的影響。

綜上所述，采用IGRT技術對肺部惡性腫瘤進行SBRT治療時，可對由擺位引起的治療前靶區位置誤差進行實時校正，從而提高治療精度；而且可觀察治療過程中靶區位置的變化，測定治療后的靶區位置誤差，為PTV外擴大小的制定提供參考。

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[本文編輯] 姬靜芳

The use of IGRT technique to measure the target position errors in SBRT treatment for lung cancer

WANG Chang-min1, HU Wei-gang1, PENG Jia-yuan1, CAI Xu-wei2, FU Xiao-long2, XU Qing1*

1.Department of Radiation Oncology, Fudan University Shanghai Cancer Center; Department of Oncology, Shanghai Medical College of Fudan University, Shanghai 200032, China 2.Department of Radiation Oncology，Shanghai Chest Hospital Affiliated to Shanghai Jiao Tong University, Shangha 200030, China

Objective：To discuss the significance of image-guided radiation therapy(IGRT) technique in measuring and correcting of target position errors in stereotactic body radiotherapy (SBRT) treatment for lung cancer.Methods：Totally 14 cases underwent SBRT treatment were enrolled in this study.Patients were scanned by kilo-voltage cone beam CT (KV-CBCT) before and after treatment, and online registered to the planning CT images; the target position error was corrected before treamtnet, and the CBCT was scanned and registered again after treatment.The target position errors were recorded before and after treatment.The CTV-PTV margin was calculated by the formula 2.5Σ+0.7σ.Results：The maximum pre-treatment error in right-left, head-feet and back-belly directions were 10 mm, 16.9 mm and 8.7 mm,respectively.The mean value of target position errors in right-left, head-feet and back-belly directions were (2.4±2.8) mm，(3.4±4.6) mm and (2.9±3.4)mm，respectively.The maximum post-treatment target position errors in right-left, head-feet and back-belly directions after online correction were 7.6 mm，4.6 mm, and 7.0 mm, respectively, and the mean values were (2.1±2.0)mm，(1.5±1.6) mm and (1.7±2.0) mm，respectively.Without the usage of image-guide, the PTV margins in right-left, head-feet and back-belly directions were 7.96 mm, 11.72 mm and 9.63 mm, respectively; with the usage of image-guide, the PTV margins in right-left, head-feet and back-belly directions were 6.65 mm,4.87 mm and 5.65 mm, respectively.Conclusions：The IGRT technology can online correct the pre-treatment target position errors and determine the target position removing during treatment.It can improve the treatment accuracy, and contribute to set the PTV margins.

image guided radiation therapy; stereotactic body radiation therapy; error; planning target volume

2016-02-02[接受日期]2016-07-20

王昌民, 技師.E-mail: wangchangmin1234@163.com

*通信作者(Corresponding author).Tel: 021-64175590-86949, E-mail: qindxu68@hotmail.com

10.12025/j.issn.1008-6358.2016.20160115

R 734.2

A