4D-CBCT应用于肺癌SBRT的摆位误差研究*

张玮婷 童远和 李 樟 邹雄伟 罗惠煌 赖青青 倪晓雷

福建医科大学附属龙岩第一医院，福建省龙岩市 364000

肺癌是世界上发病率和死亡率最高的恶性肿瘤。我国是世界上肺癌患者最多的国家，每年约74万人被确诊为肺癌。尤其在雾霾高发地区，发病率逐年上升，如何有效治疗肺癌受到广泛关注[1]。据统计，在肺癌的临床诊断中，仅20%的患者能进行根治性手术切除[2]。因此，放射治疗成为了肺癌的主要治疗手段之一。

近年来，放射治疗中的立体定向放疗技术(SBRT)以其肿瘤控制率高、患者治疗方便等优势，广泛应用于肺癌的放射治疗[3]。这种疗程短、分次剂量大的放疗模式，具有剂量分布高度适形、体位固定重复性要求高的特点，需要确保靶区接受到准确的剂量。这就要求治疗前用影像引导系统进行精准摆位验证。我科现有的千伏级四维锥形束CT(4D-CBCT)，在锥形束CT的基础上加入时间变量因素对摆位校准作出决策，尤其适用于受呼吸影响运动幅度大、目标肿瘤逃出计划靶区的概率大的肺部肿瘤的摆位验证。

本文研究并分析了15例肺癌患者应用4D-CBCT的摆位误差结果，给出临床上肺癌立体定向放疗患者内靶区(ITV)勾画的外放边界建议值。

1 资料与方法

1.1 病例选取 选取2016年8月—2018年12月接受肺癌立体定向放疗的15例患者作为研究对象。患者年龄37～74岁，中位年龄55岁，男11例，女4例；KPS评分均≥70分。

1.2 仪器设备 美国GE的CT模拟定位系统、医科达机载4D-CBCT影像引导系统的Synergy直线加速器、Mosaiq工作站、Monaco5.1放疗计划系统。

1.3 定位、靶区勾画及计划设计 患者取仰卧位，双手抱头置于额部，以真空垫固定体位。分别在深吸气末屏气状态、深呼气末屏气状态、平静呼吸状态下分别行CT扫描。扫描层厚、层间距均为2.5mm，扫描范围为环甲膜至肝脏下缘。将扫描图像通过局域网传输到Monaco放疗计划系统，由同一位医生勾画靶区及危及器官。由物理师分别为15例患者设计6MV光子线照射的容积旋转调强立体定向放疗计划。

1.4 4D-CBCT影像扫描 采用医科达Synergy直线加速器机载的千伏级4D-CBCT引导放疗系统，在每位患者每次放疗前，行2次4D-CBCT扫描：初摆位扫描、摆位校正后扫描。扫描参数为电压120kV，电流40mA，脉冲时间14ms，准直器S20，过滤器F0，默认低分辨率图像重建。

1.5 影像配准与放疗实施 采用灰度值配准方式对重建获得的4D-CBCT影像与计划CT影像进行配准，得出患者实际的靶中心位置与治疗计划靶中心位置在三维方向的偏差数值，即为左右(LR)、头脚(SI)、和前后(AP)3个方向上的摆位误差。4D-CBCT最终给出10幅不同呼吸状态的扫描图像，观察10组不同呼吸状态下的动态配准结果，以任意方向>10mm为依据，判断出现靶区“漏照”与“脱靶”的情况，则进入机房重新摆位，重新扫描，若重新扫描的结果仍超过10mm，则停止患者该次放疗，寻找问题原因，离线修改靶区和计划。若偏差在10mm以内，则取呼吸相位处于时间加权中间位置的靶区匹配结果为初摆位误差校准值，进行在线初摆位校准。并重新进行4D-CBCT扫描，二次摆位误差的测量均按照首次摆位误差获取的步骤进行。二次校准后，行立体定向放疗实施。

1.6 统计学方法 用SPSS20.0软件记录15例患者所有的初摆位误差和二次摆位误差数据，计量资料用均数±标准差表示。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。系统误差为所有分次摆位误差的平均值，以∑表示系统误差的标准差；随机误差用所有分次摆位误差的标准差表示，以s表示随机误差的标准差。计量资料的比较采用独立样本t检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 摆位误差结果 15例患者共接受206次4D-CBCT扫描，初摆位扫描和二次摆位扫描各103次。所有初摆位误差值中，SI方向误差最大，其最大误差值可达9.3mm；其次为LR方向，其最大误差值为6.9mm；AP方向误差最小，其最大误差值为5.8mm。二次摆位扫描后，SI方向最大误差值为2.9mm；LR方向最大误差值为2.1mm；AP方向最大误差值为1.9mm。15例患者LR、SI、AP方向上初摆位误差和二次摆位误差统计结果见表1、表2。三个方向均较二次校准前误差显著减小，差异有统计学意义(P<0.05)。

表1初摆位误差统计结果

表2二次摆位误差统计结果

2.2 ITV外放值 根据Van Herk的PTV外放值计算公式(2.5∑+0.7s)，计算使90%的临床靶区最低剂量达95%以上处方剂量的ITV外放值。由三个方向上的初摆位误差计算得ITV的外放建议值应为7.4mm、8.9mm、7.2mm。经过二次摆位校准后，ITV的外放建议值为2.4mm、4.8mm、2.6mm。

3 讨论

得益于现代影像科技、计算机技术及高精度机械控制技术的高速发展，放射治疗从常规放疗发展到三维适形、调强放疗以及影像引导下的SBRT，不断提高了肺癌的放疗效果。

目前，影响肺癌SBRT精确放疗的主要问题有：(1)普通的CT模拟定位及扫描只取得了体内肿瘤和危及器官运动的瞬间图像，而肺部肿瘤受呼吸影响运动幅度大，目标肿瘤逃出计划靶区的概率大；(2)心肺重要器官的耐受性；(3)靶区的外放边界依赖于不同放疗医师的经验，存在明显的个体差异；(4)实际照射范围与各单位放疗技术员的经验和标准不同、仪器设备的机械误差等因素有关[4]。针对以上问题，目前研究的解决方法有：主动呼吸控制(ABC)技术、呼吸门控技术、四维放疗、肿瘤实时跟踪。这些方法各有缺陷，其中有一些方法国内还未普及[5-6]。

本文利用4D-CBCT研究肺癌SBRT精确放疗问题，在肺癌SBRT患者每次治疗前进行两次摆位校准扫描，研究初摆位误差和二次摆位误差共206组，分别分析了SI、LR、AP三个方向上的摆位误差情况、计算了摆位系统误差和随机误差，得出ITV外放范围。其中，应用4D-CBCT扫描得出的10幅不同呼吸状态的扫描图像，观察10组动态配准结果任意方向是否>10mm，由此考虑了呼吸运动，避免了普通CBCT引导下可能出现的靶区“脱靶”和“漏照”的情况。

从统计结果看，利用4D-CBCT在治疗前进行误差校准，15例患者LR、SI、AP方向上摆位误差从(3.4±0.5)mm、(5.3±0.7)mm、(2.2±0.5)mm。分别减小为(0.3±0.4)mm、(1.8±1.1)mm、(0.3±0.3)mm，明显减小了摆位误差，提高了放疗精度。通过统计放疗摆位误差，计算了系统误差、随机误差，考虑了ITV扩边所涉及的影响因素，计算得LR、SI、AP方向上的ITV外放值，从7.4mm、8.9mm、7.2mm减小为2.4mm、4.8mm、2.6mm，说明肺癌患者采用4D-CBCT下图像引导可以显著缩小ITV外扩范围，初步建议我科医生在肺癌SBRT靶区勾画中调整左右、头脚、前后扩边值为 2.4mm、4.8mm、2.6mm，可以有效降低正常组织的受照范围。

综上所述，在肺癌立体定向放疗中，应用4D-CBCT观察完整呼吸状态下的配准结果、对摆位误差进行在线校正，根据摆位误差计算ITV外放范围，能够减小摆位误差，提高放疗精度，有效降低正常组织受照范围，提高放疗疗效，对临床应用于肺癌立体定向放疗具有重要意义。由于本研究样本量偏小，今后可通过加大样本研究、对患者进行随访，追踪临床治疗效果，进一步完善研究。