肺癌放療兩種體位固定技術擺位誤差比較

王佳琦，楊敬賢，于松茂，岳海振

1. 北京大學腫瘤醫院暨北京市腫瘤防治研究所 放療科 惡性腫瘤發病機制及轉化研究教育部重點實驗室，北京 100142；2. 齊魯醫藥學院 醫學影像學院，山東 淄博 255300

引言

隨著放射治療技術、計算機技術、藥學等學科的發展，使得腫瘤患者的精確放療成為可能[1]，這也推動著放射治療向“精確定位”“精確計劃”“精確治療”的“三精放療”時代邁進[2]。特別是容積旋轉調強放療、立體定向放射外科、立體定向放射治療、賽博刀等新技術的臨床應用[3-5]，對于腫瘤的精確定位提出了更高的要求[6]。肺癌，特別是肺下葉腫瘤，運動度一般較大，為了實現精確治療的目的，需要嚴格的控制腫瘤運動。腹部加壓配合光學體表引導技術（Surface Guide Radiation Therapy，SGRT）完成4D-CT的掃描及治療擺位和運動監控一種新型的方式。光學體表就是利用紅外線在體表的投影引導追蹤患者的呼吸運動和細微的體表變化，檢測擺位誤差，具有無輻射、可重復、精度高的特點。腹壓板加壓技術是利用朝向患者頭部斜向上加壓、固定軀干，選擇合適的壓力大小，最大可能地限制由于呼吸造成的腫瘤位置的移動。腹壓板的重復性較好，故作為腹部加壓的代表應用于胸部腫瘤放療。研究表明，限制呼吸運動可以明顯提高肺癌的放療效果[7]。本研究通過對比肺癌患者單獨使用真空墊固定和真空墊配合腹部加壓固定兩種的擺位誤差，旨在為固定方式的優選使用提供參考。

1 材料與方法

1.1 病例選取

以方面抽樣的方法選取2019年6月至2020年11月在北京大學腫瘤醫院Varian公司Edge加速器（型號SN2747）行肺癌放療的患者31例，均簽署知情同意書。其中男23例、女8例，年齡49～84歲(中位數63.9歲)。根據不同體位固定方式分為兩組，其中A組17例均僅使用藍色真空墊固定，共獲取了125次錐形束CT（Cone Beam CT，CBCT），B組14例采用藍色真空墊結合比利時ORFIT腹壓板加壓固定，獲取了122次CBCT。所有患者在西門子40排大孔徑定位CT（SOMATOM）與Varian 治療計劃系統Eclipse（v15.5）上完成定位掃描和治療計劃制作，在Edge加速器放療(使用六維碳纖維治療床)并采用LAP三維激光定位系統進行擺位,并用Catalyst-HD 光學體表引導系統輔助擺位。患者采用仰臥位，頭部先進的治療方式，兩種真空墊均用真空墊固定器[本中心自行設計的固定器（已申請專利），使得真空墊與固定床板有良好固定]固定于ORFIT碳纖維床板上，且每次擺位要求與定位CT持一致。

1.2 Catalyst HD 設置

將3個紅外相機表面影像的增益參數設為 200%，時間為8000 μs，掃描范圍為胸部，參考圖像（Reference）和實時圖像（Live）的平均計算時間為4 s，特殊患者針對其不同膚色進行個性化調整。為確保治療精度，每天治療前對 Catalyst HD 進行日檢，日檢需達標，當日系統偏差選擇不補償。

1.3 體位固定及 CT 定位

固定裝置制作：首先將真空墊抽真空，A 組患者取自然舒適體位，仰臥于真空墊上(真空墊放氣后平鋪固定于碳纖維板上) ，雙手交叉抱肩關節（左上右下），按照患者的體位固定成型； B 組患者采用相同的方式制作真空墊，區別在于A組患者直接仰臥在碳纖維固定板上，B組患者增加了腹壓板限制了呼吸運動。CT 定位掃描：兩組患者均采取與制作固定裝置一致的體位，均在患者身體表面用皮膚記號筆標出激光燈的投影交點，通常用 “+”在患者的前面及左右面分別標記。在標記的中心點各貼1 個1 mm的鉛標點后，采用4DCT的掃描方式，采集定位 CT 影像。將獲取到的影像通過CCIP系統傳輸至 Eclipse 計劃系統。

1.4 擺位流程與圖像配準

擺位嚴格保持體固定裝置制作及CT掃描時的姿勢，以提高患者體位的重復性。擺位誤差嚴格控制在旋轉角度（Rtn、Pitch、Roll）小于 1.5°，線性誤差（Lat、Vrt、Lng）小于 5 mm兩組患者擺位后進行 CBCT 掃描，掃描條件為125 kV、 270 mAs。將上述兩種CT圖像按照骨性標志進行剛性配準，獲取 3 個線性方向和 3 個旋轉方向共 6 個方向的配準誤差。配準誤差取其絕對值（即不考慮方向）即為擺位誤差。

1.5 數據統計

采用利用GraphPad Prism8.0進行數據處理和作圖，計數方式以均數±標準差表示。對兩組病例的六個方向擺位誤差進行均值分析和方差齊性檢驗（F檢驗），方差齊（P＞0.05）行獨立樣本t檢驗，方差不齊（P＜0.05）行校正t檢驗，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 擺位誤差比較

對照組（A組）、實驗組（B組）病例6個維度配準誤差比較結果見表1。由表1可以看出，z、Rtn、Pitch、Roll方向方差不齊（P＜0.05），行校正t檢驗，x、y方向行獨立樣本t檢驗；B組擺位誤差均值全部小于A組（x方向除外），y、z、Rtn、Pitch方向差異全部具有統計學意義（P＜0.05）。A、B兩組病例六方向擺位誤差箱圖分析見圖1。

表1 兩組病例6個維度配準誤差比較

圖1 A、B兩組病例六方向擺位誤差箱圖分析

2.2 誤差分布情況

A、B2 組病例 CBCT 配準數據在x、y、z3 個平移方向和 Rtn、Pitch、Roll3個旋轉方向的誤差分布如圖2～3所示。可以看出，B 組配準誤差分布較為集中且向 0 靠近，A 組配準誤差分布較為分散且出現多次誤差較大（＞0.29 cm或＞1.5°）的情況。

圖2 兩組病例三個線性方向（x、y、z）配準誤差分布

圖3 兩組病例三個旋轉方向（Rtn、Pitch、Roll）配準誤差分布

3 討論

腫瘤放射治療是一種多次重復擺位的治療過程[8]，需要保持多次重復擺位的準確性，這就對靶區和危機器官的重復性要求很高。由于人體胸部解剖特點，如體積較大，有較大的生理運動等，故對胸部腫瘤患者的體位固定、重復擺位的難度較大[9]。

在放療過程中，由于肝臟位置受呼吸運動影響較大（上下方向運動幅度達1～3 cm）[10]，導致右肺下葉的腫瘤會發生較大的位移。為確保精確放療的實施，需要嚴格的控制腫瘤運動。目前常用的呼吸管理方式有限制呼吸運動的腹部加壓、消除呼吸運動的主動呼吸控制（Active Breathing Control，ABC）和追蹤呼吸運動的門控。由于ABC和呼吸門控相應設備價格昂貴，患者經濟負擔重，且治療前需對患者進行相應的訓練，操作復雜[11]。 Negoro等[12]用X線透視估計肺內腫瘤的運動情況。若腫瘤運動振幅＞5 mm，用腹部壓塊限制腫瘤運動，發現使用腹部壓塊可使腫瘤位移由 8～20 mm 縮小至2～11 mm[13]，可以明顯降低運動造成的脫靶風險和鄰近危及器官的輻射劑量。

腹部加壓方式及腹壓板的品牌型號有多種，在國內的各醫療單位的應用越來越普遍。徐庚等[14]、Chu等[15]曾對相關設備及原理做過較為深入介紹。本研究主要借助CBCT和光學體表輔助校準擺位誤差[16]，于松茂等[17]也做過類似更細致的研究。本研究通過使用腹壓板有效的限制呼吸幅度，減小了y方向上的位置變化。由于胸部皮膚組織的運動得到了進一步的控制，使得在x方向的誤差也進一步減小。Rtn、Pitch旋轉方向的誤差也因患者與真空墊的位置得到了進一步固定，相較于單純使用真空墊固定的方式真空墊加腹壓板都有更小的擺位誤差。

研究表明，SGRT用于輔助放療擺位有較高精度和穩定性,對于腫瘤放療擺位有一定指導意義[18]。本研究使用了Varian公司的Edge加速器進行實驗，該加速器配備有六維床，結合Catalyst-HD SGRT可以在除了線性誤差外還進行了旋轉方向的誤差分析。但是收集的數據有限，在旋轉方向上的擺位誤差，需要日后更多六維床擺位誤差數據的支持。由于碳纖維材質的腹壓板不能進入核磁定位室，因此對于需要核磁定位的患者不能使用腹壓板固定。但通過本研究進一步證明了采用腹部加壓的方式可以減小擺位誤差，下一步可以對其他的腹部加壓方式進一步研究。

綜上所述，ICRU 24號報告指出，靶區照射劑量偏離5%就有可能使原發灶失控或并發癥增加[19]。且當V20＞30%時發生放射性肺炎的可能性會迅速增大。因此使用腹部加壓的辦法限制呼吸運動是非常必要的。腹部加壓方式不但可以降低擺位誤差，并且可以有效減小IGTV呼吸腫瘤區的范圍，更好的保護正常組織、增加靶區體積內的治療劑量，提高肺癌放療療效有著良好的臨床選用價值及廣泛應用前景。