图像引导体部伽玛刀摆位误差及影响因素的临床研究*

吴达军，陈朝江，张栓千，李崇国，张显明

610041 成都， 航空工业三六三医院 体部伽玛刀治疗室

体部立体定向放疗(stereotactic body radiotherapy，SBRT)是利用立体定位技术和特殊射线装置将多源、多线束或多野三维空间聚焦的高能射线聚焦于体内的某一靶区，使病灶组织受到高剂量照射和周围正常组织受量减少，从而获得临床疗效高且不良反应少的一类放疗技术的总称。SBRT具有精确性高、分次剂量高、适形度高及治疗次数少“三高一少”的特点,已经广泛用于早期肺部癌[1]、肝癌[2]、寡转移[3]等实体肿瘤，成为现代放疗技术的热点。体部伽玛刀是中国自主研发的一种立体定向伽玛射线放射治疗系统，在体部实体肿瘤中临床应用近20年,是体部肿瘤SBRT治疗的有效工具，其在肺[4-5]、肝[6-7]、胰腺[8]、肾上腺[9]等实体肿瘤中临床疗效确切；由于其一直沿用体部N型立体定位框技术，缺乏有效的图像引导定位系统，备受肿瘤放疗界争议。随着图像引导定位技术(image guided positioning technology，IGPS)及体部伽玛刀设备的发展与进步，2014年图像引导体部伽玛刀开始用于临床，我院于2016年10月引进图像引导体部伽玛刀。目前关于图像引导体部伽玛刀摆位误差分析的临床报道极少[10-12]，为了分析图像引导定位系统在体部伽玛刀的分次间摆位精度及其影响因素，本文对我院接受图像引导体部伽玛刀治疗的211例体部实体肿瘤的分次间摆位数据进行了回顾性分析，现报告如下：

1 资料及方法

1.1 一般资料

2016年10月1日至2017年07月13日收治的211例患者，其中男性156例，女性55例；中位年龄61岁(16～86岁)；KPS评分60～100分；肺癌89例，肝癌62例，胰腺癌13例，食管癌10例，直肠癌8例，结肠癌7例，其它肿瘤22例。按治疗靶区所在部位不同分为头颈组10例、胸部组100例、腹部组101例。

1.2 体位固定、CT定位、计划设计和图像引导定位

使用增强CT、MRI、PET-CT明确病灶位置；根据病灶位置临近前、后皮肤深度不同，结合体部伽玛刀自身设备机械限制，患者治疗体位选择仰卧位或俯卧位；采用真空负压袋固定患者治疗体位，双上肢置于头顶，部分患者因医学原因(如：肩关节病变等)不能上举而选择双上肢置于体侧；为减少呼吸动度对靶区位置的影响，腹部组仰卧位中部分患者采用带刻度的腹带固定于剑突与肚脐之间。

体部伽玛刀专用体部N型立体定位系统进行体表定位，记录体表定位参数；采用东芝16排螺旋CT进行在自由呼吸状态下定位CT扫描(层厚2mm,层间距2mm)，扫描完成后记录N型框Z值读数，用于治疗计划坐标重建。

将CT定位数据经PACS系统上传至图像引导体部伽玛刀治疗计划系统(OUR-QGD/B-C)，建立治疗计划坐标、勾画体表轮廓、勾画大体肿瘤体积(gross target volume,GTV)及危及器官，在GTV基础上外扩5mm为计划靶体积(planning target volume,PTV)，以50%等剂量曲线包绕95%以上PTV。根据治疗目的不同，以50%等剂量曲线为参考剂量曲线，给予单次处方剂量平均为300cGy(280～500cGy)，每日1次，周一至周五照射，共计10～14次。在邻近靶区的骨性解剖区域(常用邻近椎体区域)，选择二维-二维(2D-2D)图像配准的定位参考点和感兴趣区，如图1、2所示。

将确认后治疗计划经局域网上传至图像引导体部伽玛刀控制系统，每次治疗前均采用图像引导定位、校正、验证[13]，图1和图2分别为校正前和校正后图像引导定位获得的摆位误差。在左右[left to right(L/R)(X)]、前后[anterior to posterior(A/P),(Y)]、头尾[cranial to caudal (C/C)(Z)]三个方向上校正后的剩余摆位误差均≤2mm，认为满足临床要求，方可治疗。

图1 校正前初始摆位误差Figure 1. Initial Setup Errors before Correction

图2 校正后剩余摆位误差Figure 2. Residual Setup Errors after Correction

1.3 摆位误差数据采集

1.4 统计方法

用SPSS 20.0版软件进行数据分析，计算所有患者校正前、后摆位误差的均值和标准差及制作散点图；校正前、后摆位误差组组间比较，为配对设计研究，采用比较均值的配对样本t检验(当样本量>1 000时，执行Bootstrap)；针对校正前摆位误差、校正后摆位误差分别进行影响因素单因素分析，为两样本均数比较，采用比较均值的独立样本t检验，检验水准P=0.05。

2 结 果

2.1 图像引导定位情况

图像引导定位分次数头颈组为146次，胸部组为 1 325次，腹部组为1 367次。

2.2 校正前、后摆位误差总体结果

211例患者2 838分次图像引导校正前、校正后摆位误差的统计结果见表1，经图像引导校正后，在3个方向上的剩余摆位误差及总体误差明显减少，主要集中于2mm范围以内。

图3为在左、右方向上校正前、后摆位误差值的散点图分布情况，从中可以看出校正后摆位误差值集中于2mm范围以内；图4为在前、后方向上校正前、后摆位误差值的散点图分布情况，从中可以看出校正后摆位误差值集中于2mm范围以内；图5为在头、尾方向上校正前、后摆位误差值的散点图分布情况，从中可以看出校正后摆位误差值集中于2mm范围以内；图6为三个方向上OSE的三维空间散点图分布情况，从中可以看出校正后综合偏离值较校正前明显减少。

表1、图3～6数据显示，经图像引导定位后，摆位误差精度明显提高，其差异有统计学意义(P<0.01)。

从表2数据校正前、后摆位误差结果显示，头颈组、胸部组在头尾方向上差异无统计学意义(P>0.05),在剩余方向以及OSE上差异有统计学意义(P<0.05)；腹部组在三个方向、OSE上差异有统计学意义(P<0.05)。

表1 校正前、校正后的摆位误差统计结果(均值±标准差)Table 1. Setup Errors before and after Correction (Mean±Standard Deviation)

L/R (X): Left-right direction; A/P (Y): Anterior-posterior direction; C/C (Z): Cranial-caudal direction; OSE: Overall setup error.

图3 校正前、校正后L/R(X)方向摆位误差比较Figure 3. Setup Errors in the L/R (X) Direction before and after CorrectionAbbreviations as indicated in Table 1.

图4 校正前、校正后A/P(Y)方向摆位误差比较Figure 4. Setup Errors in the A/P (Y) Direction before and after CorrectionAbbreviations as indicated in Table 1.

图5 校正前、校正后C/C(Z)方向摆位误差比较Figure 5. Setup Errors in the C/C (Z) Direction before and after CorrectionAbbreviations as indicated in Table 1.

图6 校正前、校正后的总体摆位误差比较Figure 6. Overall Setup Errors before and after Correction

表2 三组校正前、校正后的摆位误差统计结果(均值±标准差)Table 2. Setup Errors before and after Correction in Three Groups (Mean±Standard Deviation)

Abbreviations as indicated in Table 1.

2.3 影响因素分析

本研究头颈组患者例数少，仅10例，而胸部组100例和腹部组101例，同时头颈组体位为仰卧位、双手放于体侧；因此，本研究拟分析胸部组及腹部组摆位误差的主要影响因素：治疗体位、双上肢位置。

2.3.1 治疗体位对校正前、后摆位误差的影响(表3) 在胸部组中，仰卧位的校正前摆位误差中在前后方向、头尾方向、OSE上优于俯卧位(P<0.01)，而在左右方向上其差异无统计学意义(P>0.05)；仰卧位的校正后摆位误差在前后方向、OSE上优于俯卧位(P<0.01)，而在左右方向、头尾方向上其差异无统计学意义(P>0.05)。

在腹部组中，仰卧位的校正前摆位误差中在左右方向、头尾方向、OSE上优于俯卧位(P<0.05)，而在前后方向上其差异无统计学意义(P>0.05)；仰卧位的校正后摆位误差在左右方向、头尾方向、OSE上优于俯卧位(P<0.01)，而在前后方向上其差异无统计学意义(P>0.05)。

表3 仰卧位与俯卧位校正前、校正后摆位误差比较(均值±标准差)Table 3. Setup Errors before and after Correction in Supine and Prone Group (Mean±Standard Deviation)

＊Approximate t test was used for pairwise comparison among the groups with heterogeneity of variance, and t’ was used to indicate the statistics in this case.

Abbreviations as indicated in Table 1.

2.3.2 双上肢位置对校正前、后摆位误差的影响(表4) 在胸部组，双上肢置于头顶者的校正前摆位误差中在左右方向、前后方向上优于置于体侧者(P<0.01)，而在头尾方向、OSE上其差异无统计学意义(P>0.05)；双上肢置于头顶者的校正后摆位误差在左右方向、头尾方向上优于置于体侧者(P<0.05)，而在前后方向、OSE上其差异无统计学意义(P>0.05)。

在腹部组，双上肢置于头顶者的校正前摆位误差中在左右方向、头尾方向、OSE上优于置于体侧者(P<0.05)，而在前后方向上其差异无统计学意义(P>0.05)；双上肢置于头顶者的校正后摆位误差在左右方向、前后方向、头尾方向、OSE上与置于体侧者的差异无统计学意义(P>0.05)。

表4 双上肢两种固定位置校正前、校正后摆位误差比较(均值±标准差)Table 4. Setup Errors before and after Correction with Two Methods to Fix Both Upper Limbs (Mean±Standard Deviation)

＊Approximate t test was used for pairwise comparison among the groups with heterogeneity of variance, and t’ was used to indicate the statistics in this case.

Abbreviations as indicated in Table 1.

2.3.3 腹带对校正前、后摆位误差的影响(表5) 腹部组仰卧位患者中，部分患者为限制呼吸动度使用带刻度腹带。有腹带者的校正前摆位误差中在前后方向、头尾方向上劣于无腹带者(P<0.05)，而在左右方向、OSE上其差异无统计学意义(P>0.05)；有腹带者的校正后摆位误差在左右方向、前后方向、头尾方向、OSE上与无腹带者有差异，但无统计学意义(P>0.05)。

表5 腹带有无校正前、后摆位误差比较(均值±标准差)Table 5. Setup Errors before and after Correction with and without Abdominal Belt (Mean±Standard Deviation)

＊Approximate t test was used for pairwise comparison among the groups with heterogeneity of variance, and t’ was used to indicate the statistics in this case.

Abbreviations as indicated in Table 1.

3 讨 论

本研究所采用的国产IGPS图像引导定位系统基于X射线立体平面成像技术，其原理[13]与国际上使用的成熟IGRT技术(美国Accuray公司CyberKnife、德国Brainlab公司Exrac Trac)基本相同，通过两个kV级X射线投影图像和治疗计划的CT图像的二维-三维(2D-3D)图像配准，根据图像相似性测量原理[16]，计算患者摆位误差，在线校正、验证患者摆位，以实现对患者精确定位。

本研究结果显示(表1、图3～6)，211例患者2 838分次摆位经图像引导定位系统校正后在左右方向、前后方向、头尾方向和总体的剩余摆位误差，均明显减少，差异有统计学意义(P<0.01)，OSE的均值由校正前的6.24mm减小至校正后的1.07mm，减少5mm之多；在头颈组、胸部组、腹部组在OSE上校正前、后摆位误差均有明显减少，差异有统计学意义(P<0.01)。因此，通过图像引导定位系统在线定位、校正、验证，明显减少了体部伽玛刀的分次间摆位误差。

本研究部分患者病灶部位靠后，限于体部伽玛刀的自身机械限制，选择俯卧位。治疗体位对摆位误差的影响结果显示(表3)，不管胸部组还是腹部组，校正前、后摆位误差在OSE上，仰卧位优于俯卧位(P<0.01)。Mulliez等[17]报道242例乳腺癌患者全乳腺照射时摆位误差结果表明，体重指数与仰卧位在头脚方向的摆位误差相关，与俯卧位在前后方向、左右方向的摆位误差相关(P<0.05)。分析其原因可能为：1)俯卧位时胸腰椎体随呼吸动度相对于仰卧位动度更大；2)仰卧位患者的舒适度好于俯卧位，体位重复性更好；3)肥胖患者俯卧位腹部及胸部与负压袋接合时变形大等。因此，推荐患者尽可能选择仰卧位，更有利提高治疗精度。

本研究部分患者因医学原因(如：肩关节病变等)不能上举而选择双上肢置于体侧。双上肢固定位置对摆位误差的影响结果显示(表4)，胸部组校正前、后OSE上差异无统计学意义(P>0.05)；而腹部组经图像引导定位后双上肢固定位置对OSE的影响也无统计学意义(P>0.05)。因此，图像引导定位系统的引入，有助于减少双上肢固定位置对OSE影响，有利于选择更好的舒适治疗体位，保证治疗精度。

由于体部伽玛刀自身治疗空间有限，无法采用ABC或呼吸门控、四维定位CT等[18]方式减少呼吸动度带来的靶区动度影响；结合体部伽玛刀自身特点及可行性，采用带刻度的腹带在腹部限制呼吸动度，这是否影响分次间摆位误差精度，一直是临床关注的热点问题。腹带对摆位误差的影响结果(表5)显示，校正前摆位误差在前后方向和头尾方向上差异有统计学意义(P<0.05)，但在校正前OSE、校正后各个方向及OSE差异均无统计学意义(P>0.05)。因此，图像引导定位系统的引入，可以减少腹带对摆位误差的影响。

本研究不足之处，在于尚未对图像配准点选择、不同部位曝光条件、DR图像质量、不同治疗技师水平、不同CT扫描条件、DRR图像质量、转角误差校正等进行研究，在以后将进一步开展相关研究。

总之，基于kV级X射线立体平面成像技术的图像引导定位系统，与体部伽玛刀组合使用，升级为图像引导体部伽玛刀，极大地提高了体部伽玛刀的摆位验证精度，满足SBRT治疗的临床要求。

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