4D-CBCT應用于肺癌SBRT的擺位誤差研究*

張瑋婷 童遠和 李 樟 鄒雄偉 羅惠煌 賴青青 倪曉雷

福建醫科大學附屬龍巖第一醫院，福建省龍巖市 364000

肺癌是世界上發病率和死亡率最高的惡性腫瘤。我國是世界上肺癌患者最多的國家，每年約74萬人被確診為肺癌。尤其在霧霾高發地區，發病率逐年上升，如何有效治療肺癌受到廣泛關注[1]。據統計，在肺癌的臨床診斷中，僅20%的患者能進行根治性手術切除[2]。因此，放射治療成為了肺癌的主要治療手段之一。

近年來，放射治療中的立體定向放療技術(SBRT)以其腫瘤控制率高、患者治療方便等優勢，廣泛應用于肺癌的放射治療[3]。這種療程短、分次劑量大的放療模式，具有劑量分布高度適形、體位固定重復性要求高的特點，需要確保靶區接受到準確的劑量。這就要求治療前用影像引導系統進行精準擺位驗證。我科現有的千伏級四維錐形束CT(4D-CBCT)，在錐形束CT的基礎上加入時間變量因素對擺位校準作出決策，尤其適用于受呼吸影響運動幅度大、目標腫瘤逃出計劃靶區的概率大的肺部腫瘤的擺位驗證。

本文研究并分析了15例肺癌患者應用4D-CBCT的擺位誤差結果，給出臨床上肺癌立體定向放療患者內靶區(ITV)勾畫的外放邊界建議值。

1 資料與方法

1.1 病例選取 選取2016年8月—2018年12月接受肺癌立體定向放療的15例患者作為研究對象。患者年齡37～74歲，中位年齡55歲，男11例，女4例；KPS評分均≥70分。

1.2 儀器設備 美國GE的CT模擬定位系統、醫科達機載4D-CBCT影像引導系統的Synergy直線加速器、Mosaiq工作站、Monaco5.1放療計劃系統。

1.3 定位、靶區勾畫及計劃設計 患者取仰臥位，雙手抱頭置于額部，以真空墊固定體位。分別在深吸氣末屏氣狀態、深呼氣末屏氣狀態、平靜呼吸狀態下分別行CT掃描。掃描層厚、層間距均為2.5mm，掃描范圍為環甲膜至肝臟下緣。將掃描圖像通過局域網傳輸到Monaco放療計劃系統，由同一位醫生勾畫靶區及危及器官。由物理師分別為15例患者設計6MV光子線照射的容積旋轉調強立體定向放療計劃。

1.4 4D-CBCT影像掃描 采用醫科達Synergy直線加速器機載的千伏級4D-CBCT引導放療系統，在每位患者每次放療前，行2次4D-CBCT掃描：初擺位掃描、擺位校正后掃描。掃描參數為電壓120kV，電流40mA，脈沖時間14ms，準直器S20，過濾器F0，默認低分辨率圖像重建。

1.5 影像配準與放療實施 采用灰度值配準方式對重建獲得的4D-CBCT影像與計劃CT影像進行配準，得出患者實際的靶中心位置與治療計劃靶中心位置在三維方向的偏差數值，即為左右(LR)、頭腳(SI)、和前后(AP)3個方向上的擺位誤差。4D-CBCT最終給出10幅不同呼吸狀態的掃描圖像，觀察10組不同呼吸狀態下的動態配準結果，以任意方向>10mm為依據，判斷出現靶區“漏照”與“脫靶”的情況，則進入機房重新擺位，重新掃描，若重新掃描的結果仍超過10mm，則停止患者該次放療，尋找問題原因，離線修改靶區和計劃。若偏差在10mm以內，則取呼吸相位處于時間加權中間位置的靶區匹配結果為初擺位誤差校準值，進行在線初擺位校準。并重新進行4D-CBCT掃描，二次擺位誤差的測量均按照首次擺位誤差獲取的步驟進行。二次校準后，行立體定向放療實施。

1.6 統計學方法 用SPSS20.0軟件記錄15例患者所有的初擺位誤差和二次擺位誤差數據，計量資料用均數±標準差表示。擺位誤差來源于分次治療擺位過程中的系統誤差和隨機誤差。系統誤差為所有分次擺位誤差的平均值，以∑表示系統誤差的標準差；隨機誤差用所有分次擺位誤差的標準差表示，以s表示隨機誤差的標準差。計量資料的比較采用獨立樣本t檢驗。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 擺位誤差結果 15例患者共接受206次4D-CBCT掃描，初擺位掃描和二次擺位掃描各103次。所有初擺位誤差值中，SI方向誤差最大，其最大誤差值可達9.3mm；其次為LR方向，其最大誤差值為6.9mm；AP方向誤差最小，其最大誤差值為5.8mm。二次擺位掃描后，SI方向最大誤差值為2.9mm；LR方向最大誤差值為2.1mm；AP方向最大誤差值為1.9mm。15例患者LR、SI、AP方向上初擺位誤差和二次擺位誤差統計結果見表1、表2。三個方向均較二次校準前誤差顯著減小，差異有統計學意義(P<0.05)。

表1初擺位誤差統計結果

表2二次擺位誤差統計結果

2.2 ITV外放值 根據Van Herk的PTV外放值計算公式(2.5∑+0.7s)，計算使90%的臨床靶區最低劑量達95%以上處方劑量的ITV外放值。由三個方向上的初擺位誤差計算得ITV的外放建議值應為7.4mm、8.9mm、7.2mm。經過二次擺位校準后，ITV的外放建議值為2.4mm、4.8mm、2.6mm。

3 討論

得益于現代影像科技、計算機技術及高精度機械控制技術的高速發展，放射治療從常規放療發展到三維適形、調強放療以及影像引導下的SBRT，不斷提高了肺癌的放療效果。

目前，影響肺癌SBRT精確放療的主要問題有：(1)普通的CT模擬定位及掃描只取得了體內腫瘤和危及器官運動的瞬間圖像，而肺部腫瘤受呼吸影響運動幅度大，目標腫瘤逃出計劃靶區的概率大；(2)心肺重要器官的耐受性；(3)靶區的外放邊界依賴于不同放療醫師的經驗，存在明顯的個體差異；(4)實際照射范圍與各單位放療技術員的經驗和標準不同、儀器設備的機械誤差等因素有關[4]。針對以上問題，目前研究的解決方法有：主動呼吸控制(ABC)技術、呼吸門控技術、四維放療、腫瘤實時跟蹤。這些方法各有缺陷，其中有一些方法國內還未普及[5-6]。

本文利用4D-CBCT研究肺癌SBRT精確放療問題，在肺癌SBRT患者每次治療前進行兩次擺位校準掃描，研究初擺位誤差和二次擺位誤差共206組，分別分析了SI、LR、AP三個方向上的擺位誤差情況、計算了擺位系統誤差和隨機誤差，得出ITV外放范圍。其中，應用4D-CBCT掃描得出的10幅不同呼吸狀態的掃描圖像，觀察10組動態配準結果任意方向是否>10mm，由此考慮了呼吸運動，避免了普通CBCT引導下可能出現的靶區“脫靶”和“漏照”的情況。

從統計結果看，利用4D-CBCT在治療前進行誤差校準，15例患者LR、SI、AP方向上擺位誤差從(3.4±0.5)mm、(5.3±0.7)mm、(2.2±0.5)mm。分別減小為(0.3±0.4)mm、(1.8±1.1)mm、(0.3±0.3)mm，明顯減小了擺位誤差，提高了放療精度。通過統計放療擺位誤差，計算了系統誤差、隨機誤差，考慮了ITV擴邊所涉及的影響因素，計算得LR、SI、AP方向上的ITV外放值，從7.4mm、8.9mm、7.2mm減小為2.4mm、4.8mm、2.6mm，說明肺癌患者采用4D-CBCT下圖像引導可以顯著縮小ITV外擴范圍，初步建議我科醫生在肺癌SBRT靶區勾畫中調整左右、頭腳、前后擴邊值為 2.4mm、4.8mm、2.6mm，可以有效降低正常組織的受照范圍。

綜上所述，在肺癌立體定向放療中，應用4D-CBCT觀察完整呼吸狀態下的配準結果、對擺位誤差進行在線校正，根據擺位誤差計算ITV外放范圍，能夠減小擺位誤差，提高放療精度，有效降低正常組織受照范圍，提高放療療效，對臨床應用于肺癌立體定向放療具有重要意義。由于本研究樣本量偏小，今后可通過加大樣本研究、對患者進行隨訪，追蹤臨床治療效果，進一步完善研究。