胸腺瘤調強放射治療擺位誤差分析

陳曉芳 許會軍 張惠玲 吳小良 趙鵬 劉鵬 乞國艷 馬志乾

·論著·

胸腺瘤調強放射治療擺位誤差分析

陳曉芳 許會軍 張惠玲 吳小良 趙鵬 劉鵬 乞國艷 馬志乾

目的利用Elekta Synergy直線加速器的機載影像系統(XVI)分析胸腺瘤患者的擺位誤差。方法對行放射治療的53例胸腺瘤患者進行錐形束CT(CBCT)掃描，掃描圖像與制定治療計劃的CT定位圖像進行匹配，記錄數據并在線糾正擺位誤差。結果53例患者共行205次CBCT掃描，各方向的擺位誤差如下：左右(X)方向(0.445±2.829)mm、頭腳(Y)方向(-1.141±4.529) mm、前后(Z)方向(-0.053±2.585)mm，沿三個坐標軸的軸向旋轉誤差分別為(-0.130±0.887)、(-0.345±0.846)、(-0.120±1.063)。結論放射治療治療前對胸腺瘤患者行CBCT掃描可有效減小擺位誤差，統計個方向擺位誤差分布數據，可得到本單位直線加速器的擺位誤差范圍，勾畫靶區時CTV到PTV在X,Y,Z三個方向的最佳外擴值分別為5 mm、7 mm、5 mm。

胸腺瘤;圖像引導放射治療;擺位誤差;CBCT

放射治療的根本目的是提高腫瘤區的照射劑量，減少正常組織和危及器官的受照量，提高腫瘤的局部控制率。與以往的普通放療和三維適形放療相比，調強放射治療在保護正常組織和器官的前提下，可以把X射線更好的集中到腫瘤上，真正做到照射劑量快速跌落，提高放射治療增益比，同時調強放射治療也對治療時的擺位精度提出了更高的要求[1,2]。擺位誤差可引起腫瘤區照射劑量不足，嚴重的可導致脫靶，治療后復發率增高，也可能使得高劑量區偏移至靶區周圍的正常組織，使正常組織受照量超出限值，造成嚴重的并發癥[3,4]。胸腺瘤作為胸部腫瘤，影響靶區位置的因素比較多。呼吸運動，體表標記，固定方式，皮膚牽拉等因素均對胸腺腫瘤的位置造成一定的影響。降低擺位誤差，提高治療精度是我們一直追求的目標。圖像引導放射治療技術將機載影像系統和直線加速器相結合，可在放射治療實施前對患者進行錐形束CT掃描(Cone Beam CT,CBCT)，在線糾正患者的擺位誤差，提高治療精度[5，6]。本研究利用Elekta Synegy 直線加速器自帶的KV級CBCT和X線容積成像(x-ray volume imaging,XVI)系統，在線糾正胸腺瘤患者擺位誤差，使患者實際接受的照射的區域與醫生在治療計劃系統上勾畫的靶區一致。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選擇2015年6月至2017年3月在我院行胸腺瘤調強放射治療的患者53例，其中男25例，女28例;年齡26～72歲，平均年齡(45±9)歲；所有患者經病理學和影像學確診。53例患者共行205次CBCT掃描，前五次治療均在治療前行CBCT掃描，在線位置糾正，并記錄移床數據。后續治療中，每周行1次CBCT掃描。

1.2 設備與儀器 Elekta Synergy直線加速器，XVI影像引導系統，碳纖維定位板，熱塑膜，飛利浦螺旋CT，Pinnacle9.10治療計劃系統。

1.3 體位固定和CT模擬 所有患者均使用熱塑膜固定，仰臥位，雙臂交叉置于額前，待熱塑膜完全冷卻后在體表和熱塑膜上分別作標記線。CT定位掃描時患者體位與體膜固定時體位相同，熱塑膜上貼鉛點標記參考點，掃描層厚5mm，CT圖像由網絡傳輸至Pinnacle9.10治療計劃系統進行放療計劃的制定。治療計劃和CT模擬圖像通過Mosaiq網分別傳輸至Elekta Synergy直線加速器主機和XVI系統。

1.4 擺位及CBCT圖像的獲取 患者首次治療時，醫師、物理師、治療技師同時完成。患者治療體位、CT模擬體位均與體膜固定時體位保持一致。擺位完成后加速器機架旋轉360°行CBCT掃描，經過數據重建獲得三維圖像，該圖像與治療計劃圖像進行配準。

1.5 圖像配準和擺位誤差在線校正 XVI系統可對CBCT掃描重建圖像和用于設計治療計劃的CD定位圖像進行在線配準，配準方式有手動配準和自動配準，自動配準又包括灰度配準、骨性+旋轉、灰度+旋轉。胸腺瘤的患者一般選取灰度+旋轉的自動配準，然后再手動微調，圖像匹配成功后得到該患者在三個平移方向和三個旋轉方向的擺位誤差數據，并進行在線移床糾正位置。當擺位誤差左右方向(X)≤3 mm，頭腳方向(Y)≤3 mm，前后方向(Z)≤3 mm，旋轉誤差(Rtn)lt;2°時，直接移床校正位置，如超過此范圍，治療師需重新擺位，再次行CBCT掃描，誤差在允許的范圍內方可進行治療。體膜和患者體表需重新勾畫標記線，作為以后擺位的參考線。

2 結果

2.1 平移誤差 X方向的誤差為(0.445±2.829)mm，最大值誤差值為9 mm，90%的誤差范圍在5 mm以內；Y方向的誤差為(-1.141±4.529)mm，最大誤差值為13 mm，90%的誤差范圍在7 mm以內；Z方向的誤差為(-0.053±2.585)mm，最大誤差值為7 mm，Z方向的誤差稍小于其他兩個方向，-4.4～4 mm包括了90%的擺位誤差。各方向平移誤差遵循正態分布規律。見表1,圖1～4。

表1 胸腺瘤調強放療各方向平移誤差 mm

圖1 X方向擺位誤差分布直方圖

圖2 Y方向擺位誤差分布直方圖

2.2 旋轉誤差 Elekta Synergy直線加速器配備了全碳纖維六維床，床的移動除了X，Y，Z三個平移自由度，還有以坐標軸為轉軸的三個旋轉自由度，三個旋轉自由度的擺位誤差分別為：X旋轉(-0.130±0.887)°，Y旋轉(-0.345±0.846)°，Z旋轉(-0.120±1.063)°。三個方向的旋轉擺位誤差差別不大，基本上都在±1.5°之內，最大擺位誤差為2.9°和-3.2°，均出現在Z旋轉的方向。見表2。

圖3 Z方向擺位誤差分布直方圖

圖4 各方向旋轉擺位誤差分布直方圖

表2 胸腺瘤調強放療各方向旋轉誤差 °

3 討論

手術、放療和化療是現代腫瘤治療的三大主要手段，其中放療在腫瘤的綜合治療中占有重要地位，放療可以在手術前或手術后作為輔助手段參與腫瘤治療，部分早期腫瘤患者也可以將放療作為根治手段，超過60%的腫瘤患者在治療腫瘤的過程需要接受放射治療[7]。圖像引導放射治療(IGRT)的出現使腫瘤放射治療進入了精準放療階段。精準放療指的是精確定位、精確計劃和精確治療，擺位誤差的不確定性阻礙了精確治療過程的實施，較大的擺位誤差會使靶區邊緣劑量不準確，導致腫瘤的局部復發[8]。配備機載影像系統的直線加速器，可在患者每次治療前采集影像并與計劃影像進行匹配，保證治療體位與定位體位完全一致，盡可能做到實際照射區域與計劃系統上醫生勾畫的靶區一致，提高了腫瘤靶區的照射精度，保證了腫瘤部位足劑量照射，同時保護正常組織免受不必要的照射，有效地保護了正常器官。

擺位誤差包括系統誤差和隨機誤差。系統誤差由設備引起，定期校準設備，比如直線加速器和定位系統的定期檢測，激光燈的誤差校準等都有助于降低系統誤差。隨機誤差是由患者和其他不確定因素引起的，如患者手臂的位置變化，皮膚的牽拉，身體和器官的運動，標記線勾畫不清以及治療師擺位等都會引起隨機誤差[9]。本文利用Elekta Synergy直線加速器的機載影像系統XVI對53例胸腺瘤患者進行205次CBCT掃描，將擺位后治療前掃描得到的CBCT圖像與治療計劃系統傳輸過來的定位圖像進行配準，得到每次治療的擺位誤差。對所有配準結果進行統計分析和整理，得出擺位誤差出現的范圍區間，從而指導放療醫師在靶區勾畫時適當的外擴。

圖1～4可以看出，平移誤差和旋轉誤差分布均遵循正態分布規律。表1的結果顯示，胸腺瘤患者X、Y、Z方向擺位誤差范圍分別為：-8.0～9.0 mm、-14.0～13.0 mm、-9.0～7.0 mm，其中Y方向，即頭腳方向擺位誤差最大，X和Z方向擺位誤差相當。如表2結果所示，旋轉誤差在三個轉軸方向差別不明顯，絕大多數的誤差都在2°以內，沿Z軸的最大旋轉誤差達到 2.9和-3.2，稍大于其它兩個旋轉方向。治療過程中我們設定平移誤差大于5 mm或旋轉誤差大于2°，需重新擺位再次行CBCT掃描，體表標記線需重新勾畫。本研究結果顯示X方向和Z方向擺位誤差90%分布范圍均在5 mm以內，Y方向的擺位誤差稍大，90%擺位誤差的分布范圍為-6.9～6.0 mm。X和Y軸向的旋轉誤差較小，95%的擺位偏差都在2°以內，Z軸向旋轉偏差稍大，±2.3°包括了95%的偏差。

放療過程中，一般要求100%的出處方劑量包括95%的靶區，以保證腫瘤區足劑量照射，降低腫瘤的復發概率，同時盡可能降低靶區周圍正常組織的照射劑量，以減小并發癥，降低副反應，保護正常組織[10,11]。降低擺位誤差是我們始終追求的目標，同時研究本單位直線加速器的擺位誤差亦十分必要，可靠的擺位誤差數據可以指導醫生勾畫靶區時CTV到PTV的外擴范圍。根據本研究結果，放療醫師在勾畫靶區時可參考擺位誤差范圍，對臨床靶區CTV進行適當的外擴，尤其是Y方向外擴要在7 mm以上，X和Z方向外擴不小于5 mm，以保證腫瘤照射量達到處方劑量要求，防止靶區的漏照，降低腫瘤復發幾率，同時避免正常組織接受不必要的照射。

根據文獻報道，大于2°的旋轉誤差會使靶區劑量發生3%～5%的變化，因此大于2°的旋轉誤差是需要矯正的[12，13]。我們的Elekta Synergy加速器雖然配備了六維床，可以實現旋轉誤差的在線校正，一般小于2°的旋轉誤差我們進行在線校正，大于2°的旋轉誤差重新進行擺位。

擺位誤差是放療過程中不可避免的問題，我們只能采取各種措施，盡可能降低擺位誤差，提高腫瘤治療的精度。幾乎所有的研究結果都顯示，胸部腫瘤放療患者頭腳方向的擺位誤差要大于其他兩個方向，對于胸腺瘤患者我們也得出了同樣的結論[14-16]。頭腳方向擺位誤差較大，可能是由于患者身體和定位板的相對位置很難確定，在患者身體兩側劃垂線，并記錄垂線對應定位板上的刻度值。旋轉誤差的產生，可能是由于患者體位不正引起的，定位以及治療過程中，要用激光燈調整患者體位，保證其躺平躺正，降低旋轉誤差。胸腺瘤患者靶區比較靠上，手臂的不同擺放方式對擺位誤差影響很大，可以在定位板最上端增加固定桿，患者雙臂伸直，手握固定桿，避免每次雙臂交叉抱頭帶來的不確定性，希望能降低頭腳方向的擺位誤差。

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10.3969/j.issn.1002-7386.2017.24.019

項目來源：石家莊市科技計劃項目(編號：131461073)

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1002-7386(2017)24-3751-03

2017-06-26)