IGRT技術(shù)在肺癌SBRT治療靶區(qū)位置誤差測(cè)定中的應(yīng)用

王昌民， 胡偉剛， 彭佳元， 蔡旭偉， 傅小龍，許 青*

1.復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放療科，復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院腫瘤學(xué)系，上海 200032 2.上海交通大學(xué)附屬胸科醫(yī)院放療科，上海 200030

技術(shù)與方法

IGRT技術(shù)在肺癌SBRT治療靶區(qū)位置誤差測(cè)定中的應(yīng)用

王昌民1， 胡偉剛1， 彭佳元1， 蔡旭偉2， 傅小龍2，許 青1*

1.復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放療科，復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院腫瘤學(xué)系，上海 200032 2.上海交通大學(xué)附屬胸科醫(yī)院放療科，上海 200030

目的：探討圖像引導(dǎo)放射治療(image guided radiation therapy，IGRT)技術(shù)在測(cè)定并校正肺部惡性腫瘤體部立體定向放射治療(stereotactic body radiation therapy,SBRT)過(guò)程中靶區(qū)位置誤差的意義。方法：選擇復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院收治的14例肺部惡性腫瘤并接受SBRT的患者。每次治療前后均進(jìn)行千伏級(jí)錐形束CT (kV-CBCT)掃描，與計(jì)劃CT圖像進(jìn)行在線配準(zhǔn)，校正誤差后進(jìn)行治療。治療后再次進(jìn)行CBCT掃描并配準(zhǔn)。分別記錄治療前后靶區(qū)位置誤差。根據(jù)臨床靶區(qū)(CTV)-計(jì)劃靶區(qū)(PTV)外放公式MPTV(外放)=2.5Σ+0.7σ計(jì)算PTV外擴(kuò)大小。結(jié)果：治療前靶區(qū)位置左右、頭腳、腹背方向誤差最大值分別為10.0 mm、16.9 mm、8.7 mm，誤差平均值分別為(2.4±2.8) mm、(3.4±4.6) mm、(2.9±3.4) mm。在線校正并治療后，靶區(qū)位置左右、頭腳、腹背方向的誤差最大值分別為7.6 mm、4.6 mm、7.0 mm，誤差平均值分別為(2.1±2.0) mm、(1.5±1.6) mm、(1.7±2.0) mm。無(wú)圖像引導(dǎo)PTV外擴(kuò)大小為左右7.96 mm、頭腳11.72 mm、腹背9.63 mm，有圖像引導(dǎo)并在線校正PTV外擴(kuò)大小為左右6.65 mm、頭腳4.87 mm、腹背5.65 mm。結(jié)論：IGRT技術(shù)可即時(shí)校正SBRT治療前由擺位引起的靶區(qū)位置誤差，并測(cè)定治療過(guò)程中的靶區(qū)位置移動(dòng)，能提高治療精度，并有助于PTV外擴(kuò)的制定。

圖像引導(dǎo)放射治療；體部立體定向放射治療；誤差；計(jì)劃靶區(qū)

在男性癌癥患者中，肺癌的發(fā)病率和死亡率最高；在女性癌癥患者中，肺癌發(fā)病率占第4位、死亡率占第2位。在所有癌癥患者中，肺癌發(fā)病率和死亡率分別占13%和18%[1]。大多肺癌患者因?yàn)槠渌膊』蛏眢w狀況較差，圍手術(shù)期發(fā)生并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)較大，腫瘤標(biāo)準(zhǔn)切除后長(zhǎng)期功能障礙發(fā)生率較高，這類患者不能進(jìn)行手術(shù)切除[2]。對(duì)于大多數(shù)無(wú)法接受手術(shù)或不愿接受手術(shù)治療的患者，放射治療是重要的局部治療手段[3]。體部立體定向放射治療(stereotactic body radiation therapy,SBRT)因可以縮短放療療程、提高放療生物學(xué)效應(yīng)，目前正被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于臨床[4]。腫瘤放射治療中，不論是根治還是姑息放療，在給予腫瘤區(qū)域足夠治療劑量的同時(shí)，應(yīng)盡量減少周圍正常組織和器官受到的照射劑量，以提高腫瘤的局部控制率，并減少正常組織的放射并發(fā)癥。SBRT能對(duì)體部腫瘤進(jìn)行精確放射治療，具有大分割、短療程、單次治療劑量大的特點(diǎn)[5]。

SBRT的治療精度較高，但是擺位誤差和治療過(guò)程中的體位移動(dòng)仍難以避免。圖像引導(dǎo)放療(image guided radiation therapy，IGRT)技術(shù)將放射治療機(jī)和成像設(shè)備結(jié)合，在治療過(guò)程中采集有關(guān)的圖像信息，確定治療靶區(qū)和主要器官的位置、運(yùn)動(dòng)，并在需要時(shí)進(jìn)行位置和劑量分布的校正，以減少放療靶區(qū)擺位誤差[6]；而且有助于分析治療過(guò)程中靶區(qū)位置的移動(dòng)趨勢(shì)，為計(jì)劃靶區(qū)(PTV)外擴(kuò)大小的制定提供參考，從而提高SBRT的治療精度，并更好地保護(hù)周圍正常組織[7]。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選擇復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放療科2014年1月至7月收治的經(jīng)病理學(xué)確診的肺部原發(fā)惡性腫瘤患者14例。14例患者因其他疾病不能手術(shù)或不愿接受手術(shù)治療，而在我院接受SBRT。其中，男性10例，女性4例；年齡36～85歲，平均年齡(66.7±12.2)歲；放療次數(shù)為4～6次。

1.2 CT模擬定位和計(jì)劃設(shè)計(jì) 患者在平靜呼吸狀態(tài)下采用荷蘭Philips CT模擬機(jī)(85 cm孔徑模擬CT)進(jìn)行掃描定位，電壓120 kV、準(zhǔn)直0.75 mm、螺距 0.982、層厚3 mm、間隔3 mm、視野(FOV)500 mm，矩陣512×512。將獲得的定位CT圖像上傳至pinnacle放療計(jì)劃系統(tǒng)，用于治療計(jì)劃的制定，同時(shí)上傳至X線容積成像(X-ray volume imaging，XVI)系統(tǒng)用于圖像配準(zhǔn)。

1.3 體位固定和擺位 所有患者均采用定制的真空體膜固定，仰臥位，雙手抱肘置于額前。每次治療由一名醫(yī)師和兩名技術(shù)員共同完成，由兩名技術(shù)員在患者平靜呼吸狀態(tài)下進(jìn)行同中心擺位，在醫(yī)師指導(dǎo)下采用非共面調(diào)強(qiáng)適形放療技術(shù)進(jìn)行治療。

1.4 圖像獲取及校對(duì) 采用瑞典Elekta公司Synergy 1372醫(yī)用直線加速器(配備有KV-CBCT和XVI)，在治療過(guò)程中實(shí)時(shí)獲取靶區(qū)和重要器官的圖像數(shù)據(jù)，并在線校正誤差，實(shí)現(xiàn)基于KV-CBCT的IGRT。本研究中每次擺位完成后采用360°標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)模式進(jìn)行CBCT掃描，利用XVI系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，并分析、重建，獲得橫斷面、矢狀面及冠狀面CT圖像；用軟件自帶的自動(dòng)配準(zhǔn)功能，采用灰度配準(zhǔn)方式進(jìn)行配準(zhǔn)比對(duì)，獲取治療前靶區(qū)位置誤差數(shù)據(jù)，進(jìn)行移床校正(因加速器未帶旋轉(zhuǎn)軸向調(diào)整功能，故不能調(diào)整旋轉(zhuǎn)誤差)，然后進(jìn)行治療。治療結(jié)束后再進(jìn)行CBCT掃描，獲取治療后的靶區(qū)位置誤差。

1.5 數(shù)據(jù)分析 所有患者共進(jìn)行了120次CBCT掃描，獲得120組數(shù)據(jù)。誤差數(shù)據(jù)包括沿左右、頭腳、腹背3個(gè)方向的平移誤差和繞3個(gè)軸線的旋轉(zhuǎn)角度誤差，因本研究中設(shè)備不具備校正旋轉(zhuǎn)角度誤差的功能，故主要研究平移方向誤差。采集并計(jì)算每次治療中每例患者的治療前和治療后左右、頭腳、腹背3個(gè)方向的靶區(qū)位置平移誤差，得出平移誤差總體的均數(shù)(Σ)和標(biāo)準(zhǔn)差(σ)，根據(jù)van Herk[8]提出的臨床靶區(qū)(CTV)-計(jì)劃靶區(qū)(PTV)外放公式MPTV(外放)=2.5Σ+0.7σ計(jì)算所需的PTV外擴(kuò)值。

2 結(jié) 果

2.1 典型病例每次治療誤差分析 示例病例每次治療前靶區(qū)位置左右、頭腳、腹背方向的誤差平均值分別為(2.6±1.9)mm、(6.3±1.0)mm、(1.5±2.1)mm，可見(jiàn)頭腳方向誤差較大(圖1)；頭腳方向誤差均發(fā)生在向頭方向。治療后靶區(qū)位置左右、頭腳、腹背方向的誤差平均值分別為(1.0±1.4)mm、(2.3±0.1)mm、(2.0±0.8)mm(圖2)，較治療前誤差小。

圖1 示例病例治療前靶區(qū)位置誤差

圖2 示例病例治療后靶區(qū)位置誤差

2.2 在線配比示例 每次治療前和治療后進(jìn)行CBCT掃描后，將獲取的冠狀面、矢狀面、橫斷面圖像與CT上傳的模擬圖像進(jìn)行自動(dòng)配比，得出靶區(qū)位置誤差。CBCT掃描所獲取的圖像與參考圖像的匹配較好，誤差小(圖3)。靶區(qū)誤差較大的比對(duì)示例見(jiàn)圖4，該例頭腳方向誤差值較大(8.4 mm)，對(duì)靶區(qū)劑量分布影響較大。

圖3 靶區(qū)誤差較小的配比示例A：左右方向；B：頭腳方向；C：腹背方向；D: 配準(zhǔn)范圍

圖4 靶區(qū)誤差較大的配比示例A：左右方向；B：頭腳方向；C：腹背方向；D: 配準(zhǔn)范圍

2.3 所有病例治療前靶區(qū)位置誤差分析 對(duì)獲得的所有病例的治療前靶區(qū)位置誤差進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)治療前靶區(qū)位置左右、頭腳、腹背方向誤差最大值分別為10.0 mm、16.9 mm、8.7 mm，頭腳方向較其他兩個(gè)方向靶區(qū)位置誤差大；左右、頭腳、腹背方向誤差平均值分別為(2.4±2.8)mm、(3.4±4.6)mm、(2.9±3.4)mm。治療前靶區(qū)位置誤差分布見(jiàn)圖5，基本呈正態(tài)分布(圖6)。

圖5 所有病例治療前靶區(qū)位置誤差分布

圖6 所有病例治療前靶區(qū)位置誤差離散度分布

2.4 所有病例治療后靶區(qū)位置誤差分析 對(duì)獲得的所有患者的治療后靶區(qū)位置誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，左右、頭腳、腹背方向誤差最大值分別為7.6 mm、4.6 mm、7.0 mm，左右方向誤差較其他兩個(gè)方向大；左右、頭腳、腹背方向誤差平均值分別為(2.1±2.0)mm、(1.5±1.6)mm、(1.7±2.0)mm。另外發(fā)現(xiàn)有2例患者治療后部分誤差值仍較大。治療后靶區(qū)位置誤差分布見(jiàn)圖7～圖8。治療后靶區(qū)位置誤差明顯小于治療前。治療后靶區(qū)位置誤差離散度分布見(jiàn)圖8，基本呈正態(tài)分布。

圖7 所有病例治療后靶區(qū)位置誤差分布

2.5 PTV外擴(kuò)大小的計(jì)算 對(duì)獲得的所有患者的治療前和治療后誤差分別進(jìn)行分析。由治療前靶區(qū)位置誤差計(jì)算得出，不使用CBCT校正(無(wú)圖像引導(dǎo))放療所需要的PTV外擴(kuò)大小為左右7.96 mm、頭腳11.72 mm、腹背9.63 mm。由治療后靶區(qū)位置誤差計(jì)算得出，使用CBCT校正(有圖像引導(dǎo))后再治療所需要的PTV外擴(kuò)大小為左右6.65 mm、頭腳4.87 mm、腹背5.65 mm。

圖8 所有病例治療后靶區(qū)位置誤差離散度分布

3 討 論

SBRT是高度精確的放射治療，單次治療劑量大，但是擺位重復(fù)性差，治療過(guò)程中患者身體易移動(dòng)，且受呼吸運(yùn)動(dòng)的影響。IGRT技術(shù)能較直接地觀察治療靶區(qū)是否位于PTV內(nèi)，為精確治療提供支持[9]。文獻(xiàn)[10]報(bào)道，胸腹部腫瘤大分割放療中使用IGRT技術(shù)進(jìn)行在線校位能有效減小治療前擺位誤差，校正后平均誤差值<1 mm、標(biāo)準(zhǔn)差<1 mm、95%誤差值-2.0～2.0 mm，能滿足大分割放療的精確要求。依據(jù)本次研究中獲取的靶區(qū)位置誤差數(shù)據(jù)，根據(jù)van Herk提出的CTV-PTV外放公式MPTV(外放)=2.5Σ+0.7σ，由治療前靶區(qū)位置誤差計(jì)算得出，不使用CBCT校正而直接放療需要的外擴(kuò)大小為左右7.96 mm、頭腳11.72 mm、腹背9.63 mm；由治療后靶區(qū)位置誤差計(jì)算得出，經(jīng)CBCT圖像引導(dǎo)校正后再治療需要的外擴(kuò)大小為左右6.65 mm、頭腳4.87 mm、腹背5.65 mm。

胸腹部腫瘤靶區(qū)位置相對(duì)于其他部位腫瘤更容易受呼吸運(yùn)動(dòng)和器官運(yùn)動(dòng)的影響，增加了放療過(guò)程中靶區(qū)位置移動(dòng)的不確定性。另外，靶區(qū)位置、身體狀況、體質(zhì)量指數(shù)及皮膚肌肉的松弛度也會(huì)影響靶區(qū)位置誤差[11-12]。治療后靶區(qū)位置誤差可能主要由治療前CBCT校正后殘留誤差和治療過(guò)程中患者移動(dòng)造成的誤差組成。為了降低患者的非治療照射劑量，本組病例未在CBCT校正后測(cè)定殘留誤差。文獻(xiàn)[10]報(bào)道，CBCT校正后殘留左右、頭腳、腹背方向誤差平均值分別為0.8 mm、0.9 mm、0.9 mm，因SBRT單次治療劑量較大，治療過(guò)程較常規(guī)分割放療復(fù)雜，放療過(guò)程中需要進(jìn)行兩次CBCT掃描，數(shù)據(jù)重建、比對(duì)及校正均延長(zhǎng)治療時(shí)間，從而使靶區(qū)位置移動(dòng)增加。本研究中患者單次治療時(shí)間平均達(dá)30 min。本研究中2例患者治療后靶區(qū)位置誤差較其他患者偏大， 可能與患者年齡較大(分別為79歲、85歲)、皮膚及肌肉組織較松弛、身體素質(zhì)相對(duì)較差，在SBRT治療過(guò)程中不能長(zhǎng)時(shí)間保持體位有關(guān)。因此，身體素質(zhì)較差、不能長(zhǎng)時(shí)間保持固定體位的患者不宜使用SBRT治療，必須進(jìn)行SBRT治療時(shí)可采取其他適合的固定裝置和輔助措施，使患者在治療中盡量保持體位不變。

靶區(qū)位置誤差除平移誤差外還存在旋轉(zhuǎn)誤差，因本研究中加速器未帶旋轉(zhuǎn)軸向調(diào)整功能，未對(duì)患者靶區(qū)位置旋轉(zhuǎn)誤差進(jìn)行校正。本研究中治療前靶區(qū)位置繞左右、頭腳、腹背軸向的旋轉(zhuǎn)誤差平均值分別為(0.6±0.7)°、(0.5±1.1)°、(0.1±1.0)°，治療后靶區(qū)位置誤差繞左右、頭腳、腹背軸向的旋轉(zhuǎn)誤差平均值分別為(0.4±0.8)°、(0.3±0.8)°、-(0.1±0.9)°。Remeijer等[13]和Fu等[14]的研究認(rèn)為，因旋轉(zhuǎn)誤差導(dǎo)致的放射劑量改變很小，可以忽略。平均值為1°的旋轉(zhuǎn)誤差不影響95%靶區(qū)接受的照射劑量[15]，而>2°的旋轉(zhuǎn)誤差會(huì)使靶區(qū)放射劑量發(fā)生3%～5%的變化[16-17]。平移誤差調(diào)整不引起旋轉(zhuǎn)誤差變化[18]。因此建議，當(dāng)旋轉(zhuǎn)誤差偏大而設(shè)備又不具備校正旋轉(zhuǎn)誤差功能時(shí)可考慮重新擺位，以最大限度降低旋轉(zhuǎn)誤差對(duì)靶區(qū)劑量的影響。

綜上所述，采用IGRT技術(shù)對(duì)肺部惡性腫瘤進(jìn)行SBRT治療時(shí)，可對(duì)由擺位引起的治療前靶區(qū)位置誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)校正，從而提高治療精度；而且可觀察治療過(guò)程中靶區(qū)位置的變化，測(cè)定治療后的靶區(qū)位置誤差，為PTV外擴(kuò)大小的制定提供參考。

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[本文編輯] 姬靜芳

The use of IGRT technique to measure the target position errors in SBRT treatment for lung cancer

WANG Chang-min1, HU Wei-gang1, PENG Jia-yuan1, CAI Xu-wei2, FU Xiao-long2, XU Qing1*

1.Department of Radiation Oncology, Fudan University Shanghai Cancer Center; Department of Oncology, Shanghai Medical College of Fudan University, Shanghai 200032, China 2.Department of Radiation Oncology，Shanghai Chest Hospital Affiliated to Shanghai Jiao Tong University, Shangha 200030, China

Objective：To discuss the significance of image-guided radiation therapy(IGRT) technique in measuring and correcting of target position errors in stereotactic body radiotherapy (SBRT) treatment for lung cancer.Methods：Totally 14 cases underwent SBRT treatment were enrolled in this study.Patients were scanned by kilo-voltage cone beam CT (KV-CBCT) before and after treatment, and online registered to the planning CT images; the target position error was corrected before treamtnet, and the CBCT was scanned and registered again after treatment.The target position errors were recorded before and after treatment.The CTV-PTV margin was calculated by the formula 2.5Σ+0.7σ.Results：The maximum pre-treatment error in right-left, head-feet and back-belly directions were 10 mm, 16.9 mm and 8.7 mm,respectively.The mean value of target position errors in right-left, head-feet and back-belly directions were (2.4±2.8) mm，(3.4±4.6) mm and (2.9±3.4)mm，respectively.The maximum post-treatment target position errors in right-left, head-feet and back-belly directions after online correction were 7.6 mm，4.6 mm, and 7.0 mm, respectively, and the mean values were (2.1±2.0)mm，(1.5±1.6) mm and (1.7±2.0) mm，respectively.Without the usage of image-guide, the PTV margins in right-left, head-feet and back-belly directions were 7.96 mm, 11.72 mm and 9.63 mm, respectively; with the usage of image-guide, the PTV margins in right-left, head-feet and back-belly directions were 6.65 mm,4.87 mm and 5.65 mm, respectively.Conclusions：The IGRT technology can online correct the pre-treatment target position errors and determine the target position removing during treatment.It can improve the treatment accuracy, and contribute to set the PTV margins.

image guided radiation therapy; stereotactic body radiation therapy; error; planning target volume

2016-02-02[接受日期]2016-07-20

王昌民, 技師.E-mail: wangchangmin1234@163.com

*通信作者(Corresponding author).Tel: 021-64175590-86949, E-mail: qindxu68@hotmail.com

10.12025/j.issn.1008-6358.2016.20160115

R 734.2

A