前列腺癌图像引导放疗中两种引导方法摆位误差的比较

田龙，席强，赵鑫，刘月霞，张遵浩

1河北北方学院附属第一医院放疗科，河北张家口075000

2张家口教育学院医学影像系，河北张家口075000

3河北医科大学第一医院放疗科，石家庄050030

放射治疗（简称放疗）是肿瘤治疗最重要的手段之一，而现代精确放疗技术已在肿瘤治疗中占据主导地位[1]。针对前列腺癌的图像引导放疗（image-guided radiation therapy，IGRT）技术能够有效地提高靶区的照射剂量，缩小照射野，并保护肿瘤周围正常的组织和器官（如膀胱、直肠），成为首选的放疗方法[2]。IGRT技术包括基于内植标志物的KV级正交X线方法和基于不同校准方法的锥形束计算机断层扫描（cone beam computerized tomography，CBCT）方法，可减小前列腺癌放疗过程中造成的误差[3-6]。不同的前列腺癌IGRT技术对前列腺癌的摆位误差不同，且在经济性、可操作性和安全性方面存在差异[7]。鉴于中国大多数医院放疗科一般仅开展一项前列腺癌IGRT技术，本研究比较了两种常用的IGRT技术，即基于内植标志物的KV级正交X线技术和基于软组织灰度值校准的CBCT技术对前列腺癌的摆位误差，并客观分析了其优势和劣势，从而为临床前列腺癌的诊断提供技术选择和应用参考，现报道如下。

1 对象与方法

1.1 研究对象

选取2016年5月至2017年12月河北北方学院附属第一医院放疗科收治的25例中危前列腺癌患者作为研究对象。纳入标准：①未接受过其他任何治疗；②体格检查示各项生理、生化指标均正常；③身体状况能够接受植入手术。排除标准：①合并前列腺增生、前列腺严重钙化等疾病；②合并肥胖症；③合并前列腺原发灶感染等并发症；④合并直肠息肉、痔疮等疾病。25例中危前列腺癌患者的年龄为57～80岁，中位年龄为69岁；参考以1966年原始评分标准[8]为基础建立的新标准[9-10]进行Gleason评分：≤6分12例，7分12例，≥8分1例；临床分期：T1c期1例，T2a期20例，T2b期2例，T2c期2例。全部患者及家属均对本研究知情同意，并自愿签署知情同意书，且本研究通过医院医学伦理委员会的审核批准。

1.2 方法

1.2.1 设备试验设备为Visicoil helical线性金属标志物（比利时IBA公司生产）、独立的KV级正交X线成像系统（美国瓦里安公司生产）和装载CBCT成像设备的Synergy Platform医用电子直线加速器（瑞典医科达公司生产）。

1.2.2 标志物植入肠道处理后，全部患者采用经直肠超声引导术和细针抽吸（fine needle aspiration，FNA）活检术植入3枚标志物于前列腺的不同层面，标志物之间的距离大于10 mm。

1.2.3 CT模拟患者采取仰卧位行盆腔扫描，过程中使用固定装置。植入标志物的前列腺区域扫描层厚为0.5 mm，以保证可视性；除前列腺外，其他部位的扫描层厚为2.5 mm，于计划系统中重建靶区及盆腔器官、组织，并拍摄数字重建射野影像（digitally reconstructed radiograph，DRR）片。

1.2.4 计划设计大体肿瘤靶区（gross tumor volume，GTV）：前列腺和包膜；临床靶区（clinical target volume，CTV）：GTV外扩1 cm+精囊根部+盆腔淋巴结引流区（视患者的具体情况而定）；计划靶区（planning target volume，PTV）：在CTV的基础上外扩5 mm。对危及器官剂量的限定：直肠接受50 Gy剂量照射总体积（V50）≤40%，膀胱V50≤30%，耻骨联合V70≤25%，股骨头V50≤5%，股骨头全体积中最大剂量（Dmax）＜52 Gy，小肠V50≤5%，小肠Dmax＜52 Gy。每例患者的总剂量为76 Gy，分次数为38次，分次剂量为2 Gy，共950次。

1.2.5 IGRT 放疗前，全部患者首先拍摄获取包含内植标志物的KV级正交X线盆腔部位平片，分别计算出KV级正交X线平片和CT模拟机DRR平片上3枚标志物中心的空间坐标及两中心之间在左右（left-right，LR）、头脚（superior-inferior，SI）和前后（anterior-posterior，AP）3个方向上的位移，并调整误差。当日KV级正交X线照射后，全部患者行基于软组织灰度值校准的CBCT扫描，每例患者每周行1次CBCT扫描，共7周；全部患者共进行175次CBCT扫描。记录校准后的位移数值，该数值仅用于与该患者的KV级正交X线校准结果的对比研究。

1.2.6 数据处理首先，记录每例患者在历次KV级正交X线方法的校准中等中心在LR、SI和AP方向上的位移（每例患者在单一方向上获得38个结果，在3个方向上共114个结果，全部患者共2850个结果），并计算每例患者在3个方向上的位移均数和标准差，最后计算全部患者在3个方向上的总的均数和标准差。其次，记录每例患者在CBCT方法的校准中等中心在LR、SI和AP方向上的位移（每例患者在单一方向上获得7个结果，在3个方向上共21个结果，全部患者共525个结果），并计算每例患者在3个方向上的位移均数和标准差，最后计算全部患者在3个方向上总的均数和标准差，并将其与KV级正交X线方法获得的总的结果进行比较。最后，统计两种方法在3个方向上位移误差≤5 mm和位移误差≤3 mm的治疗分次百分比。

2 结果

2.1 两种方法在 3个方向上的位移情况

KV级正交X线方法在LR方向上的位移为（0.20±0.19）mm，CBCT方法在LR方向上的位移为（1.27±1.18）mm。KV级正交X线和CBCT平片上3枚标志物确定的空间坐标中心相对于DRR平片上3枚标志物确定的空间坐标中心向左方向发生偏移的百分比较高，其中，前两者向左发生偏移的百分比分别为75%、63%。

KV级正交X线方法在SI方向上的位移为（1.44±1.09）mm，CBCT方法在SI方向上的位移为（4.08±3.75）mm。KV级正交X线和CBCT平片上3枚标志物确定的空间坐标中心相对DRR平片上3枚标志物确定的空间坐标中心向头方向发生偏移的百分比较高，其中，前两者向头发生偏移的百分比分别为79%、61%。

KV级正交X线方法在AP方向上的位移为（1.51±1.26）mm，CBCT方法在AP方向上的位移为（4.25±3.82）mm。KV级正交X线和CBCT平片上3枚标志物确定的空间坐标中心相对DRR平片上3枚标志物确定的空间坐标中心向后方向发生偏移的百分比较高，其中，前两者向后发生偏移的百分比分别为78%、59%。

KV级正交X线方法中，LR方向上位移误差≤5 mm的治疗分次百分比为97%，SI方向上位移误差≤5 mm的治疗分次百分比为73%，AP方向上位移误差≤5 mm的治疗分次百分比为78%；CBCT方法中，LR方向上位移误差≤5 mm的治疗分次百分比为95%，SI方向上位移误差≤5 mm的治疗分次百分比为70%，AP方向上位移误差≤5 mm的治疗分次百分比为77%。

2.2 不同误差允许范围内治疗分次百分比的比较

本研究不仅统计了5 mm误差允许范围内治疗分次百分比，还统计了3 mm误差允许范围内治疗分次百分比。以5 mm作为误差允许范围，KV级正交X线和CBCT方法在LR、SI、AP方向上超过允许值的治疗分次百分比分别为25.4%、27.0%和26.0%；28.5%，27.3%和31.4%；以3 mm作为误差允许范围，KV级正交X线和CBCT方法在LR、SI、AP方向上超过允许值的治疗分次百分比分别为49.0%、87.0%和41.3%；85.0%、36.6%和78.0%。

3 讨论

本研究结果显示了前列腺癌靶区在治疗过程中位置的可变性以及KV级正交X线和CBCT两种校准方法在前列腺癌摆位误差方面的差异。显而易见，当膀胱、直肠等器官充盈度变化造成的前列腺位置可变性以量化的方式体现在两种IGRT方法上时，基于内植标志物的KV级正交X线方法的误差小于基于软组织灰度值校准的CBCT方法，原因如下：①CT模拟机扫描无法精确地重建前列腺与膀胱交界处的软组织结构（即前列腺顶部）；②内植标志物金属伪影对CT模拟机扫描、重建和CBCT扫描、校准产生影响[4-6]；③在CT模拟定位、复位和CBCT扫描过程中患者轻微运动；④CBCT图像质量（即软组织分辨率）不能够保证CBCT同DRR平片上前列腺边界的一致性[5]。上述原因可造成后者的误差略大于前者，从误差大小、经济成本、时间成本和额外接受的剂量等方面看，前者更具优势。但是，从客观角度看，后者在某些方面也具有一定的优势，例如其具有无创性和可操作性。对于长期接受抗凝治疗的前列腺癌患者，有创的标志物内植术会增加患者合并出血的风险[11]，因此，后者对前列腺癌患者来说是更好的选择。

另外，以5 mm作为误差允许范围，两种方法均出现了超过25%的分次位移不符合要求，足以影响实现95%靶区剂量覆盖要求；而以3 mm作为误差允许范围时，不符合要求的治疗分次数相比以5 mm作为误差允许范围时大大增加。因此，若在此理论基础上缩小PTV边界，显然会降低治疗效果，这也就成为了立体定向体部治疗前列腺癌悬而未决的难题[11]。因此，未来如何进一步缩小PTV边界，开展体部立体定向放射治疗（stereotactic body radiotherapy，SBRT）技术是研究的主要方向[12]。总之，需要根据实际情况选择自适应的IGRT方法。就目前中国放疗学科的发展现状来看，除部分高等级的医院外，上述技术由于各种原因并未普及于广大基层医院，因此，综合各种因素分析后发现，利用超声图像引导的前列腺癌放疗可能是多数设立放疗科室的基层医疗单位更现实的选择。因此，本研究不仅对不同的先进技术进行了比较，还探讨了非常现实的问题，即是否可以将IGRT技术——超声图像引导下的前列腺癌放疗技术普及于广大基层医疗单位。刘佳宾[13]对超声图像引导摆位系统BAT引导放疗在前列腺癌调强放射治疗中的实用性和可行性进行了初步的探讨，并分析在超声图像引导摆位系统辅助前列腺癌调强放疗时等中心的摆位误差，该研究量化了BAT系统对误差的纠正能力，为BAT系统的普及提供了理论依据。另外，詹嘉等[14]探讨了超声引导下经会阴穿刺植入125I放射性粒子治疗前列腺癌的新方法，为超声图像引导辅助近距离治疗前列腺癌提供了理论依据和实践经验，并弥补了外照射的不足。由此可见，超声图像引导在前列腺内外照射中的作用和价值均得到了证实，从而为解决当前现状指明了方向。

综上所述，两种IGRT方法在前列腺癌摆位误差方面的差异较小，需兼顾医疗单位的实际情况选择自适应的方法。未来的发展方向主要是提高治疗设备软硬件的水平、精度和图像质量，为更好的前列腺癌治疗手段奠定基础。