基于圖像引導下頭頸部腫瘤放射治療患者擺位誤差的相關性分析*

申紅峰　王小深　歐光明　戴相昆　葛瑞剛　孫　波　陳高翔　徐壽平*

基于圖像引導下頭頸部腫瘤放射治療患者擺位誤差的相關性分析*

申紅峰①王小深①歐光明①戴相昆①葛瑞剛①孫波①陳高翔①徐壽平①*

目的：探索頭頸部腫瘤六維方向擺位誤差的相關性，為提高臨床擺位精準度提供依據。方法：選取30例鼻咽癌患者，使用Tomotherapy HD放射治療系統對患者進行治療，回顧性分析900次圖像引導放射治療（IGRT）的三維方向中左右（X）、上下（Y）、前后（Z）以及旋轉方向中左右旋轉（roll）、前后旋轉（pitch）、順時針和（或）逆時針旋轉（yaw）的六維方向擺位誤差相關性。結果：三維方向X、Y、Z均不存在相關性，Y與Z存在顯著的中等負相關；旋轉方向只有roll與pitch存在顯著的較弱負相關；三維方向和旋轉方向中X與roll存在顯著的較弱負相關，X與yaw存在顯著的中等正相關；Y與pitch、yaw均存在顯著的較弱負相關；Z與pitch存在顯著的較強負相關。結論：在頭頸部腫瘤放射治療擺位過程中應注意不同方向的相互影響關系，尤其注意前后方向、前后旋轉與上下方向以及左右方向與順時針和（或）逆時針旋轉方向的擺位精確性。

放射治療；頭頸部腫瘤；擺位誤差；相關性

［First-author’s address］ Department of Radiotherapy， PLA General Hospital， Beijing 100853， China.

目前，放射治療已經進入精確放射治療時代，并且在不斷地提高患者治療中的舒適度。放射治療技術的發展，靶區適形度越來越高，劑量跌落更快，位置輕微偏差導致放射治療劑量產生較大差異。圖像引導技術的出現是精確放射治療的基礎，而圖像引導放射治療存在不同的配準方式：包括單純的二維方向圖像配準；三維方向加上單一旋轉軸的配準以及從六維方向的圖像配準，不同的配準方式所得結果存在差異［1］。多數錐形束CT（cone beam，CT，CBCT）圖像引導擺位誤差糾正存在六維方向圖像配準，然而由于設備治療床多為三維方向運動，所以實際放射治療誤差糾正大多限制在三維方向修正。本研究使用Tomotherapy HD（TomoHD）治療系統［2］探討六維方向上擺位誤差之間的相互關系，從而為減少六維方向上的擺位誤差提供參考。

1　設備與方法

1.1儀器設備

使用西門子大孔徑定位64排128層CT（德國西門子公司），進行定位掃描并將圖像傳輸到Pinnacle放射治療計劃系統。在Pinnacle計劃系統醫生工作站進行靶區勾畫并傳輸到TomoHD計劃系統進行計劃設計。在TomoHD放射治療系統（ACCURAY，美國）上進行治療，使用紅激光燈進行擺位并治療前進行圖像引導。圖像引導掃描條件為加速器自帶兆伏級CT（MVCT）的normal掃描條件進行圖像獲取。

1.2治療方法

使用Tomotherapy HD放射治療系統治療完成的，患者擺位使用頭頸肩熱塑體模和頭頸肩體位固定板進行固定。回顧性分析900次圖像引導放射治療（IGRT）的六維方向（左右：X，上下：Y，前后：Z，左右旋轉：roll，前后旋轉：pitch，順逆時針旋轉：yaw）擺位誤差相關性。

1.3數據獲取及判定指標

表1　六維方向之間的相互關系

（1）分別在TomoHD放射治療系統操作臺工作站調取30例患者每次圖像引導所得圖像，并重新使用六維配準方式進行自動配準，并針對配準較差結果進行手動微調，記錄每次左右方向（X）、上下方向（Y）、前后方向（Z）、左右旋轉（roll）、前后旋轉（pitch）、順和（或）逆時針旋轉（yaw）六維方向的配準結果。

（2）相關性強弱判定標準：相關性系數0～0.4為弱相關，0.4～0.7為中等相關，0.7～1為強相關關系。

1.4統計學方法

采用SPSS 19.0統計學軟件將所得900組患者6個方向擺位誤差數據分別進行兩兩之間的Pearson相關性分析；參考所得相關結果進一步基于相關變量的偏相關統計學分析，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2　結果

2.1單純組間相關性分析結果

通過對所有數據進行組間相關性分析，所得左右方向X與前后方向Z、左右旋轉roll、前后旋轉pitch、順和（或）逆時針旋轉yaw均存在顯著的相關關系；上下方向Y與前后方向Z、前后旋轉pitch、順逆時針旋轉yaw存在顯著的相關性；前后方向Z同時與前后旋轉pitch存在顯著的相關性；3個旋轉方向僅左右旋轉roll與前后旋轉pitch存在顯著的相關性。相關性系數r值及P值見表1。

2.2基于相關變量的偏相關分析

根據各組間的相關性以及可能存在相互影響的維度方向之間進行偏相關分析：①分別以前后方向Z、前后旋轉pitch為控制變量進行偏相關分析左右方向X與前后旋轉pitch，前后方向Z的相關性；②前后方向Z為控制變量時上下方向Y與前后旋轉pitch，左右旋轉roll的相關性；③左右方向X為控制變量時上下方向Y與左右旋轉roll的相關性，見表2。

表2　部分數據進行偏相關性分析結果

3　討論

放射治療技術的不斷發展，治療精度得到了不斷提高，但擺位技術仍是放射治療執行端的重中之重［3］。放射治療擺位誤差直接影響放射治療精度及效果，其定位技術同時也在不斷地發展，由普放無外固定體模到現在各種固定方式的出現，如熱塑體模固定；真空墊體位固定以及兩者結合的固定方式等。現今在圖像引導技術不斷發展的情況下，為保證患者舒適性，放射治療體位的固定一定程度上犧牲部分體位固定的精確性。圖像引導技術能夠實現擺位誤差計算糾正，實現由治療床以及機架的移動進行位置校準，但是某些位置偏差如旋轉誤差部分大多無法得到有效的校準［4］。

放射治療誤差多來源于擺位過程中患者的體位固定方式以及患者治療擺位與放射治療定位擺位的重復性或放射治療分次過程中體位誤差變化趨勢［5-8］。頭頸部腫瘤體位固定方式多使用頭頸肩熱塑體模進行固定，部分患者由于呼吸困難將口鼻或者喉部挖開成為部分開放式結構，導致體位固定效果減弱，對擺位精確性存在一定的影響。

TomoHD放射治療使用MVCT進行圖像掃描配準，相關文獻表明每日進行圖像引導更具有擺位及劑量學優勢［9-11］。治療時圖像引導多用三維方向以及左右旋轉方向的四維配準方式進行圖像配準，因為TomoHD放射治療系統只能糾正以上四維方向誤差，如果放射治療擺位存在前后旋轉方向和順時針、逆時針方向的較大誤差，可能影響放射治療的精確性。

本研究探索擺位誤差之間的相關性，通過研究各個軸面之間統計學顯著相關性的強弱來判斷兩者之間擺位誤差的相互影響關系，指導并提高臨床擺位的精確度。上述結果，前后方向Z和前后旋轉pitch存在顯著的較強負相關；前后方向Z和上下方向Y存在顯著中等負相關等相關關系，通過分析相關性來指導擺位過程中應特別注意相關軸面的擺位精確性，進而減少由于單方向誤差而引起的相關方向擺位誤差。相關文獻多為放射治療擺位誤差的分析，然而擺位誤差的分析多只能提供一個數值上參考，卻不能體現在實際擺位操作中解決問題［12-13］。本研究通過分析擺位誤差相關性，得到各方向及旋轉軸之間的相關性大小及其顯著性，探索放射治療擺位各個軸面誤差的相互影響關系，從而為從根本上減少擺位誤差提供臨床指導［14-15］。

綜上所述，通過分析六維方向的擺位誤差，探索其各個方向之間的相關性，在擺位過程中提高對不同軸位的關注程度，進而一定程度地提高擺位精確性。

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Research on the correlation of setup errors for head and neck cancer patients with radiotherapy based on image guiding

SHEN Hong-feng， WANG Xiao-shen， OU Guangming， et al// China Medical Equipment，2016，13（10）:22-24.

Objective: To explore the correlation of six-dimensional set-up errors in head and neck tumors radiotherapy to provide the basis to improve the clinical setup accuracy. Methods: 30 patients with nasopharyngeal carcinoma who had been treated by Tomotherapy HD System were selected. The correlation of set-up errors were retrospectively analyzed in six-dimensional （Left-Right direction: X，inferior-superior direction: Y， anterior-posterior direction: Z， left-right rotation: roll， anterior-posterior rotation: pitch，counterclockwise or clockwise rotation: yaw） using the IGRT data. Results: X had no correlation with Y and Z and Y had significant weak negative correlation with Z on three-dimensional directions. The roll and pitch had significant weak negative correlation on three-rotation directions. On the three-dimensional and three-rotation directions， X and roll had significant weak negative correlation， X and yaw had significant moderate positive correlation， Y had significant weak negative correlation with pitch and yaw， and Z and pitch had significantly strong negative correlation. Conclusion: More attention have been paid on the correlation of different directions， especially， the accuracy between Z and pitch or/and between Y and Z in the set-up process.

Radiotherapy； Head and neck tumors； Set-up errors； Correlation

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.10.007

1672-8270（2016）10-0022-03

R816.1

A

2016-03-24

國家自然科學基金（61171005）“基于C型臂的冠狀動脈旋轉三維成像方法研究”

①解放軍總醫院放療科 北京 100853

shouping_xu@yahoo.com

申紅峰，男，（1983- ），本科學歷，技師。解放軍總醫院放療科，從事放射治療技術工作。