基于錐形束CT分析食管癌和肺癌患者擺位誤差

肖亮杰，方涌文，王宇留，林曉生，許森奎，姚文燕，趙磊，方鍵藍

1.中山大學腫瘤防治中心放療科，廣東廣州 510060；2.廣東省食管癌研究所，廣東廣州 510060

前言

隨著胸部腫瘤發病率的增加和設備的更新，精確放療已成為治療的主要方式之一［1］。固定裝置多元化、個性化，提高了患者體位重復性［2］，但放療過程可能需要多次擺位，特別是胸部腫瘤，患者體積較大，躺下后不平整，另外還有各種人為因素，如患者呼吸運動、肌肉松弛、治療師擺位等［3］，導致在治療的過程中存在擺位誤差［4］。2～3 mm的擺位誤差會降低靶區劑量，使患者無法得到精確治療，特別是對于長靶區的腫瘤，如食管癌，旋轉誤差可能會加大平移誤差的影響，從而導致靶區劑量分布準確性下降［5-6］。目前，大多數直線加速器配備了錐形束CT（CBCT）圖像引導系統，可以在六維方向配準，有條件的單位配有六維床，能夠在6個方向上糾正患者體位的位移誤差，且有明顯的效果［7］。本研究根據實際臨床觀察發現，食管癌相對于肺癌，食管癌患者在旋轉方向存在著較大的偏移誤差，因此通過回顧食管癌、肺癌患者前3 次CBCT 掃描后得到的六維方向的擺位誤差數據進行分析，證明六維床對糾正食管癌放療時擺位誤差的必要性和臨床意義。

1 資料與方法

1.1 患者資料

選取2019年10月～2021年12月在中山大學腫瘤防治中心放療的170例胸部腫瘤患者作為研究對象。其中，食管癌85 例，肺癌85 例；男141 例，女29 例；患者年齡29～72歲，中位年齡50歲。將170例患者按照病種分為食管癌組和肺癌組，所有患者KPS 評分≥70分，在治療期間均意識清醒，生活能自理。根據組織病理學診斷：食管癌組均為鱗癌，胸中段食管癌55例，胸下段食管癌30 例；肺癌組鱗癌50 例，腺癌35例。納入標準：（1）經影像學、病理學檢查，確診為食管癌或肺癌患者；（2）需放療的患者；（3）未合并嚴重精神疾病者；（4）患者可以自主行動，能夠配合并完成治療。排除標準：（1）臨床資料不完整者；（2）CT檢查禁忌癥者；（3）存在其他部位原發性腫瘤轉移的患者。

1.2 研究方法

1.2.1 設備及參數設置瓦里安公司Vital Beam（編號3980）直線加速器，醫科達公司Infinity 直線加速器及MOSAIQ 系統（版本Version 2.8），飛利浦公司16 排大孔徑CT模擬定位機。

1.2.2 體位固定和CT 定位患者均采用長1.2 m 真空袋固定，仰臥平躺在真空袋上，雙手上舉，平靜呼吸，通過CT模擬定位機進行胸部掃描，管電壓為120 kV，層間距與層厚均為5 mm，標記原始中心。將掃描得到的定位圖像傳輸至TPS 計劃系統，進行靶區勾畫、完成治療計劃并驗證，再進行復位。

1.2.3 擺位流程嚴格按固定裝置制作及CT 掃描時的體位要求，先讓患者坐在真空袋中央，再平穩地躺下，雙手上舉，確保患者身體與真空袋完全貼合，通過患者體表兩側水平標記點，調整左右旋轉，減少患者身體扭曲。

1.2.4 圖像采集與配準患者在治療前，行CBCT 掃描，獲得靶區的影像數據，傳輸至MOSAIQ 系統，采用灰度配準，將CBCT 圖像與計劃CT 圖像進行六維配準得到平移方向：頭腳方向（SI）、左右方向（LR）、前后方向（AP）及繞Z 軸旋轉（RTN）、繞X 軸旋轉（PITCH）、繞Y軸旋轉（ROLL）的配準誤差，取其絕對值（不考慮方向），將食管癌、肺癌患者的六維方向配準誤差分為食管癌組、肺癌組。

1.3 統計學分析

使用SPSS 21 軟件對數據進行分析。計數資料采用百分比表示，采用卡方檢驗方法。采用Excel 2019 作圖，計量資料做正態性分布檢驗，不符合正態分布的計量資料采用M（Q1,Q3）表示，原始數據取絕對值后進行Kolmogorov-SmirnovZ非參數秩和檢驗。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 食管癌組和肺癌組擺位校正差異分析

食管癌組和肺癌組的SI、RTN、PITCH、ROLL 比較，差異均有統計學意義（P＜0.05），而LR、AP 比較，差異無統計學意義（P＞0.05），見表1。

表1 食管癌組和肺癌組擺位校正差異分析Table 1 Analysis of setup errors in esophageal cancer group and lung cancer group

2.2 誤差分布情況

兩組在6個方向的配準誤差分布如圖1和圖2所示，兩組平移方向的配準誤差分布比較相似，相對集中在-0.3～0.3 cm，而食管癌組中SI方向出現多次誤差較大的情況（＞0.5 cm），占27.5%；兩組旋轉方向的配準誤差分布，較為相似，相對集中在-1°～1°，而食管癌組中PICTH、ROLL 方向出現多次誤差較大（＞1°）的情況，分別占48.2%、45.5%，見表2。

表2 食管癌組和肺癌組配準誤差平移＞0.5 cm及旋轉＞1°擺位次數頻數表［例（%）］Table 2 Frequency of translations ＞0.5 cm or rotations ＞1°setups in esophageal cancer group and lung cancer group［cases(%)］

3 討論

調強放射治療已成為腫瘤治療的主要治療手段之一，以靶區高劑量、邊緣劑量陡峭為特征，每次擺位誤差可能會影響靶區劑量，導致腫瘤局部控制率下降［8］。Nazir等［9］和Hattel等［10］通過SGRT系統在實時監測胸部腫瘤放療時，患者在平移及旋轉方向上均有位移誤差。在放療過程中，提高每次治療擺位精度是保證精確治療的關鍵性因素［11］。

在本研究中患者平躺仰臥在真空袋上，相對于體膜+底板固定，患者舒適感更好，更有利于患者完成放療，同時為了減少因患者放化療副作用，導致體質量下降、呼吸不暢等因素影響，收集患者前3 次CBCT掃描數據，記錄位移誤差并分析。

研究表明，優化固定裝置，減小食管癌、肺癌患者平移方向位移誤差，而旋轉方向位移誤差均值為-1°～1°［12-15］。本研究中食管癌組、肺癌組在平移方向的誤差相對集中在-0.3～0.3 cm，旋轉方向的誤差相對集中在-1°～1°，與上述研究相似，但旋轉方向誤差在1°～3°的情況，RTN、PITCH、ROLL 的占比分別為：食管癌組為22.7%、43.9%、43.1%，肺癌組為16.1%、29.3%、25.9%。Yoon等［16］研究表示，旋轉誤差會導致靶區覆蓋率下降，發生1°的旋轉誤差，2.5 cm3的靶區覆蓋率降至84%，若是發生2°旋轉誤差，則覆蓋率降至62%。因此，食管癌組在旋轉擺位誤差方面，3 個方向的旋轉角度＞1°明顯要高于肺癌組，所以旋轉誤差對食管癌放療精度的影響不容忽視。

根據患者身上的CT 標記點調整患者頭腳方向，以及CT 水平標記點調整患者左右旋轉角度，進而控制胸部旋轉牽拉對本研究的影響。結果顯示，在SI方向，由于胸部腫瘤治療點的位置在胸骨柄附近，患者躺在真空袋上，由于呼吸運動以及患者肩膀變化，導致頭腳方向位移變化大，位移量大于0.5 cm，食管癌組占27.5%，而肺癌組占17.3%，食管癌組大于肺癌組，差異有統計學意義（P＜0.05）；在旋轉誤差方面，食管癌組均大于肺癌組，差異均有統計學意義（P＜0.05），其原因可能有以下幾點：（1）由于食管癌靶區長度的差異，可能會造成SI 方向的位置差異［17］，另外，食管癌靶區較長，CT 模擬定位時，CT 標記點無法確定是否靠近腫瘤靶區，可能導致靶區中心離旋轉軸距離變大，從而導致在旋轉方向上誤差變大［18］，而肺癌相對于食管癌，靶區范圍小，在CT模擬定位時，CT標記點較靠近腫瘤靶區，使得在平移以及旋轉方向相對穩定；（2）單純真空袋固定，可能對于食管癌長靶區的患者并不能起到很好的固定效果［19］，而本研究中，患者均采用真空袋固定，可能導致食管癌組在SI、PITCH 方向的擺位誤差均大于肺癌組；（3）Qiu 等［20］和Zhou 等［21］研究發現，食管癌在不同方向的運動可能與腫瘤位置有關，從上段到下段食管，腫瘤在SI、AP 方向的運動會變大，放療過程中，食管內部蠕動，胸段食管腫瘤靠近頸部運動幅度最小，越接近腹部運動幅度越大，運動較為明顯的部位在鄰近膈肌上下處，且SI 和AP 方向明顯［22］；（4）文獻［23-25］研究發現，不同配準方式以及配準范圍，會影響圖像配準精度，還要根據食管腫瘤運動情況，采用不同圖像引導校正策略。在本研究中，采用灰度配準，并未采用骨配準和配準范圍［23］，且食管癌靶區長度不同，導致六維配準范圍不一致，可能是導致食管癌組在SI、RTN、PITCH、ROLL 等方向的擺位誤差均大于肺癌組的原因。

本研究存在以下局限性：首先，食管癌以及肺癌病理類型并未區分，只是籠統地將其歸為胸部腫瘤；其次，患者并未進行呼吸控制，降低呼吸運動［26］；最后，只選取了前3 次CBCT 掃描數據，缺少患者后續治療的掃描數據，未能進行更詳細的測量與分析，在后續的研究中，應增加多個時間斷面，再重復測量評價。

綜上所述，由于食管癌的靶區屬于長條形，相對于肺癌的靶區，存在較大的擺位誤差，食管癌靶區的旋轉誤差會加大對平移誤差的影響，因此，在本研究中，建議為食管癌患者治療時，采用六維配準技術配合六維床，糾正六維方向的擺位誤差，降低旋轉誤差對平移誤差的影響，減少對靶區劑量的影響。在后續研究中，會進行驗證光學體表檢測系統實時監控患者胸部體表六維方向位移誤差的有效性，運用于食管癌患者放療的過程中，減少CBCT 掃描的次數，降低患者X線的受量。