肺部腫瘤立體定向放療技術(shù)中基于錐形束CT影像的擺位誤差分析

王 焱，蔡 鋼,2，陸 維，許 青

1.復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放射治療科，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)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院放射治療科，上海 200025

肺部腫瘤立體定向放療技術(shù)中基于錐形束CT影像的擺位誤差分析

王 焱1，蔡 鋼1,2，陸 維1，許 青1

1.復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放射治療科，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)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院放射治療科，上海 200025

背景與目的：準(zhǔn)確的靶區(qū)位置是肺部腫瘤立體定向放療的重要影響因素。該研究旨在分析在肺部腫瘤患者立體定向放療中基于錐形束CT(cone-beam CT，CBCT)影像的擺位誤差及其影響因素。方法：29例單發(fā)肺部惡性腫瘤行立體定向放療的患者，每次放療前行CBCT掃描，將得到的CBCT圖像與定位CT圖像匹配，獲得前后、頭腳和左右方向的擺位誤差值，并計算臨床靶區(qū)(clinical target volume，CTV)外擴至計劃靶區(qū)(planning target volume，PTV)的邊界。同時，還分析對可能影響擺位誤差的臨床參數(shù)等進行分層比較。結(jié)果：29例患者共獲得155幅CBCT圖像。考慮誤差方向時前后、頭腳和左右方向擺位誤差分別為(-1.68±3.62)、(-1.34±3.90)和(0.36±2.15) mm，只考慮誤差數(shù)值大小時分別為(3.16±2.42)、(3.29±2.48)和(1.74±1.30) mm。根據(jù)擺位誤差得到CTV外擴至PTV的邊界在前后、頭腳和左右方向分別為9.6、10.0和5.3 mm。病灶位于周圍的肺部腫瘤患者前后方向擺位誤差更大(P=0.007)，下肺病灶、右肺病灶、肺轉(zhuǎn)移灶在頭腳方向擺位誤差更大(P=0.008、0.000和0.000)。結(jié)論：肺部腫瘤患者放療中的頭腳和前后方向擺位誤差較大，立體定向放療需采用錐形束CT掃描、呼吸控制等技術(shù)以減少擺位誤差。

錐形束CT；立體定向放療；肺部腫瘤；擺位誤差

精確放射治療已經(jīng)成為現(xiàn)代肺部腫瘤放療的主要技術(shù)，尤其是精度要求更高的立體定向放療技術(shù)［1］。對于早期病灶體積較小的肺癌患者，立體定向放療已證實可作為不能耐受或拒絕手術(shù)治療患者的替代治療方案［2-3］；對于晚期的肺寡轉(zhuǎn)移患者，立體定向放療也可以使患者獲得更好的局部控制［4］。準(zhǔn)確的靶區(qū)位置是肺部腫瘤立體定向放療的重要影響因素。本研究通過分析錐形束CT(corn-beam CT，CBCT)在肺部腫瘤患者立體定向放療中的擺位誤差及其影響因素，為肺部腫瘤立體定向放療提供一定的臨床參考。

1 資料和方法

1.1 入組標(biāo)準(zhǔn)

KPS評分大于等于70，有組織學(xué)或細(xì)胞學(xué)證實為惡性腫瘤，無胸部放療史，肺部單發(fā)病灶，肺原發(fā)癌或肺轉(zhuǎn)移癌，早期患者拒絕行手術(shù)治療，患者知情同意行肺部病灶立體定向放療。

1.2 一般資料

2013年12月—2014年6月復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放療科收治的29例單發(fā)肺部惡性病灶行立體定向放療的患者，男性22例，女性7例。年齡28～83歲(中位年齡61歲)。原發(fā)肺癌放療12例，肺轉(zhuǎn)移癌放療17例(原發(fā)肺癌6例，原發(fā)食管癌6例，原發(fā)乳腺癌2例，原發(fā)腸癌2例，原發(fā)喉癌1例)。病灶位于中央?yún)^(qū)13例，周圍區(qū)16例。病灶位于左肺10例，右肺19例。病灶位于肺上部14例，肺下部15例。

1.3 放療方法

1.3.1 體位固定

患者仰臥位，頭不偏，上身裸露平躺于MT-SIN posirest手臂托架(購自美國CIVCO公司)，雙上臂外展上舉。

1.3.2 CT定位及治療計劃

平靜呼吸下行飛利浦85 cm孔徑40排螺旋CT掃描，層厚為5 mm，掃描范圍自環(huán)甲膜至膈肌下緣，CT圖像經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸至Eclipse治療計劃系統(tǒng)，參照ICRU第50號報告進行腫瘤區(qū)(gross tumor volume，GTV)、臨床靶區(qū)(clinical target volume，CTV)、計劃靶區(qū)(planning target volume，PTV)及脊髓、全肺、心臟等正常組織的勾畫。物理師設(shè)計治療計劃，處方劑量48～60 Gy，共4～10次，中位劑量50 Gy/4次。

1.4 CBCT圖像獲取及匹配

應(yīng)用瓦里安影像引導(dǎo)直線加速器千伏級CBCT掃描，每例患者每次放療前均行CBCT掃描，應(yīng)用機載影像系統(tǒng)將治療前獲得的CBCT圖像與定位CT圖像按軟組織窗自動匹配，得到實際位置與定位CT位置在前后、頭腳、左右方向的誤差值。如果任一方向誤差大于3 mm，移動治療床修正至正確位置，然后進行立體定向放療。

1.5 統(tǒng)計學(xué)處理

應(yīng)用SPSS 17.0軟件進行數(shù)據(jù)處理，兩組的位移對比采用t檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 擺位誤差

29例患者共行155次CBCT掃描，考慮誤差方向時前后、頭腳、左右方向擺位誤差(有方向)分別為(-1.68±3.62)、(-1.34±3.90)和(0.36±2.15) mm，擺位誤差發(fā)生頻率見圖1；只考慮誤差數(shù)值大小(無方向)時分別為(3.16±2.42)、(3.29±2.48)和(1.74±1.30) mm，最大值分別為10、11和6 mm(表1)。

圖1 29例肺部腫瘤患者3個方向擺位誤差發(fā)生率Fig. 1 Incidence of Setup errors in 29 patients with lung tumors in three directions

2.2 PTV外擴邊界

根據(jù)擺位誤差及Van Herk等［5］提出的公式(M=2.5Σ+0.7δ)，在無CBCT修正，基于激光擺位下，本組患者CTV外擴至PTV的邊界在前后、頭腳、左右方向分別為9.2、10.3和5.4 mm(表1)。

2.3 擺位誤差的影響因素

對可能影響擺位誤差(無方向)的臨床參數(shù)(年齡、病灶位置及性質(zhì))等分層比較，發(fā)現(xiàn)年齡大于60歲患者左右方向擺位誤差更大(P=0.044)、病灶位于周圍的患者前后方向擺位誤差更大(P=0.007)，下肺病灶、右肺病灶和肺轉(zhuǎn)移灶頭腳方向擺位誤差更大(P=0.008、0.000和0.000，表2)。

表1 29例患者155次錐形束CT在3個方向的擺位誤差及PTV外擴邊界Tab. 1 Setup errors and the expanding margin of PTV of 29 patients with lung tumors with cone-beam CT in three directions

表2 不同臨床參數(shù)對3個方向擺位誤差的影響Tab. 2 Setup errors in three directions of various clinical influencing factors

3 討 論

隨著精確放療技術(shù)的不斷發(fā)展，影像引導(dǎo)技術(shù)越來越多地應(yīng)用于臨床，放療精度不斷提高，放療范圍縮小，有效地減少了周圍正常組織的損傷，使得立體定向放療技術(shù)得以有效、安全地運用于肺部惡性腫瘤的放療［6］。通過錐形束CT了解肺部腫瘤患者放療中的擺位誤差及其影響因素，并為判定CTV向PTV外擴邊界而提供參照依據(jù)［7］，是肺部腫瘤患者立體定向放療準(zhǔn)確實施的重要保證之一。

本研究結(jié)果顯示，擺位誤差主要發(fā)生在頭腳和前后方向，這與大多數(shù)相關(guān)研究結(jié)果相一致［8-9］。曹曉輝等［8］采用錐形束CT分析23例肺癌患者放療擺位誤差，只考慮誤差數(shù)值大小(無方向)時前后、頭腳和左右方向分別為(2.85±1.87)、(4.11±3.51)和(2.40±2.31) mm。主要原因可能是：呼吸運動在頭腳方向最顯著，左右方向位移最??；技術(shù)員擺位時，呼吸運動胸擴起伏造成水平標(biāo)記線上下波動，前后方向較為明顯，左右基本沒有影響；兩側(cè)皮膚松弛或上肢上抬姿勢有少許變化，擺位時就會發(fā)生一定的前后和頭腳方向偏差，左右影響較小等。

本研究根據(jù)CBCT得到的擺位誤差，通過公式M=2.5Σ+0.7δ計算，在無CBCT修正，基于激光擺位下，得到本組患者CTV外擴至PTV的邊界，在前后、頭腳和左右方向分別為9.2、10.3和5.4 mm。顯然，此計算得到的外放邊界是無法滿足肺部腫瘤立體定向放療要求的。立體定向放療技術(shù)中的外放邊界需要根據(jù)采用的擺位技術(shù)等因素來確定，必須在影像引導(dǎo)技術(shù)下實施。本研究每例患者每次放療前均行CBCT掃描，并對擺位誤差進行適當(dāng)?shù)募m正。

本研究還發(fā)現(xiàn)，年齡大、病灶位于周圍、下肺病灶、右肺病灶及肺轉(zhuǎn)移灶對擺位誤差有影響。病灶位置是影響擺位誤差的主要因素之一，病灶位于周圍、下肺，受到呼吸因素影響較病灶位于中央和上肺更明顯。對于肺部病灶位于周邊和下肺的患者可通過主、被動呼吸控制或呼吸追蹤裝置等來減少呼吸因素的影響。合理的呼吸運動控制，才能保證肺部腫瘤立體定向放療得以安全有效地實施［10］。Sarudis等［11］分析了126例肺部腫瘤患者的運動情況，按腫瘤所在位置統(tǒng)計位移大小，發(fā)現(xiàn)位于上、中、下肺的腫瘤位移幅度有差別，尤其是頭腳方向，分別為3.1、6.4和11.3 mm。Harada等［12］也發(fā)現(xiàn)，病灶位于下肺較中、上肺放療時受呼吸影響更大，尤其是頭腳方向差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.049)，對下肺病灶患者采用四維CT (four-dimensional computed tomography，4D-CT)獲益可能更大。由于心臟占據(jù)左肺相當(dāng)一部分體積，會抵消一定的呼吸影響，可能是在其他相同情況下，右肺病灶擺位誤差較左肺大的原因。肺轉(zhuǎn)移灶可能位于周圍和下肺更多見，這可能是導(dǎo)致其較原發(fā)灶位移更多的主要原因之一。

綜上所述，肺部腫瘤患者放療中的頭腳和前后方向擺位誤差較大，立體定向放療需采用錐形束CT掃描、呼吸控制等以減少擺位誤差。

［1］ RUSTHOVEN C G, YEH N, GASPAR L E. Radiation therapy for oligometastatic non-small cell lung cancer: theory and practice ［J］. Cancer J, 2015, 21(5): 404-412.

［2］ 馮 雯, 傅小龍. 放射治療在非小細(xì)胞肺癌治療中的地位［J］. 中國癌癥雜志, 2013, 23(1): 75-80.

［3］ RICARDI U, BADELLINO S, FILIPPI A R. Stereotactic body radiotherapy for early stage lung cancer: history and updated role ［J］. Lung Cancer, 2015, 90(3): 388-396

［4］ TREE A C, KHOO V S, EELES R A, et al. Stereotactic body radiotherapy for oligometastases ［J］. Lancet Oncol, 2013, 14(1): 28-37.

［5］ VAN HERK M, REMEIJER P, RASCH C, et al. The probability of correct target dosage: dose-population histograms for deriving treatment margins in radiotherapy［J］. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2000, 47(4): 1121-1135.

［6］ TSANG M W. Stereotactic body radiotherapy: current strategies and future development ［J］. J Thorac Dis, 2016, 8: 517-527.

［7］ BODA-HEGGEMANN J, LOHR F, WENZ F, et al. KV conebeam CT-based IGRT: a clinical review ［J］. Strahlenther Onkol, 2011, 187(5): 284-291.

［8］ 曹曉輝, 劉 明, 翟福山, 等. 用錐形束CT圖像引導(dǎo)技術(shù)分析肺癌放療擺位誤差及其劑量分布影響 ［J］. 中華放射腫瘤學(xué)雜志, 2012, 21(2): 163-166.

［9］ LI Y, MA J L, CHEN X, et al. 4DCT and CBCT based PTV margin in Stereotactic Body Radiotherapy(SBRT) of non-small cell lung tumor adhered to chest wall or diaphragm ［J］. Radiat Oncol, 2016,11(1): 152.

［10］ MATSUO Y, ONISHI H, NAKAGAWA K, et al. Guidelines for respiratory motion management in radiation therapy ［J］. J Radiat Res, 2013, 54: 561-568.

［11］ SARUDIS S, KARLSSON HAUER A, NYMAN J, et a1. Systematic evaluation of lung tumor motion using fourdimensional computed tomography ［J］. Acta Oncol, 2017, 11: 1-6.

［12］ HARADA K, KATOH N, SUZUKI R, et al. Evaluation of the motion of lung tumors during stereotactic body radiation therapy (SBRT) with four-dimensional computed tomography (4DCT) using real-time tumor-tracking radiotherapy system (RTRT) ［J］. Phys Med, 2016, 32(2): 305-311.

Analysis of setup errors in lung stereotactic body radiotherapy with cone-beam CT-based image guidance

WANG Yan1, CAI Gang1,2, LU Wei1, XU Qing1(1. Department of Radiation Oncology, FudanUniversity Shanghai Cancer Center, Department of Oncology, Shanghai Medical College, Fudan University, Shanghai 200032, China; 2. Department of Radiation Oncology, Ruijin Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medical, Shanghai 200025, China)

CAI Gang E-mail: caigangcg@163.com

Background and purpose: Correct target positioning is an important factor affecting the precision of stereotactic body radiotherapy (SBRT) in patients with lung tumors. This study investigated the setup errors in patients with malignant lung tumors receiving SBRT with cone-beam CT (CBCT) and analyzed the factors influencing setup errors. Methods: Twenty-nine patients with solitary malignant lung tumors were enrolled in the study. Each patient underwent SBRT with CBCT before each treatment. Setup errors in CBCT were obtained according to the matched and planned CT images in anterior-posterior (AP), superior-inferior (SI) and left-right (LR) directions. The expanding margins of clinical target volume (CTV) to planning target volume (PTV) according to the analyzed setup errors were then calculated. And the influencing factors of setup errors were analyzed. Results: A total of 155 CBCT images from 29 patients were obtained during the treatment. The setup errors were (-1.68±3.62), (-1.34±3.90) and (0.36±2.15) mm in the AP, SI and LR directions, respectively. The absolute setup errors were (3.16±2.42), (3.29±2.48) and (1.74±1.30) mm in the AP, SI and LR directions, respectively. The suggested expanding margins of CTV to PTV were 9.6, 10.0 and 5.3 mm in the AP, SI and LR directions according to the setup errors. The setup errors in the AP direction of peripheral lesions and in the SI direction of inferior, right and metastatic lesions were relatively larger(P=0.007, 0.008, 0.000 and 0.000).. Conclusion: In patients with malignant lung tumors receiving SBRT, the setup errors were more obvious in the SI and AP directions. Tumor motion management techniques including CBCT, breathholding technique are required to reduce the setup error in patients with lung tumors receiving SBRT.

Cone-beam CT; Stereotactic body radiotherapy; Lung neoplasms; Setup error

10.19401/j.cnki.1007-3639.2017.06.017

R734.2

A

1007-3639(2017)05-0501-04

2017-01-17

2017-03-23）

蔡 鋼 E-mail：caigangcg@163.com