錐形束CT圖像引導在盆腔腫瘤患者調強放射治療中位置誤差測定的應用分析

俞 雅 許 青* 韓 序 任 珺 袁曉倩 胡軼雯

隨著現代放射治療技術不斷發展，調強放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)已經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，腸道的蠕動及膀胱、直腸的充盈程度不同等影響放射治療擺位的重復性，增加了治療中擺位誤差[1-3]。精確的擺位是準確執行IMRT計劃的關鍵所在，可對治療效果產生重要影響[4-5]。Edge加速器使用千伏級X射線管和X射線平板接收器的拍攝系統，進行患者影像采集，進行治療位置圖像和計劃設計圖像的實時骨性結構校準匹配，實現對盆腔腫瘤進行大劑量高能照射，又能夠對周邊正常組織器官實現更好的保護[6-7]。錐形束CT(cone beam computed tomography，CBCT)圖像引導技術可以在線校準盆腔腫瘤患者的位置誤差，測定治療過程中的靶區位置移動，計算出臨床靶區(clinical target volume，CTV)外擴至計劃靶區(planning target volume，PTV)的邊界范圍，為PTV外放邊界提供參考依據，從而提高IMRT的治療精準性。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選取2019年7月至2020年2月在復旦大學附屬腫瘤醫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25次，PTV為142.90～1 733.8 cm3(中位值589.11 cm3)。本研究經復旦大學附屬腫瘤醫院倫理委員會批準，已取得患者的知情同意并簽署知情同意書。

1.2 納入與排除標準

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

(2)排除標準：①嚴重的無法糾正的凝血功能障，有出血傾向者；②不能控制的嚴重感染者；③出現廣泛轉移的患者。

1.3 儀器設備

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(美國瓦里安公司)。

1.4 CT定位、靶區勾畫及計劃設計

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。醫生進行腫瘤靶區和正常組織器官的勾畫，物理師進行計劃方案設計，并在CT定位機進行驗證。

1.5 CBCT圖像獲取及骨性結構匹配

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

1.6 圖像數據獲取

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個方向的線性誤差，以及俯仰角、翻滾角和偏轉角3個方向的角度誤差。應用SPSS18.0軟件處理患者放射治療校準前、誤差校準后的位置誤差值，得出線性誤差總體的均數(Σ)和標準差(σ)。根據van Herk[8]提出的臨床靶區CTVPTV外放公式MPTV(外放)＝2.5Σ＋0.7σ計算所需的PTV外擴值，其中∑為群體系統誤差，σ為群體隨機誤差。

1.7 統計學方法

采用SPSS18.0軟件對所有數據進行統計分析，群體系統誤差(∑)采用所有個體系統誤差的標準差表示，個體系統誤差以擺位誤差的平均值表示；群體隨機誤差(σ)為所有個體隨機誤差平方均值的平方根表示，個體隨機誤差以擺位誤差均值±標準差()表示，兩獨立樣本t檢驗，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 整體線性及旋轉位置誤差

27例盆腔腫瘤患者共行270次CBCT掃描，獲得放射治療校準前、誤差校準后位置誤差數據。在上下平移、頭腳平移和左右平移的3個方向線性誤差，以及俯仰角(Pitch)、翻滾角(Roll)和偏轉角(Rtn)的3個方向旋轉誤差上，患者放射治療校準前的位置誤差為(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，旋轉誤差分別為(0.06±0.23)°、(0.07±0.21)°和(0.08±0.30)°。分析結果顯示，在線性誤差和旋轉誤差上，盆腔腫瘤患者放射治療校準前、誤差校準后比較，差異有統計學意義(t線性誤差=8.372，t=3.660，t=6.250；t旋轉誤差=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 個體線性位置誤差

27例盆腔腫瘤患者，每周在放射治療校準前、誤差校準后獲取CBCT配準圖像數據，整個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前CBCT配準圖像的位置誤差比較發現，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27例盆腔腫瘤患者上下平移、頭腳平移和左右平移的3個方向的線性位置誤差結果，計算出群體系統誤差、群體隨機誤差，根據MPTV=2.5∑+0.7σ擴邊公式計算出PTV外放范圍。臨床靶區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圖像獲取及骨性結構匹配見圖1。

圖1 盆腔腫瘤患者不同位置的CBCT圖像獲取及骨性結構匹配

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影像引導技術越來越廣泛應用于調強放射治療。鄭祖安等[9]基于影像引導驗證的體部放射治療的靶區位置進行研究，發現作為體部放射治療主流的體位固定技術，負壓真空袋塑型放射治療體位固定技術，提高了靶區位置精度，但仍有部分患者影像引導后需行位置校正。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，來評價光學表面監測系統在胸部腫瘤調強放射治療的擺位精度及其應用價值。CBCT不僅可以比較不同體位固定裝置效果、評價光學表面監測系統的應用價值，還能夠分析不同治療部位的腫瘤患者放射治療校準前、誤差校準后及分次間期擺位誤差的變化規律，指導腫瘤靶區PTV外擴邊界大小，為實施精確放射治療提供重要參考依據。

李奕彤等[11]發現，宮頸癌放射治療中，腫瘤變化、位置的移動與生理運動等因素的影響，使靶區實際受照劑量與初始計劃存在差異，部分靶區漏照，在圖像下漏照體積會減少，表明在盆腔腫瘤調強放射治療進行CBCT圖像引導的必要性。劉冉生等[12]選取20例宮頸癌調強放射治療患者，利用俯臥體架和熱塑體膜進行體位固定，初次治療前對患者行CBCT掃描，治療過程當中每周行1次CBCT掃描，獲取患者左右、頭腳及腹背3個方向上的擺位誤差與校正后3個方向的誤差均有差異，表明CBCT掃描有利于對擺位誤差的原因進行分析，并采取有效措施減少誤差，以保證實施準確的處方劑量，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，計算誤差值下器官劑量及靶區分布，比較擺位誤差對器官劑量與靶區的影響，發現糾正后的左右方向、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，差異均無統計學意義。由擺位誤差導致的宮頸癌原發腫瘤平均劑量變化范圍為-2.56%～3.57%。宮頸癌的擺位誤差會導致器官劑量及靶區的變化，調強放射治療宮頸癌中，應該在CBCT圖像引導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位置誤差部分結論相吻合。

國際輻射單位與測量委員會(International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU)62號報告給出靶區勾畫時，CTV到PTV外擴時應考慮內擴邊界(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誤差，發現左右方向平移位誤差最大，頭腳高低方向旋轉誤差最明顯，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拍攝驗證片，將驗證片和PTV影像圖進行誤差比較。發現電子射野影像裝置EPID和CBCT圖像引導一樣，可以進行盆腔部腫瘤患者位置誤差校準和臨床靶區PTV外放邊界計算。宋偉男等[15]使用CBCT實時在線校正直腸癌IMRT的擺位誤差，確定直腸癌患者放射治療計劃外擴邊界的范圍，可以使用千伏級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邊界值，與本研究的線性位置誤差和外擴邊界值相近。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致，需要進一步研究。

4 結論

CBCT圖像引導可以在線校正盆腔腫瘤調強放射治療中位置誤差，測定治療過程中的靶區位置移動，并能夠準確計算出患者因擺位誤差導致的PTV外擴邊界，為其勾畫范圍提供參考依據。