肺癌調強放療中擺位誤差分析及CTV-PTV外放邊界的研究

林 明

福建省腫瘤醫院放射治療中心，福建省福州市 350014

肺癌屬于臨床常見的惡性腫瘤，在全世界均具有較高的患病率以及致死率。造成該疾病發生的因素較多，包括環境、不良生活習慣以及遺傳因素等[1]。目前，臨床對該疾病的主要治療方式為放射治療[2]。以往臨床多通過二維照射對該疾病患者進行放射治療，但隨著臨床醫學技術的不斷發展，現階段已推出調強放療以及三維適形放療對該疾病患者進行治療，此兩項技術具有更高的精確度以及適形度，能夠使治療效果顯著提高[3]。但在臨床實踐應用中發現，放療過程中，由于肺部腫瘤會受到呼吸運動的影響導致其位置存在一定的規律性改變，而當肺部腫瘤位置發生改變后，肺部正常組織甚至周圍其他臟器會受到放療刺激而出現不適。故為了保障成功放射治療，確定擺位的重復性至關重要[4]。因此，需在臨床靶體積(CTV)的范圍上，再進行一定的外擴，即制定計劃靶體積(PTV)。但受對體位固定的方式不同影響，目前臨床尚無一致的外擴標準，本文旨在分析千伏錐形束 CT對擺位誤差的評估情況，評定其能否為外擴邊界的具體設定提供理論依據，特對我院接受調強放療治療的肺癌患者80例進行分析，具體如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2021年3—8月在我院接受調強放療治療的肺癌患者80例為觀察對象。80例患者中，男58例，女22例；年齡40～77歲，平均年齡(52.09±1.43)歲。患者及其家屬均同意參與本研究，且該研究已通過倫理委員會的批準。納入標準[5]：(1)腫瘤患者卡氏(KPS)評分表超過60分；(2)經病理學診斷確診為該疾病，且對調強放療耐受者；(3)無遠處轉移者。排除標準[6]：(1)未能堅持完成調強放療治療者；(2)合并其他腫瘤疾病者；(3)伴有重要臟器功能嚴重障礙者。

1.2 方法

1.2.1 體位固定及CT掃描：所有患者均調整為仰臥位，通過頭頸肩熱塑膜以及一體板對患者的身體進行固定，為患者選取適合其大小的頭枕墊在頭部下方，將肘部用雙手交叉抱住并向上舉過前額。固定好患者的體位后，讓患者保持平靜呼吸，通過X線電子計算機斷層掃描裝置(CT，生產廠家：荷蘭飛利浦公司，型號：Brilliance pinnacle3)從患者的第6頸椎開始進行增強CT掃描，一直掃描到第2胸椎，設定掃描分辨率為512×512，層距、層厚均為5mm，掃描電壓為120kV，電流為80mA。掃描結束后，通過DICOM將獲得的數據上傳到Eclipse 治療計劃系統工作站中，分別由影像師以及臨床醫生將靶區標記出來，并設計好計劃方案。

1.2.2 CBCT圖像掃描以及記錄擺位誤差：通過醫用電子直線加速器(生產廠家：醫科達/英國；型號：Elektra Axesse)OBI 機載影像系統對CBCT 圖像進行360°掃描，并設定掃描參數：掃描電壓為100kV，電流為10mAs、M20。所有患者均接受常規的CBCT 驗證，根據驗證結果給予在線位置校正，所有患者均接受522次掃描。以自動加手動的形式將OBI掃描出的CBCT 圖像以及計劃系統匹配的DRR片開啟灰度圖像配準，計算治療床的腹背方向、頭腳方向以及左右方向的擺位誤差情況做好記錄，并將三個不同方向以Z軸、Y軸以及X軸進行體現。

1.2.3 計算CTV外擴邊界的值：以∑表示X軸、Y軸以及Z軸上的擺位誤差中的系統誤差。系統誤差是具有規律性的誤差，提示在加速器上對模擬定位進行重復操作時存在的技術難點，造成該誤差發生的原因與激光燈以及加速器的機械誤差等儀器的不可靠性有關，但其在對某些特定患者治療過程中又是恒定的，計算公式為：

以σ表示X軸、Y軸以及Z軸上的擺位誤差中的隨機誤差。隨機誤差是具有偶然性的誤差，是指患者在治療期間體位出現的重復性差異。造成該誤差發生的原因主要與患者的呼吸運動頻率以及技術員擺位有關，計算公式為：

其中N代表擺位次數，Δi代表擺位時出現的誤差。van-Herk等研究學者在《Int J Radiat Oncol Biol Phys》中發表的文章中提到，其將群體化累積劑量分布概率法套用到蒙特卡洛模型中，通過靶區覆蓋以及DVH可能性分析，發現為了保障90%以上的患者CTV 累積劑量能在95%以上的處方劑量，其CTV-PTV 外放邊界應在(2.5∑總+ 0.7σ總)的值以上[7-8]。

2 結果

2.1 計算擺位誤差數據 將所有患者接受CBCT 掃描校準期間所出現的522組三維方向的擺位數據進行整理計算，得出X軸、Y 軸、Z軸誤差及最大誤差值，見表1。所有患者的擺位誤差發生情況見表2。

表1 擺位誤差數據情況

表2 擺位誤差發生率[n(%)，n=522]

2.2 CTV外擴邊界值 所有患者接受CBCT 掃描校準期間所出現的擺位誤差以及外擴邊界見表3。以(2.5∑總+0.7σ總)進行整理計算，得出X軸、Y 軸、Z軸的理論外擴邊界分別為1.90mm、5.69mm、2.73mm。

表3 CTV外擴邊界值(mm)

3 討論

高質量、高精密的儀器設備是保障患者能夠接受高質量治療的前提條件，但治療的最終效果還是取決于治療過程的科學性[9]。調強放射是目前臨床對肺癌患者的高應用率治療方式，并具有一定的治療效果[10]。但受腫瘤所分布的位置不同、腫瘤形態以及種類存在的差異，為了保障射線能夠安全、有效、準確地對腫瘤進行照射，降低擺位誤差至關重要[11]。擺位誤差包含了隨機誤差以及系統誤差，其中隨機誤差是指患者的配合程度、肺受呼吸運動產生的非自主運動以及治療師對患者體位擺放的專業水平等因素造成的誤差，臨床以σ表示[12]；而系統誤差是指計劃設計、圖像上傳以及CT直線加速器、定位機等設備的質量控制情況，臨床以∑表示。從此可以看出在放射治療期間，是無法徹底避免擺位誤差的出現，而在白逸川等學者[13]研究中提到，在放射治療期間，如體位出現3mm的移動，則治療效果會降低3.3%；如出現5mm的移動，則治療效果會降低18.4%；如出現6mm的移動，則治療效果會降低33.1%。提示了放射治療期間體位擺動越大，對治療效果造成的影響越高。故為了降低擺位誤差的幅度，盡可能提高治療位置精確度至關重要，這也是圖像引導技術出現的必然性。在調強放射治療應用的最開始階段，其對照射范圍合理性的主要驗證方式是憑借儀器自身佩戴的EPID完成，而儀器佩戴的EPID是將靶區外放5mm設定成固定的安全治療范圍，但隨著醫療技術的不斷發展，千兆級錐形束CT的推出應用，其是通過成像裝置對患者治療前的圖像進行獲取，根據獲取的圖像與計劃CT進行比較，對腫瘤中心出現的位置偏移情況進行評估，進而使擺位誤差得以降低。其具有更精確的驗證范圍，故目前臨床已將其完全取代 EPID，將CBCT作為擺位誤差的驗證方式。

本研究表明，將所有患者接受CBCT 掃描校準期間所出現的522組三維方向的擺位數據進行整理計算，得出X軸誤差為(1.651 91±1.421 99)mm、Y 軸誤差為(2.130 21±1.288 76)mm、Z軸誤差為(2.120 21±1.572 23)mm。最大誤差為-7.58mm、-9.78mm、8.28mm，不同方向的擺位誤差均符合正態分布；以(2.5∑總+ 0.7σ總)進行整理計算，得出X軸、Y 軸、Z軸的理論外擴邊界分別為1.90mm、5.69mm、2.73mm。這與戚濤等學者[14]相應觀點一致。結合本文結果進行分析，造成X軸誤差值的主要因素為患者體膜松緊度，造成 Y軸誤差值的主要因素為患者雙手交叉上舉以及胸部呼吸運動的重復性差異，造成 Z軸誤差值的主要因素為患者的體型、體重不同。本文結果中提示了Y 軸誤差值最大，反映了臨床在對患者的體位擺放期間應重點注意患者的頭腳擺放方向。且雖然每個方向的擺位誤差均為低于3mm產生的更多，但存在更多的波動性。證實了放療擺位水平還有一定的提高范圍，在對患者進行體位擺放時，應做好規范管理。以(2.5∑總+ 0.7σ總)進行整理計算的結果能夠發現，擺位誤差的系統誤差會直接影響外擴邊界的范圍。由于設備的不確定度是造成系統誤差產生的主要原因，故可通過提高對設備的校準頻率，減少設備出現的機械誤差范圍[15]。在此同時，也不能忽視隨機誤差發生的風險。根據計算結果可以看出，為了保障每個方向均能夠在CTV的照射范圍內，應將不同方向均進行10mm的外擴，但這樣會導致過多的健康組織受到輻射，不利于患者的預后。故應通過強化對治療師的技能培訓，并指導患者在接受治療前先進行呼吸訓練，降低擺位誤差的產生幅度，盡可能將外擴邊界控制在5mm以內。

綜上所述，千伏級錐形束 CBCT在肺癌患者接受調強放療治療前先進行擺位誤差的評估，能夠有效計算出CTV 外擴邊界的值，為臨床設定照輻范圍提供依據。并應做好對影響擺位誤差產生因素的管控，降低擺位誤差產生幅度，以保障患者的治療效果以及治療安全性。