胸腺瘤調(diào)強(qiáng)放射治療擺位誤差分析

陳曉芳 許會(huì)軍 張惠玲 吳小良 趙鵬 劉鵬 乞國(guó)艷 馬志乾

·論著·

胸腺瘤調(diào)強(qiáng)放射治療擺位誤差分析

陳曉芳 許會(huì)軍 張惠玲 吳小良 趙鵬 劉鵬 乞國(guó)艷 馬志乾

目的利用Elekta Synergy直線加速器的機(jī)載影像系統(tǒng)(XVI)分析胸腺瘤患者的擺位誤差。方法對(duì)行放射治療的53例胸腺瘤患者進(jìn)行錐形束CT(CBCT)掃描，掃描圖像與制定治療計(jì)劃的CT定位圖像進(jìn)行匹配，記錄數(shù)據(jù)并在線糾正擺位誤差。結(jié)果53例患者共行205次CBCT掃描，各方向的擺位誤差如下：左右(X)方向(0.445±2.829)mm、頭腳(Y)方向(-1.141±4.529) mm、前后(Z)方向(-0.053±2.585)mm，沿三個(gè)坐標(biāo)軸的軸向旋轉(zhuǎn)誤差分別為(-0.130±0.887)、(-0.345±0.846)、(-0.120±1.063)。結(jié)論放射治療治療前對(duì)胸腺瘤患者行CBCT掃描可有效減小擺位誤差，統(tǒng)計(jì)個(gè)方向擺位誤差分布數(shù)據(jù)，可得到本單位直線加速器的擺位誤差范圍，勾畫(huà)靶區(qū)時(shí)CTV到PTV在X,Y,Z三個(gè)方向的最佳外擴(kuò)值分別為5 mm、7 mm、5 mm。

胸腺瘤;圖像引導(dǎo)放射治療;擺位誤差;CBCT

放射治療的根本目的是提高腫瘤區(qū)的照射劑量，減少正常組織和危及器官的受照量，提高腫瘤的局部控制率。與以往的普通放療和三維適形放療相比，調(diào)強(qiáng)放射治療在保護(hù)正常組織和器官的前提下，可以把X射線更好的集中到腫瘤上，真正做到照射劑量快速跌落，提高放射治療增益比，同時(shí)調(diào)強(qiáng)放射治療也對(duì)治療時(shí)的擺位精度提出了更高的要求[1,2]。擺位誤差可引起腫瘤區(qū)照射劑量不足，嚴(yán)重的可導(dǎo)致脫靶，治療后復(fù)發(fā)率增高，也可能使得高劑量區(qū)偏移至靶區(qū)周?chē)恼＝M織，使正常組織受照量超出限值，造成嚴(yán)重的并發(fā)癥[3,4]。胸腺瘤作為胸部腫瘤，影響靶區(qū)位置的因素比較多。呼吸運(yùn)動(dòng)，體表標(biāo)記，固定方式，皮膚牽拉等因素均對(duì)胸腺腫瘤的位置造成一定的影響。降低擺位誤差，提高治療精度是我們一直追求的目標(biāo)。圖像引導(dǎo)放射治療技術(shù)將機(jī)載影像系統(tǒng)和直線加速器相結(jié)合，可在放射治療實(shí)施前對(duì)患者進(jìn)行錐形束CT掃描(Cone Beam CT,CBCT)，在線糾正患者的擺位誤差，提高治療精度[5，6]。本研究利用Elekta Synegy 直線加速器自帶的KV級(jí)CBCT和X線容積成像(x-ray volume imaging,XVI)系統(tǒng)，在線糾正胸腺瘤患者擺位誤差，使患者實(shí)際接受的照射的區(qū)域與醫(yī)生在治療計(jì)劃系統(tǒng)上勾畫(huà)的靶區(qū)一致。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選擇2015年6月至2017年3月在我院行胸腺瘤調(diào)強(qiáng)放射治療的患者53例，其中男25例，女28例;年齡26～72歲，平均年齡(45±9)歲；所有患者經(jīng)病理學(xué)和影像學(xué)確診。53例患者共行205次CBCT掃描，前五次治療均在治療前行CBCT掃描，在線位置糾正，并記錄移床數(shù)據(jù)。后續(xù)治療中，每周行1次CBCT掃描。

1.2 設(shè)備與儀器 Elekta Synergy直線加速器，XVI影像引導(dǎo)系統(tǒng)，碳纖維定位板，熱塑膜，飛利浦螺旋CT，Pinnacle9.10治療計(jì)劃系統(tǒng)。

1.3 體位固定和CT模擬 所有患者均使用熱塑膜固定，仰臥位，雙臂交叉置于額前，待熱塑膜完全冷卻后在體表和熱塑膜上分別作標(biāo)記線。CT定位掃描時(shí)患者體位與體膜固定時(shí)體位相同，熱塑膜上貼鉛點(diǎn)標(biāo)記參考點(diǎn)，掃描層厚5mm，CT圖像由網(wǎng)絡(luò)傳輸至Pinnacle9.10治療計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行放療計(jì)劃的制定。治療計(jì)劃和CT模擬圖像通過(guò)Mosaiq網(wǎng)分別傳輸至Elekta Synergy直線加速器主機(jī)和XVI系統(tǒng)。

1.4 擺位及CBCT圖像的獲取 患者首次治療時(shí)，醫(yī)師、物理師、治療技師同時(shí)完成?；颊咧委燇w位、CT模擬體位均與體膜固定時(shí)體位保持一致。擺位完成后加速器機(jī)架旋轉(zhuǎn)360°行CBCT掃描，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)重建獲得三維圖像，該圖像與治療計(jì)劃圖像進(jìn)行配準(zhǔn)。

1.5 圖像配準(zhǔn)和擺位誤差在線校正 XVI系統(tǒng)可對(duì)CBCT掃描重建圖像和用于設(shè)計(jì)治療計(jì)劃的CD定位圖像進(jìn)行在線配準(zhǔn)，配準(zhǔn)方式有手動(dòng)配準(zhǔn)和自動(dòng)配準(zhǔn)，自動(dòng)配準(zhǔn)又包括灰度配準(zhǔn)、骨性+旋轉(zhuǎn)、灰度+旋轉(zhuǎn)。胸腺瘤的患者一般選取灰度+旋轉(zhuǎn)的自動(dòng)配準(zhǔn)，然后再手動(dòng)微調(diào)，圖像匹配成功后得到該患者在三個(gè)平移方向和三個(gè)旋轉(zhuǎn)方向的擺位誤差數(shù)據(jù)，并進(jìn)行在線移床糾正位置。當(dāng)擺位誤差左右方向(X)≤3 mm，頭腳方向(Y)≤3 mm，前后方向(Z)≤3 mm，旋轉(zhuǎn)誤差(Rtn)lt;2°時(shí)，直接移床校正位置，如超過(guò)此范圍，治療師需重新擺位，再次行CBCT掃描，誤差在允許的范圍內(nèi)方可進(jìn)行治療。體膜和患者體表需重新勾畫(huà)標(biāo)記線，作為以后擺位的參考線。

2 結(jié)果

2.1 平移誤差 X方向的誤差為(0.445±2.829)mm，最大值誤差值為9 mm，90%的誤差范圍在5 mm以?xún)?nèi)；Y方向的誤差為(-1.141±4.529)mm，最大誤差值為13 mm，90%的誤差范圍在7 mm以?xún)?nèi)；Z方向的誤差為(-0.053±2.585)mm，最大誤差值為7 mm，Z方向的誤差稍小于其他兩個(gè)方向，-4.4～4 mm包括了90%的擺位誤差。各方向平移誤差遵循正態(tài)分布規(guī)律。見(jiàn)表1,圖1～4。

表1 胸腺瘤調(diào)強(qiáng)放療各方向平移誤差 mm

圖1 X方向擺位誤差分布直方圖

圖2 Y方向擺位誤差分布直方圖

2.2 旋轉(zhuǎn)誤差 Elekta Synergy直線加速器配備了全碳纖維六維床，床的移動(dòng)除了X，Y，Z三個(gè)平移自由度，還有以坐標(biāo)軸為轉(zhuǎn)軸的三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度的擺位誤差分別為：X旋轉(zhuǎn)(-0.130±0.887)°，Y旋轉(zhuǎn)(-0.345±0.846)°，Z旋轉(zhuǎn)(-0.120±1.063)°。三個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)擺位誤差差別不大，基本上都在±1.5°之內(nèi)，最大擺位誤差為2.9°和-3.2°，均出現(xiàn)在Z旋轉(zhuǎn)的方向。見(jiàn)表2。

圖3 Z方向擺位誤差分布直方圖

圖4 各方向旋轉(zhuǎn)擺位誤差分布直方圖

表2 胸腺瘤調(diào)強(qiáng)放療各方向旋轉(zhuǎn)誤差 °

3 討論

手術(shù)、放療和化療是現(xiàn)代腫瘤治療的三大主要手段，其中放療在腫瘤的綜合治療中占有重要地位，放療可以在手術(shù)前或手術(shù)后作為輔助手段參與腫瘤治療，部分早期腫瘤患者也可以將放療作為根治手段，超過(guò)60%的腫瘤患者在治療腫瘤的過(guò)程需要接受放射治療[7]。圖像引導(dǎo)放射治療(IGRT)的出現(xiàn)使腫瘤放射治療進(jìn)入了精準(zhǔn)放療階段。精準(zhǔn)放療指的是精確定位、精確計(jì)劃和精確治療，擺位誤差的不確定性阻礙了精確治療過(guò)程的實(shí)施，較大的擺位誤差會(huì)使靶區(qū)邊緣劑量不準(zhǔn)確，導(dǎo)致腫瘤的局部復(fù)發(fā)[8]。配備機(jī)載影像系統(tǒng)的直線加速器，可在患者每次治療前采集影像并與計(jì)劃影像進(jìn)行匹配，保證治療體位與定位體位完全一致，盡可能做到實(shí)際照射區(qū)域與計(jì)劃系統(tǒng)上醫(yī)生勾畫(huà)的靶區(qū)一致，提高了腫瘤靶區(qū)的照射精度，保證了腫瘤部位足劑量照射，同時(shí)保護(hù)正常組織免受不必要的照射，有效地保護(hù)了正常器官。

擺位誤差包括系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。系統(tǒng)誤差由設(shè)備引起，定期校準(zhǔn)設(shè)備，比如直線加速器和定位系統(tǒng)的定期檢測(cè)，激光燈的誤差校準(zhǔn)等都有助于降低系統(tǒng)誤差。隨機(jī)誤差是由患者和其他不確定因素引起的，如患者手臂的位置變化，皮膚的牽拉，身體和器官的運(yùn)動(dòng)，標(biāo)記線勾畫(huà)不清以及治療師擺位等都會(huì)引起隨機(jī)誤差[9]。本文利用Elekta Synergy直線加速器的機(jī)載影像系統(tǒng)XVI對(duì)53例胸腺瘤患者進(jìn)行205次CBCT掃描，將擺位后治療前掃描得到的CBCT圖像與治療計(jì)劃系統(tǒng)傳輸過(guò)來(lái)的定位圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，得到每次治療的擺位誤差。對(duì)所有配準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和整理，得出擺位誤差出現(xiàn)的范圍區(qū)間，從而指導(dǎo)放療醫(yī)師在靶區(qū)勾畫(huà)時(shí)適當(dāng)?shù)耐鈹U(kuò)。

圖1～4可以看出，平移誤差和旋轉(zhuǎn)誤差分布均遵循正態(tài)分布規(guī)律。表1的結(jié)果顯示，胸腺瘤患者X、Y、Z方向擺位誤差范圍分別為：-8.0～9.0 mm、-14.0～13.0 mm、-9.0～7.0 mm，其中Y方向，即頭腳方向擺位誤差最大，X和Z方向擺位誤差相當(dāng)。如表2結(jié)果所示，旋轉(zhuǎn)誤差在三個(gè)轉(zhuǎn)軸方向差別不明顯，絕大多數(shù)的誤差都在2°以?xún)?nèi)，沿Z軸的最大旋轉(zhuǎn)誤差達(dá)到 2.9和-3.2，稍大于其它兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向。治療過(guò)程中我們?cè)O(shè)定平移誤差大于5 mm或旋轉(zhuǎn)誤差大于2°，需重新擺位再次行CBCT掃描，體表標(biāo)記線需重新勾畫(huà)。本研究結(jié)果顯示X方向和Z方向擺位誤差90%分布范圍均在5 mm以?xún)?nèi)，Y方向的擺位誤差稍大，90%擺位誤差的分布范圍為-6.9～6.0 mm。X和Y軸向的旋轉(zhuǎn)誤差較小，95%的擺位偏差都在2°以?xún)?nèi)，Z軸向旋轉(zhuǎn)偏差稍大，±2.3°包括了95%的偏差。

放療過(guò)程中，一般要求100%的出處方劑量包括95%的靶區(qū)，以保證腫瘤區(qū)足劑量照射，降低腫瘤的復(fù)發(fā)概率，同時(shí)盡可能降低靶區(qū)周?chē)＝M織的照射劑量，以減小并發(fā)癥，降低副反應(yīng)，保護(hù)正常組織[10,11]。降低擺位誤差是我們始終追求的目標(biāo)，同時(shí)研究本單位直線加速器的擺位誤差亦十分必要，可靠的擺位誤差數(shù)據(jù)可以指導(dǎo)醫(yī)生勾畫(huà)靶區(qū)時(shí)CTV到PTV的外擴(kuò)范圍。根據(jù)本研究結(jié)果，放療醫(yī)師在勾畫(huà)靶區(qū)時(shí)可參考擺位誤差范圍，對(duì)臨床靶區(qū)CTV進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐鈹U(kuò)，尤其是Y方向外擴(kuò)要在7 mm以上，X和Z方向外擴(kuò)不小于5 mm，以保證腫瘤照射量達(dá)到處方劑量要求，防止靶區(qū)的漏照，降低腫瘤復(fù)發(fā)幾率，同時(shí)避免正常組織接受不必要的照射。

根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，大于2°的旋轉(zhuǎn)誤差會(huì)使靶區(qū)劑量發(fā)生3%～5%的變化，因此大于2°的旋轉(zhuǎn)誤差是需要矯正的[12，13]。我們的Elekta Synergy加速器雖然配備了六維床，可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)誤差的在線校正，一般小于2°的旋轉(zhuǎn)誤差我們進(jìn)行在線校正，大于2°的旋轉(zhuǎn)誤差重新進(jìn)行擺位。

擺位誤差是放療過(guò)程中不可避免的問(wèn)題，我們只能采取各種措施，盡可能降低擺位誤差，提高腫瘤治療的精度。幾乎所有的研究結(jié)果都顯示，胸部腫瘤放療患者頭腳方向的擺位誤差要大于其他兩個(gè)方向，對(duì)于胸腺瘤患者我們也得出了同樣的結(jié)論[14-16]。頭腳方向擺位誤差較大，可能是由于患者身體和定位板的相對(duì)位置很難確定，在患者身體兩側(cè)劃垂線，并記錄垂線對(duì)應(yīng)定位板上的刻度值。旋轉(zhuǎn)誤差的產(chǎn)生，可能是由于患者體位不正引起的，定位以及治療過(guò)程中，要用激光燈調(diào)整患者體位，保證其躺平躺正，降低旋轉(zhuǎn)誤差。胸腺瘤患者靶區(qū)比較靠上，手臂的不同擺放方式對(duì)擺位誤差影響很大，可以在定位板最上端增加固定桿，患者雙臂伸直，手握固定桿，避免每次雙臂交叉抱頭帶來(lái)的不確定性，希望能降低頭腳方向的擺位誤差。

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10.3969/j.issn.1002-7386.2017.24.019

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2017-06-26)