基于錐形束CT分析食管癌和肺癌患者擺位誤差

肖亮杰，方涌文，王宇留，林曉生，許森奎，姚文燕，趙磊，方鍵藍

1.中山大學(xué)腫瘤防治中心放療科，廣東廣州 510060；2.廣東省食管癌研究所，廣東廣州 510060

前言

隨著胸部腫瘤發(fā)病率的增加和設(shè)備的更新，精確放療已成為治療的主要方式之一［1］。固定裝置多元化、個性化，提高了患者體位重復(fù)性［2］，但放療過程可能需要多次擺位，特別是胸部腫瘤，患者體積較大，躺下后不平整，另外還有各種人為因素，如患者呼吸運動、肌肉松弛、治療師擺位等［3］，導(dǎo)致在治療的過程中存在擺位誤差［4］。2～3 mm的擺位誤差會降低靶區(qū)劑量，使患者無法得到精確治療，特別是對于長靶區(qū)的腫瘤，如食管癌，旋轉(zhuǎn)誤差可能會加大平移誤差的影響，從而導(dǎo)致靶區(qū)劑量分布準確性下降［5-6］。目前，大多數(shù)直線加速器配備了錐形束CT（CBCT）圖像引導(dǎo)系統(tǒng)，可以在六維方向配準，有條件的單位配有六維床，能夠在6個方向上糾正患者體位的位移誤差，且有明顯的效果［7］。本研究根據(jù)實際臨床觀察發(fā)現(xiàn)，食管癌相對于肺癌，食管癌患者在旋轉(zhuǎn)方向存在著較大的偏移誤差，因此通過回顧食管癌、肺癌患者前3 次CBCT 掃描后得到的六維方向的擺位誤差數(shù)據(jù)進行分析，證明六維床對糾正食管癌放療時擺位誤差的必要性和臨床意義。

1 資料與方法

1.1 患者資料

選取2019年10月～2021年12月在中山大學(xué)腫瘤防治中心放療的170例胸部腫瘤患者作為研究對象。其中，食管癌85 例，肺癌85 例；男141 例，女29 例；患者年齡29～72歲，中位年齡50歲。將170例患者按照病種分為食管癌組和肺癌組，所有患者KPS 評分≥70分，在治療期間均意識清醒，生活能自理。根據(jù)組織病理學(xué)診斷：食管癌組均為鱗癌，胸中段食管癌55例，胸下段食管癌30 例；肺癌組鱗癌50 例，腺癌35例。納入標準：（1）經(jīng)影像學(xué)、病理學(xué)檢查，確診為食管癌或肺癌患者；（2）需放療的患者；（3）未合并嚴重精神疾病者；（4）患者可以自主行動，能夠配合并完成治療。排除標準：（1）臨床資料不完整者；（2）CT檢查禁忌癥者；（3）存在其他部位原發(fā)性腫瘤轉(zhuǎn)移的患者。

1.2 研究方法

1.2.1 設(shè)備及參數(shù)設(shè)置瓦里安公司Vital Beam（編號3980）直線加速器，醫(yī)科達公司Infinity 直線加速器及MOSAIQ 系統(tǒng)（版本Version 2.8），飛利浦公司16 排大孔徑CT模擬定位機。

1.2.2 體位固定和CT 定位患者均采用長1.2 m 真空袋固定，仰臥平躺在真空袋上，雙手上舉，平靜呼吸，通過CT模擬定位機進行胸部掃描，管電壓為120 kV，層間距與層厚均為5 mm，標記原始中心。將掃描得到的定位圖像傳輸至TPS 計劃系統(tǒng)，進行靶區(qū)勾畫、完成治療計劃并驗證，再進行復(fù)位。

1.2.3 擺位流程嚴格按固定裝置制作及CT 掃描時的體位要求，先讓患者坐在真空袋中央，再平穩(wěn)地躺下，雙手上舉，確保患者身體與真空袋完全貼合，通過患者體表兩側(cè)水平標記點，調(diào)整左右旋轉(zhuǎn)，減少患者身體扭曲。

1.2.4 圖像采集與配準患者在治療前，行CBCT 掃描，獲得靶區(qū)的影像數(shù)據(jù)，傳輸至MOSAIQ 系統(tǒng)，采用灰度配準，將CBCT 圖像與計劃CT 圖像進行六維配準得到平移方向：頭腳方向（SI）、左右方向（LR）、前后方向（AP）及繞Z 軸旋轉(zhuǎn)（RTN）、繞X 軸旋轉(zhuǎn)（PITCH）、繞Y軸旋轉(zhuǎn)（ROLL）的配準誤差，取其絕對值（不考慮方向），將食管癌、肺癌患者的六維方向配準誤差分為食管癌組、肺癌組。

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析

使用SPSS 21 軟件對數(shù)據(jù)進行分析。計數(shù)資料采用百分比表示，采用卡方檢驗方法。采用Excel 2019 作圖，計量資料做正態(tài)性分布檢驗，不符合正態(tài)分布的計量資料采用M（Q1,Q3）表示，原始數(shù)據(jù)取絕對值后進行Kolmogorov-SmirnovZ非參數(shù)秩和檢驗。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 食管癌組和肺癌組擺位校正差異分析

食管癌組和肺癌組的SI、RTN、PITCH、ROLL 比較，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），而LR、AP 比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），見表1。

表1 食管癌組和肺癌組擺位校正差異分析Table 1 Analysis of setup errors in esophageal cancer group and lung cancer group

2.2 誤差分布情況

兩組在6個方向的配準誤差分布如圖1和圖2所示，兩組平移方向的配準誤差分布比較相似，相對集中在-0.3～0.3 cm，而食管癌組中SI方向出現(xiàn)多次誤差較大的情況（＞0.5 cm），占27.5%；兩組旋轉(zhuǎn)方向的配準誤差分布，較為相似，相對集中在-1°～1°，而食管癌組中PICTH、ROLL 方向出現(xiàn)多次誤差較大（＞1°）的情況，分別占48.2%、45.5%，見表2。

表2 食管癌組和肺癌組配準誤差平移＞0.5 cm及旋轉(zhuǎn)＞1°擺位次數(shù)頻數(shù)表［例（%）］Table 2 Frequency of translations ＞0.5 cm or rotations ＞1°setups in esophageal cancer group and lung cancer group［cases(%)］

3 討論

調(diào)強放射治療已成為腫瘤治療的主要治療手段之一，以靶區(qū)高劑量、邊緣劑量陡峭為特征，每次擺位誤差可能會影響靶區(qū)劑量，導(dǎo)致腫瘤局部控制率下降［8］。Nazir等［9］和Hattel等［10］通過SGRT系統(tǒng)在實時監(jiān)測胸部腫瘤放療時，患者在平移及旋轉(zhuǎn)方向上均有位移誤差。在放療過程中，提高每次治療擺位精度是保證精確治療的關(guān)鍵性因素［11］。

在本研究中患者平躺仰臥在真空袋上，相對于體膜+底板固定，患者舒適感更好，更有利于患者完成放療，同時為了減少因患者放化療副作用，導(dǎo)致體質(zhì)量下降、呼吸不暢等因素影響，收集患者前3 次CBCT掃描數(shù)據(jù)，記錄位移誤差并分析。

研究表明，優(yōu)化固定裝置，減小食管癌、肺癌患者平移方向位移誤差，而旋轉(zhuǎn)方向位移誤差均值為-1°～1°［12-15］。本研究中食管癌組、肺癌組在平移方向的誤差相對集中在-0.3～0.3 cm，旋轉(zhuǎn)方向的誤差相對集中在-1°～1°，與上述研究相似，但旋轉(zhuǎn)方向誤差在1°～3°的情況，RTN、PITCH、ROLL 的占比分別為：食管癌組為22.7%、43.9%、43.1%，肺癌組為16.1%、29.3%、25.9%。Yoon等［16］研究表示，旋轉(zhuǎn)誤差會導(dǎo)致靶區(qū)覆蓋率下降，發(fā)生1°的旋轉(zhuǎn)誤差，2.5 cm3的靶區(qū)覆蓋率降至84%，若是發(fā)生2°旋轉(zhuǎn)誤差，則覆蓋率降至62%。因此，食管癌組在旋轉(zhuǎn)擺位誤差方面，3 個方向的旋轉(zhuǎn)角度＞1°明顯要高于肺癌組，所以旋轉(zhuǎn)誤差對食管癌放療精度的影響不容忽視。

根據(jù)患者身上的CT 標記點調(diào)整患者頭腳方向，以及CT 水平標記點調(diào)整患者左右旋轉(zhuǎn)角度，進而控制胸部旋轉(zhuǎn)牽拉對本研究的影響。結(jié)果顯示，在SI方向，由于胸部腫瘤治療點的位置在胸骨柄附近，患者躺在真空袋上，由于呼吸運動以及患者肩膀變化，導(dǎo)致頭腳方向位移變化大，位移量大于0.5 cm，食管癌組占27.5%，而肺癌組占17.3%，食管癌組大于肺癌組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；在旋轉(zhuǎn)誤差方面，食管癌組均大于肺癌組，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），其原因可能有以下幾點：（1）由于食管癌靶區(qū)長度的差異，可能會造成SI 方向的位置差異［17］，另外，食管癌靶區(qū)較長，CT 模擬定位時，CT 標記點無法確定是否靠近腫瘤靶區(qū)，可能導(dǎo)致靶區(qū)中心離旋轉(zhuǎn)軸距離變大，從而導(dǎo)致在旋轉(zhuǎn)方向上誤差變大［18］，而肺癌相對于食管癌，靶區(qū)范圍小，在CT模擬定位時，CT標記點較靠近腫瘤靶區(qū)，使得在平移以及旋轉(zhuǎn)方向相對穩(wěn)定；（2）單純真空袋固定，可能對于食管癌長靶區(qū)的患者并不能起到很好的固定效果［19］，而本研究中，患者均采用真空袋固定，可能導(dǎo)致食管癌組在SI、PITCH 方向的擺位誤差均大于肺癌組；（3）Qiu 等［20］和Zhou 等［21］研究發(fā)現(xiàn)，食管癌在不同方向的運動可能與腫瘤位置有關(guān)，從上段到下段食管，腫瘤在SI、AP 方向的運動會變大，放療過程中，食管內(nèi)部蠕動，胸段食管腫瘤靠近頸部運動幅度最小，越接近腹部運動幅度越大，運動較為明顯的部位在鄰近膈肌上下處，且SI 和AP 方向明顯［22］；（4）文獻［23-25］研究發(fā)現(xiàn)，不同配準方式以及配準范圍，會影響圖像配準精度，還要根據(jù)食管腫瘤運動情況，采用不同圖像引導(dǎo)校正策略。在本研究中，采用灰度配準，并未采用骨配準和配準范圍［23］，且食管癌靶區(qū)長度不同，導(dǎo)致六維配準范圍不一致，可能是導(dǎo)致食管癌組在SI、RTN、PITCH、ROLL 等方向的擺位誤差均大于肺癌組的原因。

本研究存在以下局限性：首先，食管癌以及肺癌病理類型并未區(qū)分，只是籠統(tǒng)地將其歸為胸部腫瘤；其次，患者并未進行呼吸控制，降低呼吸運動［26］；最后，只選取了前3 次CBCT 掃描數(shù)據(jù)，缺少患者后續(xù)治療的掃描數(shù)據(jù)，未能進行更詳細的測量與分析，在后續(xù)的研究中，應(yīng)增加多個時間斷面，再重復(fù)測量評價。

綜上所述，由于食管癌的靶區(qū)屬于長條形，相對于肺癌的靶區(qū)，存在較大的擺位誤差，食管癌靶區(qū)的旋轉(zhuǎn)誤差會加大對平移誤差的影響，因此，在本研究中，建議為食管癌患者治療時，采用六維配準技術(shù)配合六維床，糾正六維方向的擺位誤差，降低旋轉(zhuǎn)誤差對平移誤差的影響，減少對靶區(qū)劑量的影響。在后續(xù)研究中，會進行驗證光學(xué)體表檢測系統(tǒng)實時監(jiān)控患者胸部體表六維方向位移誤差的有效性，運用于食管癌患者放療的過程中，減少CBCT 掃描的次數(shù)，降低患者X線的受量。