真空墊制作方式對肺癌立體定向放療擺位精度影響研究

于松茂，孟繁里，康加阜，李俊禹，劉巍巍，盧子紅，楊敬賢*

（1.北京大學腫瘤醫(yī)院暨北京市腫瘤防治研究所放療科，惡性腫瘤發(fā)病機制及轉化研究教育部重點實驗室，北京 100142；2.北京和睦家醫(yī)院啟望腫瘤中心，北京 100011）

0 引言

目前，精確放療已成為現(xiàn)代肺部腫瘤放療的主要手段，尤其是立體定向放療（stereotactic body radiotherapy，SBRT）技術[1]，其對擺位精度要求較高。實施SBRT時需保持患者治療體位與計劃CT參考體位高度一致，而影響SBRT精確性的關鍵因素是精準的重復擺位[2]。有文獻表明，放療患者真空墊固定方式相對于傳統(tǒng)熱塑膜方式具有較高的擺位精度[3-4]。患者真空墊固定方式在治療擺位時，如不借助光學體表引導放療[5-6]等設備，則須參考體表標記線，而真空墊不同的制作方法則會影響畫線方法。本文研究真空墊一高一低和雙側等高2種制作方式對肺癌SBRT患者的擺位精度影響，旨在尋找合理的真空墊使用方法，為臨床腫瘤治療提供參考。

1 資料與方法

1.1 病例選取

選取2017年10月至2018年12月行胸部SBRT的腫瘤患者20例，其中男12例、女8例，年齡29～78歲，中位年齡66歲。入組標準：體質量指數(shù)（body mass index，BMI）<25 kg/m2，行動方便，依從性較好。所選病例根據(jù)真空墊制作方式不同分為2組，其中A組（10例）采用一高一低制作方式，治療前3次行錐形束CT（cone beam CT，CBCT）掃描并進行圖像配準，之后每周做1次CBCT掃描，共獲取60次CBCT數(shù)據(jù)；B組（10例）采用雙側等高制作方式，同樣選取60次CBCT數(shù)據(jù)。

1.2 治療前準備

所有病例在西門子大孔徑CT（SOMATOM）上完成真空墊的制作和定位掃描，患者胸部分別畫有3個十字線（前部1個，左右兩側各1個），其中A組真空墊高的一側畫于真空墊表面，低的一側畫于體表并延長至真空墊，胸前部十字線畫于患者皮膚表面；B組兩側十字線畫于真空墊表面，胸前部十字線畫于患者皮膚表面。在Varian公司Eclipse（版本號13.6）上制訂治療計劃，采用Edge加速器治療（配備六維碳纖維治療床），并利用LAP三維激光定位系統(tǒng)擺位；定位材料選用丹麥VAC FIX真空墊配合自制真空墊固定器（已申請專利）。所有患者采用仰臥位姿勢，雙手上舉放額頭體位。

1.3 醫(yī)學圖像配準

治療中，物理師、治療師和主管醫(yī)師需全程參與。所有患者每次治療前借助激光燈根據(jù)體表CT定位十字線擺位，之后根據(jù)計劃中的X、Y、Z方向的偏差移床至等中心。擺位完成后行CBCT掃描，將CBCT圖像與CT定位圖像進行基于互信息的三維圖像配準，獲取3個平移方向（X、Y、Z）和3個旋轉方向（Rtn、Pitch、Roll）共6個維度的配準誤差。配準的原則和方法由物理師、治療師和主管醫(yī)師三者共同商定，具體步驟：首先進行靶區(qū)所在層面骨性標志（椎體）的自動配準，其次觀察內在腫瘤區(qū)（internal gross tumor volume，IGTV）和計劃靶區(qū)（planning target volume，PTV）范圍，然后核查體表輪廓偏差和射線穿射路徑上的組織器官的位置變化并手動微調（不達標則重新擺位，若重新擺位則此次CBCT數(shù)據(jù)不做統(tǒng)計），最后統(tǒng)計配準誤差。

1.4 數(shù)據(jù)處理

本文利用GraphPad Prism 7.0進行數(shù)據(jù)處理和作圖，對2組病例6個維度的配準誤差進行均值分析和Kolmogorov-Smirnova正態(tài)性檢驗，對服從正態(tài)分布（P>0.1）的數(shù)據(jù)行配對樣本t檢驗，不符合者（P<0.1）行相關樣本非參數(shù)檢驗；對超限誤差（out of tolerance）超過3 mm或1.5°的數(shù)據(jù)行卡方檢驗（χ2）和配對樣本t檢驗，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 2種真空墊制作方式6個維度配準誤差比較

A、B 2組病例各獲取了60次CBCT數(shù)據(jù)，2種制作方式配準誤差分析見表1。2組病例除X方向和B組Roll方向外，均不服從正態(tài)分布，X、Z、Rtn、Roll方向差異均具有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。2組病例6個維度配準誤差箱圖分析如圖1所示（非奇異值區(qū)間范圍：5%～95%）。

表1 2種真空墊制作方式6個維度配準誤差比較結果

2.2 2組誤差超限分析

2組6個維度各獲取了360個數(shù)據(jù)，對誤差超過3 mm或1.5°的數(shù)據(jù)進行分析，卡方檢驗結果見表2，各方向超限頻次總和差異有統(tǒng)計學意義。

圖1 A、B 2組病例6個維度配準誤差箱圖分析

3 討論

擺位誤差[7]是指患者治療時的位置與計劃時的位置之間的差別。誤差的大小直接影響放療計劃實施的準確性，因此任何放療患者的固定方式都必須以減少誤差、提高分次治療的重復性為原則[8]。SBRT是高精度的治療，具有單次劑量大、射野小等特點。圖像引導放療（image-guided radiation therapy，IGRT）技術能較直接地觀察治療靶區(qū)是否位于PTV內，為精確治療提供支持[9]。SBRT對于患者位置的重復性要求高，而IGRT配合六維床的使用在一定程度上會滿足這些要求，但是基于六維床的移動只能修正較小誤差。依據(jù)有關文獻的報道[10-11]，放射治療療程中，擺位誤差達到3 mm療效會下降3.3%，達到5 mm療效會下降18.4%。我中心通過研究旋轉角度與線性誤差相關性得出，對于胸部腫瘤，旋轉超過1.5°等同于平移5 mm的誤差。因此，在SBRT治療中，首先要確保3個旋轉角度的擺位誤差控制在1.5°以內，然后行CBCT掃描，并根據(jù)配準誤差進行修正。體位固定技術是保證放療精確度的關鍵因素，特別是胸腹部腫瘤患者，其體位受多因素的影響，選擇合適的固定技術顯得尤為重要[12-13]。國內研究結果顯示，熱塑體膜固定和真空墊固定能有效提高盆腔部和腹部腫瘤患者在治療過程中的擺位精確度[14-16]。在不借助光學體表引導放療設備（如Catalyst、Vision RT等）的情況下，本文對單純使用真空墊固定下2種制作方式的配準誤差進行比較，為使用真空墊的同行提供制作參考。

表2 A、B 2組病例6個維度配準誤差超過3 mm或1.5°數(shù)據(jù)分析

本研究結果表明，真空墊一高一低制作方式較雙側等高有效減小了擺位誤差，在X、Z、Rtn、Roll方向差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。我中心選用的真空墊密封效果佳，但較寬、較長，使得雙側等高組的真空墊垂直高度超過患者體中線。不同制作方式?jīng)Q定了標記線的不同勾畫方式：A組患者CT定位時所描畫的定位升降線一側在患者體表，一側在真空墊表面，有效減小了患者X和Roll方向的誤差；A組低的一側CT定位時所描畫的定位進出線同時畫于體表和真空墊，有效減小了Z方向誤差。通過圖1可以看出，2組病例在各方向都有奇異值，說明不管真空墊采用何種制作方式，定位均有不完美之處。2組誤差數(shù)據(jù)分布分析中，同樣是在上述4個方向有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。A組的誤差率為9.7%，B組為26.4%。與B組相比，A組雖有優(yōu)勢，但誤差率仍較高，這與真空墊變形、患者體表標記線粗細、患者呼吸動度等有關[17]。不同廠家的真空墊材料和規(guī)格存在較大差異，在選擇時一定要根據(jù)患者的體型等進行合理選擇[18]。

綜上所述，真空墊一高一低制作方式優(yōu)于雙側等高制作方式，可有效提高重復性，有較好的應用價值。為更好地實現(xiàn)超精準放療技術，下一步將繼續(xù)努力研究分析其他不同材料、不同尺寸真空墊的使用方法和固定精度以及相關放療定位、擺位技術。