用KV-CBCT對食管癌不同固定體位動態調強分次間擺位誤差的研究

徐曉捷，張瑞英，雷亞楠，侯 鵬，李敬霞

食管癌是我國常見的上消化道惡性腫瘤之一，放射治療是食管癌主要的治療手段，而調強放射治療是目前主流的放療技術。在放射治療過程中患者的體位重復性十分重要，用錐形束CT可以更好地保證放療體位的準確性[1-2]。本研究通過對本院行錐形束CT(Cone Beam Computed Tomography, CBCT)位置驗證的食管癌患者進行研究,得到分次間的擺位數據，分析不同體位固定下的擺位誤差，以指導臨床靶區(clinical target volume, CTV)到計劃靶區(planning target volume, PTV)的外擴距離。

1 材料和方法

1.1 一般資料來自2019年5月至2020年1月在本院行動態調強的胸段食管癌患者27例，其中體膜固定21例，頭頸肩膜固定6例；年齡46～85歲(中位年齡70歲)，男15例，女12例。

1.2 設備Philips大孔徑16排CT模擬機，瑞典醫科達Infinity加速器，計劃系統Monaco 5.11，深圳騰飛宇科技熱塑膜，頭頸肩膜規格605 mm×485 mm×2.4 mm，體膜規格560 mm×460 mm×2.4 mm。

1.3 定位及計劃設計患者均采用平靜呼吸狀態下仰臥位，體膜組(A組)雙臂上舉雙手交叉置于頭頂，頭頸肩組(B組)合適規格的聚氨酯頭枕雙臂平放置于體側，均采用熱縮膜固定，配合碳纖維固定架和體位參考金標固定。采用Philips16排大孔徑CT掃描，層厚均為0.5 cm。定位掃描的圖像傳到Pinnacle計劃系統。主管醫生在CT圖像上勾畫靶區GTV、CTV，物理師將畫好靶區的CT圖像傳至Monaco計劃系統，在Monaco TPS上按照醫生的處方要求制作多個放射治療計劃。

1.4 治療計劃實施將審核通過的最優治療計劃傳至加速器Mosaiq系統中執行。首次治療按照患者體膜上的參考金標及患者體表線進行擺位，前3次及每周3次對患者行CBCT掃描，將得到的圖像與定位重建得到的DRR圖像進行配準。使用自動配準和人工微調相結合，直至結果滿意，記錄分次間的擺位誤差。

1.5 統計方法使用SPSS 23軟件進行獨立樣本t檢驗，P<0.05為差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 擺位誤差分析擺位誤差頻數分析：27例患者總共行CBCT掃描405次，平均每位患者掃描15次，得出平移誤差頻數數據，可見y軸及患者頭腳方向>10 mm者高達8.4%。見表1。

表1 27例405組擺位誤差數據頻數分析(n=405)

2.2 兩組擺位絕對誤差比較CBCT數據A組共有315人次，B組共有90人次，A組在x軸和z軸上絕對誤差小于B組，在y軸上大于B組，見表2。A組和B組的系統誤差和隨機誤差見表3-4。

表2 A組和B組三維方向的絕對擺位誤差比較(±s) mm

表3 A組和B組系統誤差Σ mm

表4 A組和B組隨機誤差δ mm

2.3 靶區外放邊界大小利用Van Herk等[3]提出的由CTV到PTV的外放公式M=2.5Σ+0.7δ(其中Σ表示系統誤差，δ表示隨機誤差)計算A組和B組單純考慮擺位誤差要外放的距離。見表5。

表5 兩種體位固定方式在位方向CTV到PTV的外放距離 mm

3 討論

我國放療行業已經進入三精治療時代，即精確定位、精確設計和精確治療[4]。圖像引導的放射治療(image guided radiation therapy, IGRT)是目前較精準的放射治療技術，能在保證靶區照射劑量的前提下降低周圍正常組織的放射損傷[5]。在多個研究和《腫瘤放射治療學》一書中均指出患者體位固定方式是影響體位三維精度的重要因素之一[6-8]。與頭頸部腫瘤相比，胸腹部的擺位誤差相對較大[9]。KV-CBCT能夠較清楚地顯示軟組織等結構，以及腫瘤和危及器官體積變化，是一種較精確的位置驗證技術。Huddy等[10]的研究結果表明，CBCT測量擺位誤差較電子射野影像裝置(electronic protal imaging device, EPID)精確。食管癌調強放射治療在治療計劃上有靶區內劑量分布均勻、靶區外劑量跌落相對較快的優勢，這樣的劑量分布特點對擺位精度的要求更高。擺位誤差可能導致靶區劑量不夠，而周邊的危及器官劑量變大或者超標，這將嚴重影響患者的生存時間和生存質量，因此要盡量減小患者的擺位誤差，提高治療精度[11]。對食管癌擺位誤差相關因素進行研究，對提高擺位精度，降低擺位誤差都有很好的臨床意義[12-14]。

本研究探討了食管癌不同固定體位的絕對擺位誤差以及CTV-PTV的靶區外擴距離的影響。本研究結果顯示A組的絕對擺位誤差x、y、z軸分別為(1.911±1.641)、(4.386±4.206)、(1.342±1.072) mm，B組分別為(2.738±2.229)、(2.728±2.743)、(1.977±1.348) mm，且3個軸上均P<0.05，差異有統計學意義。

A組固定體位雙臂上舉雙手交叉放于頭頂可減少x軸和z軸的絕對擺位誤差，這是因為雙手上舉，胸廓能較舒展地展現一個平滑的曲面，用體膜固定，體膜制作時又相對較緊，這樣對整個胸部有更好的固定作用，減小了患者左右方向和前后方向的擺位誤差。在y軸上頭頸肩膜固定可減少患者上下方向的絕對擺位誤差，因為頭頸肩膜是從患者頭部開始固定，頭腳方向頭部固定的準確性相對胸部更精確，頭頸肩膜用乳膠枕固定了患者的頸部曲度，這樣頭腳方向固定得更準確，所以頭頸肩膜固定的體位在y軸上下方向的絕對擺位誤差較小。體膜固定時上界一般在下頜下緣，患者上下的邊界依據是患者體表上的標記線，由于患者體表皮膚活動度大，導致上下邊界固定有誤差。頭頸肩固定患者左右位置活動度較大，且頭頸肩膜對上胸廓的前后固定度較小，導致頭頸肩膜固定的左右和前后方向絕對誤差較大。這一結果與惠周光等[15]的研究結果一致，頭頸肩膜在減少上下方向擺位誤差有優勢，體膜在減少左右方向和前后方向擺位誤差有優勢。

王丹等[16]對中上段食管癌調強放療進行研究，結果表明在左右、頭腳以及前后3個方向的擺位誤差分別是(2.02±1.74)、(2.02±1.93)、(2.03±1.89) mm，上段食管癌由CTV到PTV的外放距離為左右4.7 mm、頭腳8.5 mm、前后5.6 mm；中段食管癌為左右5.0 mm、頭腳11.0 mm、前后6.2 mm。高超等[17]對42例食管癌行三維適形治療的擺位誤差進行研究，結果表明在左右、前后、頭腳方向擺位系統誤差分別為-2.31、-0.55、-0.16 mm，隨機誤差分別為4.42、4.35、4.48 mm。擺位誤差使食管癌患者GTV 95%體積接受的劑量(D95)與原治療計劃相比降低了32 cGy，CTVD95降低了88 cGy。可見患者在治療中的擺位誤差對靶區劑量的影響明顯。因此，為了保證食管癌患者的精確治療，應盡量保證患者體位有一個很好的重復性和準確性[18-19]。

本研究表明，在x、y、z軸上A組和B組的系統誤差分別為0.346、-1.54。-0.616、-1.334；-0.685、-0.748 mm，A組和B組的隨機誤差分別為2.497、3.186，6.050、3.639，1.576、2.281 mm。系統誤差是相對誤差的平均值，反映了所有誤差的偏向性。本研究顯示，在本院Infinity加速器上治療的食管癌病人，y軸、z軸上誤差均偏向下和后方向。A組和B組在患者頭腳方向和前后方向均是負值，即分次間的擺位誤差更易偏向腳方向和后方向。本研究結果得出A組CTV到PTV的外擴距離x、y、z軸分別為2.613、5.775、2.814 mm，B組CTV到PTV的外擴距離x、y、z軸分別為6.080、5.882、3.467 mm。可見在左右方向和前后方向A組的外擴距離均小于B組，在上下方向B組的外擴距離小于A組，且用單因素方差分析3個軸向的P值均<0.05，有統計學意義，說明體膜固定在x軸和z軸上有明顯優勢。本研究結果可為本院食管癌患者在放射治療體位固定方面提供臨床參考。建議在本院Infinity加速器上做治療的、病變在胸中部和胸下部的患者選擇體膜固定；而頭頸肩膜固定在z軸上有明顯優勢，建議胸上段的患者選擇頭頸肩膜固定。

本研究采集分析本科室現有的常規治療的數據，并非隨機分組，兩組的樣本量不平均，分組中存在偏倚。在實際治療過程中，不可能對每位患者行自身配對研究，這也使得研究結果有一定的偏差。B組的數據量較A組少，這可能對研究結果存在一定的影響，但B組有90人次的樣本量有統計學意義。

食管癌由臨床靶區CTV外放到計劃靶區PTV時，既要考慮呼吸運動引起靶區運動，又要考慮放射治療時分次間擺位誤差，因此靶區的體積就會增大。隨著靶區體積的增大，正常組織肺和脊髓的受量也會相應升高。每個單位均應根據實際的測量數據測算出本單位具體的擺位誤差和系統誤差。本研究表明，雙臂上舉體膜固定和雙臂放于兩側兩種體位固定方式，對擺位誤差的影響各有優劣，且誤差大小均在可控的范圍內，均具有較好的可重復性。對于胸上段食管等肺組織較少的病變部位建議選擇頭頸肩膜，對于胸中下段的病變部位涉及到肺組織建議選擇體膜固定。在臨床實踐中，可根據患者的具體情況選擇合適的體位固定方式。本研究結果可為不同的體位固定三維方向上CTV到PTV的外擴距離提供臨床參考依據，本院患者選擇頭頸肩膜固定的患者CTV到PTV的外擴距離x、y、z軸分別為6.080、5.882、3.467 mm，選擇體膜固定的患者CTV到PTV的外擴距離x、y、z軸分別為2.613、5.775、2.814 mm。個性化的外擴距離既可以保證靶區有很高的劑量分布，又能減少正常組織受照劑量，對臨床靶區外擴距離有一定的參考意義。