肺癌立體定向放射治療中兩種固定技術(shù)擺位誤差的比較研究

李玉成 程品晶 陳維軍 許亞萍 李建龍 王振華 張強(qiáng)克

肺癌立體定向放射治療中兩種固定技術(shù)擺位誤差的比較研究

李玉成①②程品晶①陳維軍②③許亞萍②③李建龍②王振華②張強(qiáng)克②

目的：比較分析在立體定向放射治療中使用熱塑體模和負(fù)壓真空墊兩種體位固定方式治療肺癌患者分次間的擺位誤差，并比較兩種擺位的時間。方法：回顧性分析2015年1月至2016年11月間浙江省腫瘤醫(yī)院121例體部立體定向放射治療的肺癌患者，分為熱塑體模組（A組）43例，真空負(fù)壓墊組（B組）78例。在每次治療之前使用錐形束CT（cone-beam CT，CBCT）進(jìn)行掃描，再進(jìn)行手動配準(zhǔn)得出患者左右（X軸）、上下（Y軸）、前后（Z軸）方向的擺位誤差，比較兩組的擺位誤差大小，并記錄其擺位時間。結(jié)果：A組和B組X方向的擺位誤差分別為0.16 0.09/0.25 0.11 cm，（P＜0.05），在Y軸方向擺位誤差分別為0.27 0.13/0.25 0.15 cm，（P＞0.05），在Z軸方向的擺位誤差分別為0.19 0.13/0.26 0.12 cm，（P＜0.05），A組和B組平均擺位時間分別為57.66 s/58.09 s，（P＞0.05）。結(jié)論：在X軸和Z軸方向上A組優(yōu)于B組，在Y軸方向上無明顯差異，A組擺位時間低于B組。在使用立體定向放射治療治療肺癌患者時在不考慮患者年齡、心肺功能時熱塑體模無疑是最好的固定方式。

肺癌 立體定向放射治療 錐形束CT 擺位誤差 體位固定

近年來，我國腫瘤放射治療學(xué)科迅猛發(fā)展，開展和引進(jìn)了諸多先進(jìn)的放射治療技術(shù)，從三維適形（3DCRT）、調(diào)強(qiáng)放射治療（IMRT）到圖像引導(dǎo)放射治療（IGRT），特別是螺旋斷層放射治療和立體定向放射治療（SRS/SBRT）等最新治療技術(shù)的發(fā)展［1-2］，成為腫瘤事業(yè)發(fā)展的新篇章。自上世紀(jì)90年代開展體部立體定向放射治療（stereotatic body radiotherapy，SBRT）技術(shù)以來，由于其“三高一低”，即高精度、高劑量、高治療增益比和靶區(qū)周圍劑量低的特點(diǎn)［3-4］，越來越受到臨床醫(yī)生的青睞。SBRT的等效生物劑量高達(dá)100 Gy，通常達(dá)到常規(guī)放療的2倍［5-6］，所以對定位的精度要求非常高，如何盡可能地降低擺位誤差對于提高腫瘤的局部控制率以及降低正常組織的并發(fā)癥是至關(guān)重要的。在肺癌放療中熱塑體模和真空墊是兩種常用的固定方式［7-9］，本研究通過對立體定向放射治療肺癌患者分次間的擺位誤差進(jìn)行回顧性分析，比較這兩種體位固定方式對肺癌患者進(jìn)行立體定向放射治療擺位誤差的影響，以便更好地為臨床應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 病例資料

回顧性分析2015年1月至2016年11月浙江省腫瘤醫(yī)院收治的121例體部立體定向放射治療的肺癌患者共579次錐形束CT（cone-beam CT，CBCT）影像資料。分為熱塑體模組（A組）43例，負(fù)壓真空墊組（B組）78例，根據(jù)解剖學(xué)分類分為上、中、下三葉分別為62、18、41例。其中肺上、中、下葉分別為62、18、41例。男性71例，女性50例，年齡30～80歲，中位年齡65歲。其中26例患者的處方劑量為5 000 cGy/4 F，95例患者單次劑量為5 000 cGy/5 F。所有患者卡氏評分＞70分。兩組肺癌患者在性別、年齡上差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）；使用設(shè)備：飛利浦32排大孔徑CT模擬定位機(jī)（Philips，BrillianceTMCT Big Bore荷蘭）；Varian Trilogy直線加速器（美國），KV級機(jī)載影像驗證系統(tǒng)（美國，OBI），RayStation v4.5.1.14治療計劃系統(tǒng)（瑞典），負(fù)壓真空墊和熱塑體模，秒表。

1.2 方法

1.2.1 步驟 對擬行SBRT放療患者，進(jìn)行四維CT掃描，掃描層厚為3 mm，層距為3 mm，圖像分辨率為512×512，記錄其呼吸運(yùn)動波形，并對呼吸波形曲線進(jìn)行修正，并重建獲取10個時相的CT影像、最大密度投影、最小密度投影及平均密度投影的CT圖像。所有CT圖形經(jīng)DICOM網(wǎng)絡(luò)傳入到RayStation v4.5.1.14治療計劃系統(tǒng)，由放療科醫(yī)生勾畫出靶區(qū)及危機(jī)器官，然后由物理師根據(jù)醫(yī)生勾畫的靶區(qū)做放射治療計劃，再經(jīng)Aria網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)郊铀倨飨到y(tǒng)中用于患者的治療。擺位時所有患者均采取雙手抱頭的仰臥位（圖1、2），以便從各個方向設(shè)置照射野；患者固定在一個舒適的體位以保證治療期間靶區(qū)定位的重復(fù)性，在治療之前對患者進(jìn)行CBCT掃描。機(jī)架從178～182度進(jìn)行掃描，層厚為3 mm，圖像分辨率為512×512與模擬定位時的掃描條件一致便于更好的匹配圖像。根據(jù)腫瘤位置將CBCT圖像與計劃CT圖像手動配準(zhǔn)，并且由放療醫(yī)師、物理師、技師共同確認(rèn)匹配是否合格，得出左右、前后、上下三個方向的誤差并記錄下來。在每次擺位時使用秒表記錄技師擺位的時間，從患者躺在治療床上開始計時到擺位完成技師鎖床結(jié)束計時。

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。計數(shù)以（）表示，兩種體位固定之間采用獨(dú)立樣本的t檢驗。P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

121例患者共行579次CBCT掃描，通過配準(zhǔn)后在X軸（左右）、Y軸（上下）、Z軸（前后）分別計算出579次的擺位誤差值（表1），兩種固定方式擺位誤差在左右（X軸）方向和前后方向（Z軸）方向的誤差具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），上下（Y軸）方向差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），其中左右方向偏差最大。熱塑體模和負(fù)壓真空墊在X，Y，Z軸方向的誤差分布（圖3～5）。通過分析不同病變部位的三個方向的擺位誤差得出肺上葉X軸和Z軸差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），肺中葉三個方向上差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），肺下葉只有X軸方向上差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。肺腫瘤位于肺上中下葉擺位的誤差分析（表2～4）。通過分析技師兩種固定方式的擺位時間得出熱塑體模組的平均用時要小于負(fù)壓墊組但差異無統(tǒng)計學(xué)意義（表5，P＞0.05）。

圖1 熱塑體模固定方式Figure 1 Thermoplastic mask immobilization device

圖2 真空墊固定方式Figure 2 Vacuum cushion immobilization device

表1 兩種固定方式不同方向的擺位誤差的比較 （±s）（cm）Table 1 Comparison of setup errors of the two fixed devices in different directions s)(cm)

表1 兩種固定方式不同方向的擺位誤差的比較 （±s）（cm）Table 1 Comparison of setup errors of the two fixed devices in different directions s)(cm)

Fixed device Thermoplastic mask group Vacuum cushion group Three dimentional vector 0.40 0.47t PLeft/right(X)0.16±0.09 0.25±0.11-4.27 0 Superior/inferior(Y)0.27±0.13 0.25±0.15 0.63 0.53 Anterior/posterior(Z)0.19±0.13 0.26±0.12-2.72 0.01

圖3 兩種固定方式X方向的擺位誤差分布Figure 3 Distribution of setup errors on the two fixed devices in the X axis

圖4 兩種固定方式Y(jié)方向的擺位誤差分布Figure 4 Distribution of setup errors on the two fixed devices in the Y axis

圖5 兩種固定方式Z方向的擺位誤差分布Figure 5 Distribution of setup errors on the two fixed devices in the Z axis

表2 兩種固定方式肺上葉組（n=62）的擺位誤差的比較 （±s）（cm）Table 2 Comparison of setup errors between the two fixed devices in the upper lobe group(n=62) (s)(cm)

表2 兩種固定方式肺上葉組（n=62）的擺位誤差的比較 （±s）（cm）Table 2 Comparison of setup errors between the two fixed devices in the upper lobe group(n=62) (s)(cm)

Item Left/right(x)Superior/inferior(Y)Anterior/posterior(Z)Thermoplastic mask group(n=17)0.17±0.08 0.27±0.14 0.18±0.13 Vacuum cushion group(n=45)0.26±0.12 0.26±0.16 0.29±0.14tP-2.90 10.27-2.86 0.01 0.79 0.01

表3 兩種固定方式肺中葉組（n=18）的擺位誤差的比較 （±s）（cm）Table 3 Comparison of setup errors between the two fixed devices in the middle lobe group(n=18) ±s)(cm)

表3 兩種固定方式肺中葉組（n=18）的擺位誤差的比較 （±s）（cm）Table 3 Comparison of setup errors between the two fixed devices in the middle lobe group(n=18) ±s)(cm)

Item Left/right(x)Superior/inferior(Y)Anterior/posterior(Z)Thermoplastic mask group(n=6)0.11±0.07 0.23±0.15 0.27±0.18 Vacuum cushion group(n=12)0.19±0.10 0.28±0.19 0.19±0.08tP-1.82-0.49 1.33 0.09 0.63 0.20

表4 兩種固定方式肺下葉組（n=41）的擺位誤差的比較 （±s）（cm）Table 4 Comparison of setup errors between the two fixed devices in the lower lobe group(n=41) ±s)(cm)

表4 兩種固定方式肺下葉組（n=41）的擺位誤差的比較 （±s）（cm）Table 4 Comparison of setup errors between the two fixed devices in the lower lobe group(n=41) ±s)(cm)

Item Left/right(x)Superior/inferior(Y)Anterior/posterior(Z)Thermoplastic mask group(n=20)0.17±0.1 0.27±0.13 0.18±0.12 Vacuum cushion group(n=21)0.26±0.11 0.21±0.12 0.23±0.08tP-2.73 1.59-1.52 0.01 0.12 0.14

表5 兩種固定方式擺位時間的比較 （s）Table 5 Comparison of setup time of the two devices

3 討論

在放射治療過程中，安全應(yīng)用SBRT技術(shù)治療患者的前提是保證其幾何上的高度精確性。治療精度主要受呼吸運(yùn)動，分次內(nèi)及分次間位置的變化及腫瘤體積的變化等影響［10-11］，因此在放射治療中能夠采取合理的措施，合理的估算出分次間靶區(qū)器官的移動度，提高治療的擺位精度，在保證臨床靶區(qū)受到處方劑量照射的同時，降低正常組織卷入計劃靶區(qū)內(nèi)以免受到過量照射，這對患者保護(hù)正常組織劑量，降低放療并發(fā)癥，提高患者治療后的生存質(zhì)量是非常有意義的。尤其對于接受SBRT技術(shù)這一通常給予處方達(dá)100 Gy的治療患者意義更加突出。本研究通過分析43例熱塑體模和78例負(fù)壓真空墊固定技術(shù)的肺癌患者的擺位誤差，由于呼吸運(yùn)動的存在使得模擬定位的CT圖像和CBCT圖像不可能完全配準(zhǔn)。因此，圖像配準(zhǔn)時往往很難做到靶區(qū)與危及器官均能完全匹配，實(shí)際工作時，應(yīng)首先根據(jù)腫瘤（GTVs）位置進(jìn)行圖像配準(zhǔn)，然后評估危及器官和正常組織配準(zhǔn)的一致性，如果靶區(qū)和危及器官能夠較好地匹配則進(jìn)行放射治療，如果不能同時滿足靶區(qū)和危機(jī)器官較好地匹配，則需根據(jù)治療計劃設(shè)定的靶區(qū)和危及器官受量情況以及劑量曲線分布情況進(jìn)行綜合評估，選擇適當(dāng)?shù)膬A向性匹配，如危及器官已達(dá)到或接近的劑量閾值則應(yīng)盡可能保護(hù)正常組織受照范圍并且同時要求PTV包繞靶區(qū)；如相鄰無重要危及器官則圖像配準(zhǔn)以靶區(qū)配準(zhǔn)為首選。

本研究表明通過分析擺位誤差得出熱塑體模組的擺位誤差要好于真空墊組，并且熱塑體模的平均擺位時間低于真空墊組。Navarromartin等［12］回顧性分析73例接受立體定向放射治療的肺癌患者，比較了使用熱塑體模和真空墊兩種擺位誤差，得出結(jié)論熱塑體模擺位誤差明顯小于真空墊組，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義，與本研究結(jié)果相似。顏桂明等［13］對22例周圍型肺小細(xì)胞肺癌患者隨機(jī)分為熱塑體模組和真空墊組分析其擺位誤差得出兩者差異無統(tǒng)計學(xué)意義，與本結(jié)論不一致，其可能原因是收集的樣本數(shù)太少。本研究結(jié)果顯示使用熱塑體模固定的擺位誤差在左右方向和前后方向擺位誤差要小于真空墊固定的擺位誤差，分析其原因可能是熱塑體模固定在患者身體上，這樣能充分減少患者的左右移動度，同時還可以控制患者的呼吸幅度使患者保持平穩(wěn)的呼吸［14］，其平均擺位時間也低于真空墊組，在放射治療中大部分技師喜歡使用熱塑體模擺位，理由是在擺位時只要找準(zhǔn)標(biāo)記點(diǎn)就不需要移動患者，這樣可以減少擺位時間。但是早期肺癌患者首選治療方式是外科手術(shù)，而立體定向放射治療的一般是高齡、肺功能差、有心臟疾病等不能手術(shù)的患者［15］，采用真空墊固定方式時，患者躺在松軟的真空墊上，再塑形成與人體輪廓一致的凹槽，因此舒適度要明顯高于熱塑體模。另外，本研究只是對肺上、中、下葉對擺位誤差的影響進(jìn)行了分析，因按大小、類型、與胸壁關(guān)系分別分析，數(shù)據(jù)量會較少，故文中未做進(jìn)一步分析，將在后續(xù)的研究中進(jìn)行探討分析。

綜上所述，在使用立體定向放療技術(shù)治療肺癌患者時在不考慮患者年齡、心肺功能時熱塑體模無疑是最好的固定方式，但是對于年紀(jì)較大、身體狀況差的肺癌患者，特別是采用強(qiáng)迫體位時，選擇負(fù)壓真空墊固定方式則更加合適。

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（2017-02-21收稿）

（2017-04-21修回）

Analysis of setup errors in stereotactic body radiotherapy for lung cancer using two immobilization devices

Yucheng LI1,2,Pinjing CHENG1,Weijun CHEN2,3,Yaping XU2,3,Jianlong LI2,Zhenhua WANG2,Qiangke ZHANG2

Pinjing CHENG;E-mail:nhuchpj@aliyun.com
1Department of Nuclear Science and Technology,University of South China,Hengyang 421001,China;2Zhejiang Cancer Hospital,Hangzhou 314000,China;3Zhejiang Key Laboratory of Radiation Oncology,Hangzhou 314000,China

Objective:To compare the differences in interfraction setup accuracy and setup time between lung cancer patients treated with stereotactic body radiotherapy using thermoplastic masks and vacuum cushion system.Methods:A retrospective study was performed on 121 patients during January 2015 to November 2016 and included thermoplastic fixation mask for 43 cases and vacuum fixation cushion for 78 cases.Before irradiation,a kilovoltage cone-beam computed tomography(KV-CBCT)scan was performed and image registration was done automatically and manually to obtain setup errors from the X,Y,and Z axes.The differences of setup errors between the two immobilization methods were analyzed and the setup time was recorded.Result:The setup errors for thermoplastic masks and vacuum cushion in the X,Y,and Z axes were(0.16±0.09 versus 0.25±0.11)cm(P＜0.05),(0.27±0.13 versus 0.25±0.15)cm(P＞0.05),and(0.19±0.13 versus 0.26±0.12)cm(P＜0.05),respectively.The setup time for thermoplastic masks and vacuum cushion were(57.66 versus 58.09)s(P＞0.05).Conclusion:Thermoplastic masks offer better reproducibility and significantly less interfractional setup displacement than vacuum cushions in the X and Z axes.No significant difference was found in the Y axis.Moreover,the setup time of thermoplastic masks is less than vacuum cushions.The thermoplastic mask is the best choice if the age and cardio-pulmonary function of patients can be ignored.

lung neoplasms,stereotactic body radiotherapy(SBRT),cone-beam CT,setup error,posture fixation

10.3969/j.issn.1000-8179.2017.12.199

①南華大學(xué)核科學(xué)技術(shù)學(xué)院（湖南省衡陽市421001）；②浙江省腫瘤醫(yī)院放射物理室；③浙江省胸部腫瘤學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗室

程品晶 nhuchpj@aliyun.com

李玉成 專業(yè)方向為腫瘤醫(yī)學(xué)物理研究。

E-mail：liyucheng2015@126.com