胸段食管癌图像引导调强放射治疗的摆位误差分析

石祥礼，刘冉生，张丙新

［天津医科大学肿瘤医院 国家肿瘤临床医学研究中心（天津市肿瘤防治重点实验室），天津 300060］

胸段食管癌图像引导调强放射治疗的摆位误差分析

石祥礼，刘冉生，张丙新

［天津医科大学肿瘤医院 国家肿瘤临床医学研究中心（天津市肿瘤防治重点实验室），天津 300060］

目的探讨锥形束C T扫描在胸段食管癌患者调强放射治疗摆位中的重要性。方法选取胸段食管癌调强放射治疗患者30例，胸腹板和热塑体膜进行体位固定，首次治疗前对患者行锥形束C T（C BC T）扫描，治疗过程中每周行1次C BC T扫描，并记录患者左右、头脚、腹背3个方向的误差数值，对数据进行分析并在线纠正摆位误差。结果30例患者行168次C BC T扫描验证摆位误差，校正前患者左右（X）、头脚（Y）、腹背（Z）3个方向的摆位误差分别为（0.195±0.075）、（0.273±0.091）和（0.202±0.079）cm；校正后误差分别为（0.024±0.013）、（0.044±0.023）和（0.030±0.016）cm。治疗过程中摆位误差逐渐减小，治疗体位重复率高。30例患者顺利按放射治疗计划完成治疗，肿瘤局部控制率为96.8%，不良反应明显下降。结论胸段食管癌调强放射治疗中行C BC T扫描具有重要作用；胸段食管癌调强放射治疗中，重复摆位必然会产生一定误差，只有分析误差产生原因，采取有效措施减少误差，才能使靶区及周围正常组织器官的剂量分布更准确，为临床放疗提供质量保证。

胸段食管癌；调强放射治疗；图像引导；锥形束C T；摆位误差

食管癌在我国较为多发和常见，胸中段为其好发位置，占＞50%食管癌患者［1］。食管癌的早期症状比较隐匿，多数食管癌患者确诊时已为中晚期，大部分患者须行放射治疗（以下简称放疗）［2］，而放疗的过程中有很多不确定因素会影响放疗过程中靶区及周围正常器官的剂量分布，如呼吸运动和心脏搏动的影响、放疗分次间肿瘤本身的变化、每次放疗的摆位误差等，均将导致食管癌的位移［3］。图像引导放疗技术（i m age gui ded radi ot herapy，IGRT）将放射治疗设备和影像装置完美结合，放疗时实行锥形束CT扫描，产生的容积图像与治疗计划的三维重建图像可实行三维方向比较，得出摆位误差，从而更好地限定肿瘤靶区，提高治疗体位的重复率，改善放疗的精度。

1　资料与方法

1.1一般资料

1.1.1临床资料选取2014年9月-2015年6月行调强放疗的食管癌患者30例，获取168幅图像及误差参数。所有患者均经病理组织学确诊。其中，男性24例，女性6例；年龄42～78岁，中位数62岁，患者身体状态较好，有良好的自控能力，KPS评分＞80分。

1.1.2仪器设备及材料VARIAN IX-SN5561医用电子直线加速器，机载影像系统（on board i mager，OBI），锥形束CT（cone-beam com put er t om ography，CBCT），飞利浦大孔径CT（phi l i ps bri l ance bi g bore com put er t om ography，PH ILIPS），大孔径CT模拟定位机，Pi nnacl e三维治疗计划系统，M ed-t ec仰卧体架，热塑体膜。

1.2方法

1.2.1C T定位所有患者采用热塑体膜结合碳纤维体架固定体位，定位时患者取仰卧位，双手十指交叉置于前额，体位尽量舒适便于重复摆位。热塑体膜置于65℃热水中，待其柔软透明取出覆于患者身体表面，固定位置一般选择双侧C孔，较胖患者可选择D孔，将水擦干待冷却塑形；将床送至激光参考点处，在患者热塑体膜前正中线及左右体侧依照激光线描画3组十字线，并在十字交叉点放置直径约2 m m的铅珠作为参考坐标系的体表标记；行增强扫描，扫描层厚3 m m，选择动脉期扫描（药量100 m l，延迟45 s，注射速度2 m l/s）；扫描结束后，将扫描床退至参考点处，取下体膜，在患者体表描画3组十字线。

1.2.2靶区勾画及治疗计划制定将CT扫描图像传输至Pi nnacl e治疗计划系统，行靶区勾画和治疗计划设计，靶区由主治医师和主任医师共同勾画，再由物理师设计调强放疗计划；治疗计划经物理师与主治医师共同评价确定。最后将计划CT图像传送至服务器，作为图像匹配的参考图像。

1.2.3复位核野治疗计划完成后，按定位方式重新将患者固定在CT定位床上进行扫描；核野后撕去体膜上的原十字激光标记，在体膜的等中心位置重新标记十字线。

1.2.4治疗摆位及C BC T图像采集在治疗机房内，由2位技师合作按治疗计划设计的等中心标记进行摆位，摆位时，患者的着装和体位应与CT定位扫描时保持一致；摆位完成后CBCT扫描，选择Thorax模式，采用H ALF FAN扫描，扫描层厚2 m m，扫描角度182～178°，扫描矩阵512×512。所有患者首次治疗前行1次CBCT扫描，然后每周行1次CBCT扫描。

1.2.5图像匹配及误差在线纠正应用机载影像系统配准软件，选择等剂量曲线中心所在的层面进行框定，选择靶区附近较为稳定的骨性标志作为配准标志。匹配时首先采用自动骨性匹配，在自动匹配的基础上进行手动微调，直至与计划CT图像在各个层面上获得骨性标志的最佳重叠，最终确定配准结果［4］，此时显示的结果即为首次摆位后的实际中心位置同治疗计划中心位置在三维方向上的偏差值。通过三维移床进行误差在线校正，与治疗计划靶区重合后为患者治疗，如任一方向＞1 cm则重新摆位，移床完成后再次CBCT扫描，得到校正后的剩余误差。

1.3统计学方法

采用SPSS 18.0统计软件进行数据分析，计量资料用均数±标准差（±s）表示，用t检验，原始床值有正负值之分，正负值表示其值的矢量方向，其中在X方向，正值代表向左偏，负值代表向右偏；Y方向上，正值代表向头侧偏，负值代表向脚侧偏；Z方向上，正值代表向腹侧偏，负值代表向背侧偏。摆位误差来源于分次治疗摆位过程中的系统误差和随机误差，系统误差用分次摆位误差的平均值表示，随机误以标准差表示，P＜0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1摆位误差

30例患者共采集图像168次，其中首次治疗扫描30次，后续治疗扫描138次，所有患者顺利完成治疗，摆位误差减小，治疗体位重复率高，放疗副反应明显下降。结果表明，不同患者以及不同分次均存在摆位误差，不同方向的误差也有较大差异，其中头脚方向误差最大，治疗过程中摆位误差逐渐减小。见表1。

2.2摆位误差校正前后比较

患者垂直方向、头脚方向、左右方向校正后摆位误差均低于校正前，且数值明显降低，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表2。

2.3摆位误差绝对值校正前后分布对比

校正前，X、Y、Z三维方向误差≤0.3 cm的比例分别为92%（155/168）、58%（98/168）和83%（139/168）。校正后，X、Y、Z三维方向误差≤0.3 cm的比例分别为100%（168/168）、98%（165/168）和100%（168/168）。

表1　患者摆位误差比较 （cm，±s）

表1　患者摆位误差比较 （cm，±s）

腹背（Z）首次放疗　3 0 　0 . 2 3 9 ± 0 . 0 8 6 　0 . 3 1 7 ± 0 . 0 9 3 　0 . 2 3 5 ± 0 . 0 8 8后续放疗　1 3 8 　0 . 1 8 5 ± 0 . 0 6 9 　0 . 2 6 3 ± 0 . 0 8 7 　0 . 1 9 6 ± 0 . 0 7 5 t值　-2 . 8 4 9 　-2 . 3 2 4 　-1 . 9 4 8 P值　0 . 0 0 5 　0 . 0 2 2 　0 . 0 5 4时间例次左右（X）头脚（Y ）

表2　18例患者摆位误差校正前后的差异比较 （cm，±s）

表2　18例患者摆位误差校正前后的差异比较 （cm，±s）

腹背（Z）校正前　0 . 1 9 5 ± 0 . 0 7 5 　0 . 2 7 3 ± 0 . 0 9 1 　0 . 2 0 2 ± 0 . 0 7 9校正后　0 . 0 2 4 ± 0 . 0 1 3 　0 . 0 4 4 ± 0 . 0 2 3 　0 . 0 3 0 ± 0 . 0 1 6 t值　3 . 9 7 8 　2 . 9 3 4 　2 . 5 4 6 P值　0 . 0 0 0 　0 . 0 0 4 　0 . 0 1 2时间左右（X）头脚（Y ）

3　讨论

本治疗系统自带OBI系统，通过锥形束扫描采集图像，应用骨性结构配准后计算出摆位误差。分析整组数据后发现，Y轴方向上的误差较其他2个方向的误差要大，而且校正前后误差≤0.3 cm的比例变化非常明显，回顾摆位过程，分析原因如下：①摆位时，患者需重复双手交叉置于额头，频繁手臂上抬的重复性较差，使皮肤牵拉的程度不同；②可能与患者呼吸运动造成的胸廓运动有关。

放疗的目的是尽量减少对正常组织损伤的情况下杀死癌细胞，而在食管癌调强放疗过程中，由于机器和人为因素，重复摆位必然会产生一定的误差，造成摆位误差出现的原因有以下几点：①胸段食管位置呼吸运动幅度较大，心脏及大血管搏动明显，摆位过程中应嘱患者放松，保持平静呼吸；②患者进食以及体形的改变都会造成固定体膜对皮肤的挤压和牵引，并易使患者不自觉地旋转，因此每次治疗都应嘱付患者保持好体形，尽量与定位时状态一致；③体表或热塑体膜上的标志线模糊不清导致激光灯不准，重新描画时最好在模拟定位机下进行；④不同的操作人员、匹配方式、兴趣区域和匹配参考点的选择均会影响配准结果［5-6］，治疗过程中应尽量减少工作人员换岗频率；⑤患者精神过度紧张，全身肌肉僵硬，以致不能有效配合，因此治疗前应向患者适度宣教，了解治疗过程，消除恐惧。另外，摆位误差和系统误差还与设备的运行状态有关，如激光灯的误差、定位机扫描误差、加速器机械误差等，所以定期对加速器和模拟定位机进行维护保养以减小摆位误差很有必要，定期检测应包括激光灯校正、治疗床的床值精度等，误差超过标准时应及时调整［7］。

IGRT调强技术将放疗机与影像设备相结合，每次治疗前采集相关影像学信息，对摆位误差进行在线修正，及时调整后续放疗计划或引导射线束实时照射［8-10］，明显减小放疗分次间的误差，提高治疗精度。在调强放疗过程中摆位误差是不可避免的，摆位技术直接决定治疗的精度与疗效，放疗技师在整个放疗过程中起着至关重要的作用，因此应牢记摆位过程的步骤和细节，尽量减少摆位误差，专业、快速、准确地完成每次定位，真正实现精准治疗，为肿瘤患者解除病痛。

［1］钱浩，吴开良.实用胸部肿瘤放射治疗学［M］.上海:复旦大学出版社.2007:271-295.

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［3］郭媛媛，杨桂娇.CBCT在食管癌调强放疗中的摆位误差分析［J］.中国现代医生，2014，52（17）:29-31.

［4］蒋琳，陈晓品，金丹，等.应用OBI系统分析胸部肿瘤调强放疗的摆位误差［J］.激光杂志，2009，30（5）:92-93.

［5］高琨，许君艳，邓烨，等.应用锥形束CT校正宫颈癌调强放疗摆位误差的研究［J］.肿瘤防治研究，2013，40（2）:190-192.

［6］王军良，周振山，薛娴，等.锥形束CT图像与计划CT图像配准方法分析［J］.中国医学物理学杂志，2011，28（1）:2386-2388.

［7］赵家成，段诗苗，李多杰.改良体膜在胸部肿瘤适形放疗中的应用［J］.蚌埠医学院学报，2012，37（6）:647-649.

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［9］于金明，袁双虎.图像引导放射治疗研究及其发展［J］.中华肿瘤杂志，2006，28:81-83.

［10］戴建荣，胡逸民.图像放疗的引导方式［J］.中华放射肿瘤学杂志，2006，15:132-135.

（童颖丹编辑）

Beam position error analysis of image-guided intensity-modulated radiotherapy for thoracic-segment esophageal cancer

Xiang-li Shi，Ran-sheng Liu，Bing-xin Zhang
［Department of Radiation Oncology，Cancer Institute and Hospital（National Clinical Research Center of Cancer），Tianjin Medical University，Tianjin 300060，China］

Objective To investigate the importance of cone-beam computed tomography（CBCT）scan in setup of image-guided radiotherapy（IMRT）for thoracic-segment esophageal cancer.Methods Thirty patients with thoracic-segment esophageal cancer were enrolled into the study.All the patients were scanned by kilovoltage CBCT before treatment and every week during radiotherapy.The setup errors of isocenter positions on the axes of X，Y and Z were recorded.The data were analyzed and placement error was corrected online. Results The position errors in the 30 patients were verified by 168 times of CBCT scan.Before correction the positioning errors of X，Y and Z three directions were（0.195±0.075），（0.273±0.091）and（0.202±0.079）cm respectively.After correction the errors were（0.024±0.013），（0.044±0.023）and（0.030±0.016）cm respectively.All the patients completed the radiotherapy plan.Local control rate of the tumor was 96.8%，and adverse reactions decreased.Conclusions CBCT scan plays an important role in IMRT for esophageal cancer and the setup errors always occur in radiotherapy of esophageal cancer.Only analyzing the causes of errors and taking effective measures to reduce errors can make more accurate dose distribution in target and surrounding normal tissues and organs，and assure the efficacy of clinical radiotherapy.

thoracic-segment esophageal cancer；intensity-modulated radiotherapy；imaged-guided；conebeam CT；beam position error

R 735.1

B

1005-8982（2016）05-0090-03

10.3969/j.i s s n.1005-8982.2016.05.019

2015-11-23