錐形束CT圖像引導(dǎo)在盆腔腫瘤患者調(diào)強(qiáng)放射治療中位置誤差測(cè)定的應(yīng)用分析

俞 雅 許 青* 韓 序 任 珺 袁曉倩 胡軼雯

隨著現(xiàn)代放射治療技術(shù)不斷發(fā)展，調(diào)強(qiáng)放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)已經(jīng)成為盆腔腫瘤的主要治療方式之一。盆腔腫瘤周圍有小腸、膀胱及直腸等空腔臟器，腸道的蠕動(dòng)及膀胱、直腸的充盈程度不同等影響放射治療擺位的重復(fù)性，增加了治療中擺位誤差[1-3]。精確的擺位是準(zhǔn)確執(zhí)行IMRT計(jì)劃的關(guān)鍵所在，可對(duì)治療效果產(chǎn)生重要影響[4-5]。Edge加速器使用千伏級(jí)X射線管和X射線平板接收器的拍攝系統(tǒng)，進(jìn)行患者影像采集，進(jìn)行治療位置圖像和計(jì)劃設(shè)計(jì)圖像的實(shí)時(shí)骨性結(jié)構(gòu)校準(zhǔn)匹配，實(shí)現(xiàn)對(duì)盆腔腫瘤進(jìn)行大劑量高能照射，又能夠?qū)χ苓呎＝M織器官實(shí)現(xiàn)更好的保護(hù)[6-7]。錐形束CT(cone beam computed tomography，CBCT)圖像引導(dǎo)技術(shù)可以在線校準(zhǔn)盆腔腫瘤患者的位置誤差，測(cè)定治療過程中的靶區(qū)位置移動(dòng)，計(jì)算出臨床靶區(qū)(clinical target volume，CTV)外擴(kuò)至計(jì)劃靶區(qū)(planning target volume，PTV)的邊界范圍，為PTV外放邊界提供參考依據(jù)，從而提高IMRT的治療精準(zhǔn)性。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選取2019年7月至2020年2月在復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放射治療科接受加速器治療的27例盆腔腫瘤患者，其中男性12例，女性15例；年齡48～73歲，平均年齡(56.0±8.02)歲；其中直腸癌患者26例，肛管癌患者1例。照射劑量5 000 cGy，分割次數(shù)25次，PTV為142.90～1 733.8 cm3(中位值589.11 cm3)。本研究經(jīng)復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，已取得患者的知情同意并簽署知情同意書。

1.2 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

(1)納入標(biāo)準(zhǔn)：①所有入組患者卡氏評(píng)分均＞85分，無腹水；②肝腎功能正常，凝血功能正常；③腫瘤數(shù)量≤3個(gè)，最大直徑6 cm。

(2)排除標(biāo)準(zhǔn)：①嚴(yán)重的無法糾正的凝血功能障，有出血傾向者；②不能控制的嚴(yán)重感染者；③出現(xiàn)廣泛轉(zhuǎn)移的患者。

1.3 儀器設(shè)備

采用Brilliance Big Bore CT 85 cm大孔徑40排螺旋CT(荷蘭PHILIPS公司)；Edgesn2731型加速器(美國(guó)瓦里安公司)。

1.4 CT定位、靶區(qū)勾畫及計(jì)劃設(shè)計(jì)

27例盆腔腫瘤患者均采用B枕+腳墊固定，采用40排螺旋CT掃描，其中管電壓120 kV、管電流250～400 mA、層厚為3～5 mm，無層間距，螺旋掃描。醫(yī)生進(jìn)行腫瘤靶區(qū)和正常組織器官的勾畫，物理師進(jìn)行計(jì)劃方案設(shè)計(jì)，并在CT定位機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證。

1.5 CBCT圖像獲取及骨性結(jié)構(gòu)匹配

盆腔腫瘤患者每周在放射治療校準(zhǔn)前、誤差校準(zhǔn)后進(jìn)行CBCT圖像掃描，每例患者整個(gè)療程中各行5次。Edge加速器使用千伏級(jí)CBCT掃描患者治療部位，以靶區(qū)作為參考標(biāo)準(zhǔn)，將采集的千伏級(jí)CBCT影像和參考CT影像進(jìn)行自動(dòng)匹配，匹配方式選骨(bone)匹配，再結(jié)合手動(dòng)微調(diào)，獲得患者上下平移(Vertical，Vrt)、頭腳平移(Longitudinal，Lng)及左右平移(Lateral，Lat)3個(gè)方向上的線性誤差以及俯仰角(Pitch)、翻滾角(Roll)及偏轉(zhuǎn)角(Rotation，Rtn)3個(gè)方向上的旋轉(zhuǎn)誤差。每例患者利用六維治療床進(jìn)行位置校準(zhǔn)后，再次行CBCT掃描驗(yàn)證校正后位置誤差。盆腔腫瘤在行CBCT掃描參數(shù)為125 kV和1 080 mAs。

1.6 圖像數(shù)據(jù)獲取

所有患者CBCT圖像掃描位置誤差包括患者上下平移、頭腳平移和左右平移3個(gè)方向的線性誤差，以及俯仰角、翻滾角和偏轉(zhuǎn)角3個(gè)方向的角度誤差。應(yīng)用SPSS18.0軟件處理患者放射治療校準(zhǔn)前、誤差校準(zhǔn)后的位置誤差值，得出線性誤差總體的均數(shù)(Σ)和標(biāo)準(zhǔn)差(σ)。根據(jù)van Herk[8]提出的臨床靶區(qū)CTVPTV外放公式MPTV(外放)＝2.5Σ＋0.7σ計(jì)算所需的PTV外擴(kuò)值，其中∑為群體系統(tǒng)誤差，σ為群體隨機(jī)誤差。

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS18.0軟件對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，群體系統(tǒng)誤差(∑)采用所有個(gè)體系統(tǒng)誤差的標(biāo)準(zhǔn)差表示，個(gè)體系統(tǒng)誤差以擺位誤差的平均值表示；群體隨機(jī)誤差(σ)為所有個(gè)體隨機(jī)誤差平方均值的平方根表示，個(gè)體隨機(jī)誤差以擺位誤差均值±標(biāo)準(zhǔn)差()表示，兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 整體線性及旋轉(zhuǎn)位置誤差

27例盆腔腫瘤患者共行270次CBCT掃描，獲得放射治療校準(zhǔn)前、誤差校準(zhǔn)后位置誤差數(shù)據(jù)。在上下平移、頭腳平移和左右平移的3個(gè)方向線性誤差，以及俯仰角(Pitch)、翻滾角(Roll)和偏轉(zhuǎn)角(Rtn)的3個(gè)方向旋轉(zhuǎn)誤差上，患者放射治療校準(zhǔn)前的位置誤差為(0.94±2.15)mm、(0.66±2.33)mm和(1.03±3.59)mm，以及(0.31±1.3)°、(0.17±0.84)°和(-0.13±0.71)°；誤差校準(zhǔn)后的位置線性誤差分別為(0.23±0.23)mm、(0.33±0.59)mm和(0.06±1.43)mm，旋轉(zhuǎn)誤差分別為(0.06±0.23)°、(0.07±0.21)°和(0.08±0.30)°。分析結(jié)果顯示，在線性誤差和旋轉(zhuǎn)誤差上，盆腔腫瘤患者放射治療校準(zhǔn)前、誤差校準(zhǔn)后比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t線性誤差=8.372，t=3.660，t=6.250；t旋轉(zhuǎn)誤差=4.879，t=3.171，t=-7.703；P＜0.05)。線性誤差是左右平移方向位置誤差最大，最大值為7.7mm，旋轉(zhuǎn)誤差是俯仰角(Pitch)方向最明顯，最大角度為3.3°，見表1。

表1 27例盆腔腫瘤患者270次錐形束CT位置誤差比較()

表1 27例盆腔腫瘤患者270次錐形束CT位置誤差比較()

2.2 個(gè)體線性位置誤差

27例盆腔腫瘤患者，每周在放射治療校準(zhǔn)前、誤差校準(zhǔn)后獲取CBCT配準(zhǔn)圖像數(shù)據(jù)，整個(gè)放射治療過程中各行5次。每例盆腔腫瘤患者放射治療校準(zhǔn)前CBCT配準(zhǔn)圖像的位置誤差比較發(fā)現(xiàn)，左右平移最大，為2.90±6.46，頭腳平移次之，為2.70±2.45，上下平移最小，為2.60±1.02。

2.3 PTV外放邊界值

根據(jù)27例盆腔腫瘤患者上下平移、頭腳平移和左右平移的3個(gè)方向的線性位置誤差結(jié)果，計(jì)算出群體系統(tǒng)誤差、群體隨機(jī)誤差，根據(jù)MPTV=2.5∑+0.7σ擴(kuò)邊公式計(jì)算出PTV外放范圍。臨床靶區(qū)PTV外放上下平移為3.40 mm，頭腳平移為3.89 mm，左右平移為5.75 mm。CBCT圖像獲取及骨性結(jié)構(gòu)匹配見圖1。

圖1 盆腔腫瘤患者不同位置的CBCT圖像獲取及骨性結(jié)構(gòu)匹配

3 討論

為了提高放射治療的精確性，有效減少周圍正常組織的損傷，CBCT影像引導(dǎo)技術(shù)越來越廣泛應(yīng)用于調(diào)強(qiáng)放射治療。鄭祖安等[9]基于影像引導(dǎo)驗(yàn)證的體部放射治療的靶區(qū)位置進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)作為體部放射治療主流的體位固定技術(shù)，負(fù)壓真空袋塑型放射治療體位固定技術(shù)，提高了靶區(qū)位置精度，但仍有部分患者影像引導(dǎo)后需行位置校正。位置校正率由高到低依次為腹盆腔腫瘤、胸部和上腹部腫瘤及四肢腫瘤。付秀根等[10]通過分析治療前、治療后CBCT掃描的擺位誤差，來評(píng)價(jià)光學(xué)表面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在胸部腫瘤調(diào)強(qiáng)放射治療的擺位精度及其應(yīng)用價(jià)值。CBCT不僅可以比較不同體位固定裝置效果、評(píng)價(jià)光學(xué)表面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值，還能夠分析不同治療部位的腫瘤患者放射治療校準(zhǔn)前、誤差校準(zhǔn)后及分次間期擺位誤差的變化規(guī)律，指導(dǎo)腫瘤靶區(qū)PTV外擴(kuò)邊界大小，為實(shí)施精確放射治療提供重要參考依據(jù)。

李奕彤等[11]發(fā)現(xiàn)，宮頸癌放射治療中，腫瘤變化、位置的移動(dòng)與生理運(yùn)動(dòng)等因素的影響，使靶區(qū)實(shí)際受照劑量與初始計(jì)劃存在差異，部分靶區(qū)漏照，在圖像下漏照體積會(huì)減少，表明在盆腔腫瘤調(diào)強(qiáng)放射治療進(jìn)行CBCT圖像引導(dǎo)的必要性。劉冉生等[12]選取20例宮頸癌調(diào)強(qiáng)放射治療患者，利用俯臥體架和熱塑體膜進(jìn)行體位固定，初次治療前對(duì)患者行CBCT掃描，治療過程當(dāng)中每周行1次CBCT掃描，獲取患者左右、頭腳及腹背3個(gè)方向上的擺位誤差與校正后3個(gè)方向的誤差均有差異，表明CBCT掃描有利于對(duì)擺位誤差的原因進(jìn)行分析，并采取有效措施減少誤差，以保證實(shí)施準(zhǔn)確的處方劑量，減少輻射損傷周圍的正常組織器官。何月嵐等[13]觀察24例宮頸癌患者首次擺位后、糾正擺位誤差后以及治療后的CBCT圖像，1次/周，分析獲得的左右方向、頭腳方向及腹背方向的誤差偏移情況，計(jì)算誤差值下器官劑量及靶區(qū)分布，比較擺位誤差對(duì)器官劑量與靶區(qū)的影響，發(fā)現(xiàn)糾正后的左右方向、頭腳方向及腹背方向的擺位誤差與首次擺位后各方向的擺位誤差比較，均存在明顯的差異。經(jīng)治療后，在左右方向、頭腳方向及腹背方向上，擺位誤差與糾正后的各方向擺位誤差比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。由擺位誤差導(dǎo)致的宮頸癌原發(fā)腫瘤平均劑量變化范圍為-2.56%～3.57%。宮頸癌的擺位誤差會(huì)導(dǎo)致器官劑量及靶區(qū)的變化，調(diào)強(qiáng)放射治療宮頸癌中，應(yīng)該在CBCT圖像引導(dǎo)下可以糾正位置誤差，提高放射治療精度，這與本研究中整體線性及旋轉(zhuǎn)位置誤差部分結(jié)論相吻合。

國(guó)際輻射單位與測(cè)量委員會(huì)(International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU)62號(hào)報(bào)告給出靶區(qū)勾畫時(shí)，CTV到PTV外擴(kuò)時(shí)應(yīng)考慮內(nèi)擴(kuò)邊界(internal margin，IM)和擺位邊界(setup margin，SM)。本研究通過觀察27例盆腔腫瘤患者CBCT圖像的線性誤差和旋轉(zhuǎn)誤差，發(fā)現(xiàn)左右方向平移位誤差最大，頭腳高低方向旋轉(zhuǎn)誤差最明顯，并建議盆腔腫瘤患者的PTV外放邊界值：上下平移3.40 mm，頭腳平移3.89 mm，左右平移5.75 mm。杜傲宇等[14]選取40例盆腔部腫瘤患者，用電子射野影像裝置EPID拍攝驗(yàn)證片，將驗(yàn)證片和PTV影像圖進(jìn)行誤差比較。發(fā)現(xiàn)電子射野影像裝置EPID和CBCT圖像引導(dǎo)一樣，可以進(jìn)行盆腔部腫瘤患者位置誤差校準(zhǔn)和臨床靶區(qū)PTV外放邊界計(jì)算。宋偉男等[15]使用CBCT實(shí)時(shí)在線校正直腸癌IMRT的擺位誤差，確定直腸癌患者放射治療計(jì)劃外擴(kuò)邊界的范圍，可以使用千伏級(jí)CBCT在線校正可減小直腸癌患者擺位誤差，并利用擺位誤差估算放射治療擺位外擴(kuò)邊界值，與本研究的線性位置誤差和外擴(kuò)邊界值相近。本研究平移誤差是左右平移方向位置誤差最大，而上述作者認(rèn)為頭腳平移方向位置誤差最大，考慮可能是患者體位固定方式不同導(dǎo)致，需要進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

CBCT圖像引導(dǎo)可以在線校正盆腔腫瘤調(diào)強(qiáng)放射治療中位置誤差，測(cè)定治療過程中的靶區(qū)位置移動(dòng)，并能夠準(zhǔn)確計(jì)算出患者因擺位誤差導(dǎo)致的PTV外擴(kuò)邊界，為其勾畫范圍提供參考依據(jù)。