頭頸部腫瘤放射治療不同解剖區域位置精度分析

賴建軍 俞玉鳳 王佳浩 李夏東 吳稚冰 鄧清華 吳式琇 馬勝林 汪黎棟

放射治療在頭頸腫瘤綜合治療中具有重要的地位。因頭頸部解剖結構復雜，其放射治療靶區劑量往往受限于臨近的危及器官。而調強放射治療（IMRT）能給予腫瘤靶區更好的適形性和劑量梯度，更準確地照射腫瘤區域，并更好地保護周圍危及器官，是目前頭頸部放射治療的主流技術方法[1]。在實際臨床應用中，IMRT療效與分次治療過程中不同解剖區域的位置精度密切相關，而影響位置精度的因素有定位擺位技術方法[2-4]、分次間體重變化和腫瘤消退引起的解剖結構變化[5]、分次內器官移動導致的位置不確定性[6]等。本文選擇182組頭頸部腫瘤放射治療患者錐形束CT（CBCT）圖像資料，量化分析頭頸部腫瘤放射治療過程中不同解剖區域的位置精度，為臨床定義靶區外放邊界和危及器官的精準勾畫提供參考。

1 對象和方法

1.1 對象 選擇2013年10月8日至2016年6月15日在杭州市腫瘤醫院行IMRT的34例頭頸部腫瘤患者的182組CBCT圖像資料為研究對象。男20例，女14例；年齡 28～72[52（40，65）]歲。

1.2 方法

1.2.1 擺位固定和模擬定位 采用美國Civco公司生產的碳纖維頭頸肩固定架、透明頭枕和頭頸肩熱塑膜固定。使用荷蘭Philip公司生產的Brilliance Big Bore CT模擬定位機掃描CT圖像，掃描電壓120kV，探測器準直器 0.75mm，螺距 0.982，層厚 3mm，層間隔 3mm，視野500mm，矩陣512×512；掃描范圍根據醫囑要求，有個體差異。

1.2.2 計劃設計和傳輸 使用荷蘭核通公司生產的Oncentra放射治療計劃系統設計IMRT計劃，將放療計劃CT圖像及靶區信息傳至Mosaiq網絡系統中心服務器。

1.2.3 治療與X線容積圖像（XVI）獲取 治療設備采用瑞典醫科達公司AXESSE型加速器，射線能量為6MV X射線。放療前加速器機架225-135旋轉260°進行CBCT掃描，掃描管電壓120kV，管電流40mA，準直器選用S20，濾過器選用F0，總幀數330，矩陣512×512。所有患者均在放射治療前行CBCT，1次/周。

1.2.4 配準框定義及圖像配準分析 定義6個不同的解剖區域作為配準框，其中Clinical ROI為臨床常用配準框，5個局部解剖區域（包括后枕骨區域、下頜骨腮腺區域、C1～C3區域、C4～C6區域、C7及以下區域）作為配準框，見圖1（插頁）。選用Clipbox灰度值自動配準，按照6個不同配準框進行平移方向（X軸、Y軸、Z軸）擺位誤差配準。

圖1 矢狀位下不同配準解剖區域的定義范圍

1.2.5 相關性分析 Clinical ROI的配準結果代表頭頸部腫瘤患者的整體擺位誤差，統計Clinical ROI與5個局部解剖區域的相關性，以進行解剖區域位置精度不確定性分析。

1.2.6 外放邊界計算 采用6個不同解剖區域擺位誤差配準統計結果，運用公式m=2.5Σ＋0.7σ計算外放邊界[2]。

1.3 統計學處理 應用SPSS 17.0統計軟件。不同配準框擺位誤差統計采用誤差條形圖表示。Clinical ROI與5個局部解剖區域的相關性分析采用Pearson雙變量相關，0.8＜r≤1.0為極強相關，0.6＜r≤0.8為強相關，0.48＜r≤0.6為中等程度相關。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 不同配準框擺位誤差 34例頭頸部腫瘤患者中，鼻咽癌26例，喉癌8例；共有182組CBCT圖像，按照6個不同配準框進行平移方向擺位誤差統計條形圖，見圖2（插頁）。6個配準框中，其配準統計結果顯示X軸和Z軸平移最大誤差出現在C7及以下區域，平均值分別為-2.5mm、-1.1mm，標準差分別為2.2mm、2.8mm；Y軸平移最大誤差出現在下頜骨腮腺區域，平均值、標準差分別為1.9mm、1.7mm。Clinical ROI擺位誤差在（0.17±0.17）cm以內，5個局部解剖區域擺位誤差范圍在（0.25±0.28）cm以內。不同解剖區域具有不同的位置精度。

圖2 不同解剖區域平移方向擺位誤差統計條形圖（mm）

2.2 Clinical ROI與5個局部解剖區域的相關性分析 結果發現，C1～C3區域在X軸、Y軸、Z軸平移方向與 Clinical ROI均呈極強相關（r=0.81、0.83、0.81，均P＜0.05），見表 1。

表1 Clinical ROI與5個局部解剖區域的相關性分析

2.3 6個不同解剖區域配準結果計算的外放邊界 后枕骨區域、下頜骨腮腺區域、C4～C6區域、C7及以下區域外放邊界需要＞0.5cm，各解剖區域在3個平移方向的外放邊界見表2。

表2 6個不同解剖區域配準結果計算的外放邊界（cm）

3 討論

隨著IMRT在頭頸部腫瘤放射治療中的廣泛應用，為了應對擺位誤差、腫瘤位置及形狀變化帶來的腫瘤和危及器官位置精度的不確定性，給予靶區安全的外放邊界顯得尤為重要[7]。降低解剖位置精度的不確定性，就可以盡量減小外放邊界并給予腫瘤靶區最好的劑量分布，同時最大程度減少危及器官受照劑量，以提高臨床治療效果[8]。基于XVI的CBCT技術可以獲得具有豐富解剖結構的三維實時擺位圖像，與計劃CT圖像精確配準[9]，可以在放射治療分次間觀察和量化分析頭頸部腫瘤和不同解剖區域的位置精度，為靶區外放邊界和危及器官的精準勾畫提供參考。

本研究選擇不同解剖區域配準框對頭頸部CBCT圖像資料進行配準分析，結果顯示不同配準區域產生的配準結果不同，不同解剖區域具有不同的位置精度，在3個平移方向 Clinical ROI擺位誤差在（0.17±0.17）cm以內，5個局部解剖區域擺位誤差范圍在（0.25±0.28）cm以內，局部誤差范圍＞整體擺位誤差。C7及以下區域X、和Z軸平移誤差最大，主要原因在于C7及以下區域一般距離中心點較遠，擺位時可能造成的偏移較大。下頜骨腮腺區域Y軸平移誤差最大，主要是由顳頜關節不自主運動造成的。Clinical ROI與5個局部解剖區域配準統計結果均存在不同程度偏差，其中C1～C3區域配準統計結果與Clinical ROI最為接近，Manning等[8]認為局部擺位誤差及整體擺位誤差偏差與腫瘤消退造成局部形變、中心點遠端區域隨機性位移有關。相關研究結果表明危及器官的精準勾畫在現代精確放療中具有重要意義[10-14]。本文通過對不同解剖區域進行擺位誤差配準的統計結果，也可以為臨床醫生精準勾畫危及器官提供參考。Clinical ROI與5個局部解剖區域配準結果的相關性分析結果顯示，C1～C3區域與Clinical ROI在X軸、Y軸、Z軸上的相關系數最高，均呈極強相關。Zhang等[15]研究結果顯示，C2區域具有最好的重復性且與Clinical ROI具有極強相關性，與本研究結果相似。針對本文所選病例的擺位固定方法，頭枕對C1～C3區域支撐和固定較好，同時C1～C3區域局部受到腫瘤消退引起的形變較小，以上是Clinical ROI與5個局部解剖區域中C1～C3區域配準結果呈極強相關的主要原因。對于進行頭頸部精確放療的單位，目前CBCT并不普及。而本研究結果也為采用電子射野影像系統（EPID）進行擺位誤差配準條件下骨性標記勾畫提供參考，C1～C3區域可作為應用EPID進行頭頸部腫瘤擺位誤差配準勾畫的骨性標記區域。本院在頭頸部腫瘤放射治療中臨床應用的外放邊界為0.5cm，故計算了不同配準區域下的靶區外放邊界，通過Clinical ROI區域配準的整體擺位誤差結果計算的外放邊界均在0.5cm范圍內，而5個局部解剖區域中僅有C1～C3區域計算結果在0.5cm范圍內，其他4個局部解剖區域外放邊界均＞0.5cm。臨床上通常使用Clinical ROI計算整體擺位誤差和外放邊界，而通過局部解剖區域計算的外放邊界也能為不同區域的腫瘤外放邊界提供參考。

綜上所述，頭頸部腫瘤放射治療中不同解剖區域位置精度不同，臨床定義靶區外放邊界和危及器官的精準勾畫需要考慮局部擺位誤差和解剖位置變化帶來的影響。通過量化分析頭頸部腫瘤放療中不同解剖區域的位置精度，可以為臨床靶區外放和危及器官的精準勾畫提供參考。筆者將嘗試對頭頸部腫瘤放射治療療程中局部位置精度變化與時間的關系作進一步研究，為臨床醫生和物理師對治療計劃的及時干預與調整提供參考。