圖像引導(dǎo)放射治療在653例宮頸癌擺位誤差的分析

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圖像引導(dǎo)放射治療在653例宮頸癌擺位誤差的分析

姜斐①于浪①孫顯松①王欣海①胡克①*邱杰①?gòu)埜Ｈ?/p>

目的：應(yīng)用錐形束CT(CBCT)評(píng)價(jià)宮頸癌患者圖像引導(dǎo)放射治療(IGRT)的擺位誤差及體重因素對(duì)擺位誤差的影響。方法：回顧性分析應(yīng)用Trilogy直線加速器治療的653例宮頸癌患者資料，使用其機(jī)載影像系統(tǒng)(OBI)行CBCT，共采集1175幅容積圖像與計(jì)劃CT圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，記錄升降(X軸)、進(jìn)出(Y軸)和左右(Z軸)3個(gè)軸向的誤差。以正常體重指數(shù)(BMI=23)為分界，將患者分為正常組(BMI＜23)和肥胖組(BMI≥23)，對(duì)比分析兩組BMI的差異。結(jié)果：X軸、Y軸及Z軸3個(gè)平移軸向的擺位誤差分別為(-0.38±3.6) mm、(0.01±4.5) mm和(-0.13±2.8) mm，結(jié)果滿足臨床要求；提示體重因素對(duì)擺位誤差有影響，其中肥胖組患者在X軸向的擺位誤差大于正常組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-2.446，P＜0.05)。兩組在Y軸及Z軸向的擺位誤差無顯著差異。結(jié)論：宮頸癌患者的整體擺位誤差結(jié)果較好，能夠滿足臨床要求；同時(shí)患者BMI對(duì)于X軸向的擺位誤差具有一定影響，故應(yīng)更加關(guān)注BMI較大患者的擺位情況。

宮頸癌；圖像引導(dǎo)放射治療；擺位誤差；錐形束CT；體重指數(shù)

[First-author’s address] Department of Radiation Oncology, Peking Union Medical College Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences; Peking Union Medical College, Beijing 100730,China.

在宮頸癌治療中放射治療占有重要地位，有80%的宮頸癌患者在治療過程中涉及放射治療。放射治療對(duì)提高宮頸癌患者的總生存率、降低復(fù)發(fā)率、增加手術(shù)機(jī)會(huì)和減少術(shù)中及術(shù)后并發(fā)癥等方面已有大量數(shù)據(jù)支持其效果明確[1]。

隨著設(shè)備及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，圖像引導(dǎo)放射治療(image guided radiation therapy，IGRT)以及調(diào)強(qiáng)放射治療(intensity modulation radiation therapy，IMRT)等精確放射治療技術(shù)在宮頸癌的治療中被廣泛采用，以確保靶區(qū)接受處方劑量照射的同時(shí)極大降低正常組織的受量[2-3]。因此，在進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)考慮靶區(qū)及器官的運(yùn)動(dòng)，并結(jié)合所在科室的擺位誤差水平給定合適的邊界外放(Margin)。然而，治療師的擺位水平成為決定邊界外放大小的關(guān)鍵[4]。基于此，本研究應(yīng)用錐形束CT(CBCT)評(píng)價(jià)宮頸癌患者IGRT的擺位誤差及體重因素對(duì)擺位誤差的影響，從而更好地指導(dǎo)臨床工作。

1 資料與方法

1.1一般資料

回顧性分析中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)院放射治療科2008-2015年應(yīng)用Trilogy直線加速器治療的653例宮頸癌患者資料，年齡21～79歲(中位年齡46歲)。采集1175幅容積圖像與計(jì)劃CT圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，記錄升降(X軸)、進(jìn)出(Y軸)和左右(Z軸)3個(gè)軸向的誤差。對(duì)患者進(jìn)行身高體重統(tǒng)計(jì)，計(jì)算體重指數(shù)(BMI)，并以正常BMI(BMI=23)為分界，將653例患者分為正常組與肥胖組，對(duì)比分析兩組BMI的差異。所有患者均簽署了知情同意書。

1.2納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

(1)納入標(biāo)準(zhǔn)：①宮頸癌患；②于2008-2015年進(jìn)行放射治療的患者。

(2)排除標(biāo)準(zhǔn)：①采用四野箱式照射的患者；②未能完成治療的患者。

1.3儀器與材料

采用大孔徑CT模擬機(jī)(ACQ-sim，荷蘭飛利浦公司)獲取患者的定位圖像，并傳輸至Eclipse 8.1治療計(jì)劃系統(tǒng)(美國(guó)瓦里安公司)完成調(diào)強(qiáng)計(jì)劃設(shè)計(jì)。通過常規(guī)模擬定位機(jī)(Acuity， 美國(guó)瓦里安公司)完成治療前的復(fù)位，治療則通過醫(yī)用電子直線加速器(Trilogy，美國(guó)瓦里安公司)完成。

1.4治療方法

1.4.1 定位方法

患者采用仰臥位，使用低溫?zé)崴荏w膜進(jìn)行固定，采用放射治療專用大孔徑CT模擬機(jī)定位掃描，掃描層厚為5 mm，范圍為第10胸椎下緣或膈肌上緣至坐骨結(jié)節(jié)下5 cm，定位完成后利用激光燈分別在體模及皮膚上畫出十字標(biāo)記線。

1.4.2 靶區(qū)勾畫和治療計(jì)劃設(shè)計(jì)

通過網(wǎng)絡(luò)將CT圖像傳輸并導(dǎo)入治療計(jì)劃系統(tǒng)中，主管醫(yī)師參考X射線計(jì)算機(jī)斷層成像(X-ray computed tomography，CT)、磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)以及單光子發(fā)射型電子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀(single-photon emission computed tomography，PET-CT)等影像資料勾畫靶區(qū)和危及器官。臨床靶區(qū)(clinical target volume，CTV)外放5～8 mm作為計(jì)劃靶區(qū)(planning target volume，PTV)，物理師根據(jù)醫(yī)師對(duì)靶區(qū)及危機(jī)器官的劑量限值要求進(jìn)行IMRT計(jì)劃設(shè)計(jì)。

1.4.3 擺位方法

在常規(guī)模擬定位機(jī)上對(duì)患者進(jìn)行位置校對(duì)后再進(jìn)行擺位，待激光燈與患者體部及體膜上激光線完全重合后，行CBCT位置驗(yàn)證。

1.4.4 CBCT圖像采集和配準(zhǔn)

在對(duì)患者擺位后對(duì)其盆腔部采用全扇形束模式(Full-fan)進(jìn)行CBCT掃描，計(jì)算機(jī)重建掃描圖像，由患者主管醫(yī)生和治療師將掃描圖像與定位CT圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，配準(zhǔn)完成后分別記錄患者X軸、Y軸和Z軸向的擺位誤差。對(duì)IMRT患者首次治療前行CBCT，誤差超出要求需要重新擺位驗(yàn)證，部分患者每周行1次CBCT，立體定向放射治療(SBRT)患者每次治療前行CBCT。

1.4.5 BMI數(shù)據(jù)

對(duì)患者進(jìn)行身高體重統(tǒng)計(jì)，計(jì)算BMI值，以正常BMI=23為分界進(jìn)行分組。

1.5觀察與評(píng)價(jià)指標(biāo)

觀察不同個(gè)體間療程內(nèi)不同軸向的系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的大小，以及以BMI為分組變量，觀察不同組別間擺位誤差值在3個(gè)軸向是否存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

利用擺位誤差估算CTV到PTV外放范圍大小，可以使用van Herk[8]所提出的margin公式，即公式1：

式中∑表示所有患者個(gè)體化系統(tǒng)誤差的標(biāo)準(zhǔn)差，群體化隨機(jī)誤差σ為所有患者個(gè)體化隨機(jī)誤差的標(biāo)準(zhǔn)差[9]。

1.6統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS19.0軟件對(duì)宮頸癌患者1175次CBCT驗(yàn)證圖像的擺位誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，計(jì)數(shù)資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(x-±s)表示，對(duì)依據(jù)BMI分組數(shù)據(jù)行絕對(duì)值轉(zhuǎn)換后采用兩個(gè)獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)方法進(jìn)行分析，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1擺位誤差分析

在1175組數(shù)據(jù)中3個(gè)軸向擺位誤差均呈正態(tài)分布，如圖1所示。

圖1 1175組數(shù)據(jù)中3個(gè)軸向擺位誤差分布圖

X軸、Y軸和Z軸向的擺位誤差分別為(-0.38±3.6) mm、(0.01±4.5) mm和(-0.13±2.8) mm，見表1。

表1 1175組數(shù)據(jù)擺位誤差描述分析(mm，±s)

表1 1175組數(shù)據(jù)擺位誤差描述分析(mm，±s)

軸向擺位誤差( m m )均值的9 5 %置信區(qū)間下限上限X -0 . 3 8 ± 3 . 6 -0 . 5 8 2 -0 . 1 7 2 Y 0 . 0 1 ± 4 . 5 -0 . 2 4 7 0 . 2 7 2 Z -0 . 1 3 ± 2 . 8 -0 . 2 9 0 0 . 0 2 6

按照誤差水平分級(jí)，3個(gè)軸向的擺位誤差不同水平的發(fā)生率為：X軸向＜5 mm的占92.8%，5～10 mm的占7.2%，無＞10 mm的情況；Y軸向＜5 mm的占84.3%，5～10 mm的占4.2%，＞10 mm的占1.5%；Z軸向＜5 mm的占96.4%，5～10 mm的占3.6%，無＞10 mm的情況，見表2。

表2 653例宮頸癌患者擺位誤差絕對(duì)值發(fā)生率(%)

2.2 BMI分組結(jié)果

在X軸向肥胖組的擺位誤差明顯大于正常組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-2.446，P＜0.05)；在Y軸向和Z軸向，正常組與肥胖組的擺位誤差均值無差別，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=0.234，t=0.064；P＞0.05)，如圖2所示。

圖2 不同BMI組的擺位誤差均值比較柱狀圖

3 討論

放射治療的最終目的是在盡可能地殺滅癌細(xì)胞的同時(shí)，最大限度地減少對(duì)正常組織的損傷[5]。通過充分考慮擺位誤差及器官運(yùn)動(dòng)等因素，精確制定腫瘤的照射范圍，減少正常組織的照射是有效降低正常組織損傷的關(guān)鍵。

采用IGRT技術(shù)是為了在放射治療過程中監(jiān)測(cè)患者腫瘤形狀和位置的改變，適時(shí)進(jìn)行靶區(qū)和位置的修正，使放射治療更加精確。IGRT技術(shù)目前主要依賴電子射野影像裝置(electronic portal imaging device，EPID)、超聲和機(jī)載影像系統(tǒng)等設(shè)備采集二維正交圖像或三維圖像，利用這些圖像與計(jì)劃圖像進(jìn)行配準(zhǔn)對(duì)比，指導(dǎo)當(dāng)次及后續(xù)治療，為減少擺位誤差和評(píng)價(jià)擺位誤差提供有效方法[6-8]。

擺位誤差包括系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，系統(tǒng)誤差是指實(shí)際治療位置和模擬定位時(shí)位置的差異，可采取相應(yīng)的措施使之降低；而隨機(jī)誤差是指每次治療時(shí)重復(fù)性的差異，隨機(jī)誤差發(fā)生在治療期間，一般是由患者的擺位及運(yùn)動(dòng)變化引起，具有隨機(jī)性，可通過選擇合適的固定裝置以及提高擺位精度來減小誤差范圍。

個(gè)體化系統(tǒng)誤差為所有分次誤差的平均值，而個(gè)體化隨機(jī)誤差為所有分次誤差的標(biāo)準(zhǔn)差[10-11]。由此可見，擺位精度以及患者每次擺位重復(fù)性均可影響外放范圍的大小[12-14]。為此，需要操作者要具有強(qiáng)烈的責(zé)任心，盡量減少擺位誤差。

本研究結(jié)果顯示，在3個(gè)軸向的擺位誤差值與林賽云等[15]、王多明等[16]以及梁永君等[17]的結(jié)果相近，但優(yōu)于王鑫等[18]的研究結(jié)果，該研究中患者接受適形放射治療，相比本研究中患者接受的調(diào)強(qiáng)放射治療，對(duì)擺位技術(shù)的要求較低。

Kim等[19]研究結(jié)果證實(shí)，患者BMI值對(duì)Z軸向擺位誤差有影響，本研究結(jié)論為BMI值對(duì)患者X軸向擺位誤差影響較大，可能原因是體重較大患者一般臀部脂肪較多，調(diào)整盆腔患者升降時(shí)需2名技師配合，分別調(diào)整患者臀部旋轉(zhuǎn)及治療床升降，因此患者的體重對(duì)于升降擺位誤差的影響相對(duì)較大。

本研究數(shù)據(jù)中部分患者擺位誤差較大，可能的原因?yàn)橄喈?dāng)一部分?jǐn)?shù)據(jù)均來自患者首次治療的驗(yàn)證結(jié)果。王多明等[16]的研究結(jié)果表明，首次治療驗(yàn)證與之后治療驗(yàn)證的擺位誤差結(jié)果存在差別，其原因是由于首次治療時(shí)患者較為緊張，臀部肌肉的變化導(dǎo)致X軸向出現(xiàn)更大的誤差，因此擺位過程中應(yīng)關(guān)注患者治療時(shí)的精神狀態(tài)，給予一些心理暗示及舒緩的音樂確保患者能夠配合擺位，以提高擺位精度。

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Analysis of the setup error in 653 cervix cancer patients treated with image-guided radiotherapy/

JIANG Fei, YU Lang, SUN Xian-song, et al//China Medical Equipment, 2017,14(1):21-24.

Objective: The aim of this study was to evaluate setup errors by Cone-beam computed tomography (CBCT) method in cervical cancer patients with image-guided radiotherapy and discuss the impact of body mass index (BMI). Methods: A retrospective study was adopted to analyze 653 cervix cancer patients were treated with Trilogy linear accelerator from 2008 to 2015 in our department. CBCT was performed on a Varian Trilogy linear accelerator via on–board images system, and 1175 images were acquired and matched up with planning CT images, and then systematic (∑) and random (σ) errors in X(vertical)Y(longitudinal)and Z(lateral) directions were analyzed. The patients were divided into normal BMI group (BMI＜23)and overweight patients group (BMI≥23). The software SPSS 19.0 was used for data analyzing,and the differences between two groups were compared by paired samples T test and there was statistically significant if P＜0.05. Results: The errors in X、Y and Z direction were -0.38±3.6mm、0.01±4.5mm and -0.13±2.8mm, respectively, and they can meet the clinical demand;body weight factor had an impact on setup errors, and there was significant difference in vertical direction (t=-2.446, P＜0.05) between the two groups, however,there were no significantly difference in the other two directions. Conclusions: The overall setup errors results met the clinical demand; body weight factor can lead to larger setup errors in vertical direction, therefore more attention should be paid to the patients with larger BMI.

Cervix cancer; Image-guided radiotherapy; Setup error; Cone-beam computed tomography; Body mass index

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.01.007

1672-8270(2017)01-0021-04

R737.33

A

2016-11-27

①中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)院放射治療科 北京 100001

*通訊作者：huke8000@163.com

姜斐,男,(1980- ),本科學(xué)歷，技師。中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)院放射治療科，從事放射治療工作。