KV-CBCT图像引导胸腺瘤放疗不同标记点摆位误差分析及外放边界

赵鹏 张惠玲 陈晓芳 吴小良 许会军

胸腺瘤多为起源于胸腺上皮细胞或淋巴细胞的实体肿瘤，常伴发自身免疫性疾病，包括重症肌无力、纯红细胞再生障碍性贫血、低丙种球蛋白血症、系统性红斑狼疮等,其中重症肌无力为最常见。胸腺瘤WHO主要分为A、AB、B1、B2、B3。病理类型不仅影像学上存在差异，在临床预后上也有较强价值，B2、B3型胸腺瘤有较高复发率和较差预后。胸腺瘤是具有侵袭性的非恶性肿瘤，由非恶性胸腺瘤上皮细胞和部分淋巴细胞组成，淋巴结转移及血行转移特别少见，术后局部和(或)区域复发为常见失败原因。胸腺瘤可认为是恶性肿瘤，治疗方式主要为手术切除[1,2]。研究报道胸腺瘤患者，即使肿块完全切除后仍有可能出现远处转移和复发[3-5]，所以胸腺瘤术后常给予放射治疗。目前主要采用直线加速器图像引导调强放疗，图像引导调强放疗不仅提高靶区剂量，而且可以减少正常器官的照射，但这就对放疗靶区摆位的精准度提出了更高的要求[6,7]。我院重症肌无力中心有较多胸腺瘤患者需要放疗，为保证胸腺瘤患者的精准放疗，本研究通过采集我院胸腺瘤术后放疗图像配准摆位误差，计算CTV-PTV外扩范围，使靶区始终在照射野范围内，达到足够剂量的照射，同时也可以保护周围正常组织，既可以保证肿瘤的足量照射，又能最大限度降低正常组织的受照量，如肺、心脏等器官免受不必要的照射，提高患者的生存质量，同时为我院临床胸腺瘤术后放疗CTV-PTV外扩提供理论依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选择我院2019年2月至2020年11月接受胸腺瘤放疗患者，共36例胸腺瘤术后放疗患者，其中男20例，女16例；年龄32～75岁，平均年龄(41.5±1.27)岁。患者均由病理学和影像确诊。

1.2 体位固定要求 患者于Klarity集成定位板上，均取仰卧位，双手上举抓握固定杆，用Klarity胸腹一体热塑膜进行体位固定，患者胸前及体膜上做“十”字标记，身体两侧及定位板做两条竖线标记。

1.3 CT扫描要求 患者胸前“十”字标记要与体膜“十”字标记重合，身体两侧竖线要与Klarity定位板标记线一致，平静呼吸。CT为西门子Somatom Definition Flash，扫描参数为电压120 kv，重建层厚5 mm，螺距1.2 mm。扫描范围为环甲膜至肺底，扫描图像传至飞利浦公司Pinnacle9.10放射治疗计划系统，放疗医师勾画靶区及危及器官。

1.4 CBCT影像获取及匹配方法 (1)首次治疗时按定位CT扫描时进行摆位，Elekta-Synergy VMAT直线加速器自带CBCT对患者进行扫描，扫描参数为电压120 kV，Kv Collimator M20，Kv Filter F1，Frames 330。首次治疗扫描完成，由放疗医师、物理师、技师共同参与图像配准，并与原始定位CT图像进行匹配。36例患者，采用5+1模式即每位患者第1～5次每次治疗前均进行CBCT扫描，在线进行位置校正，后续治疗中，每周扫描1次。(2)配准框选取范围的上、下界分别为PTV上、下界外放5 cm，两侧为肺门，前界为包全胸骨，后界包全椎体。先用灰度进行自动配准，然后手动进行微调，分别以胸骨、隆突、椎体为标记点进行图像配准，记录LR、CC、AP摆位误差结果。见图1～3。

图1 胸骨配准影像

图2 隆突配准

图3 椎体配准

2 结果

2.1 3种配准标记点分次间摆位误差结果比较 36例患者，采用三种不同配准标记点进行配准，获取252组数据，统计三维方向分次间摆位误差，三种配准标记点在LR、CC、AP摆位误差分别为胸骨：(0.166±1.818)、(0.175±2.368) 、(0.331±1.848)mm；隆突：(0.140±2.045)、(0.161±3.167)、(-0.265±1.424)mm；胸椎：(0.084±1.889)、(0.25±1.985)、(0.007±1.822)mm，以不同标记点分别LR、CC、AP方向单因素分析显示，差异无统计学意义(P>0.05)。见表1。

表1 3种配准标记点分次间摆位误差结果

2.2 一位患者胸骨、隆突和椎体摆位误差 入组患者中有一位患者摆位误差绝对值明显较大，3种标记点进行配准在CC方向均存在较大误差(即>5 mm)，最大值为0.65 mm。见表2。

表2 一位患者摆位误差

2.3 3种配准标记点靶区外扩数值 患者治疗期间的分次运动，分为系统误差和随其误差。∑为系统误差，表示所有样本平均误差的标准差，δ为系统误差，表示所有样本标准差的均方根，根据van Herk的Mptv=2.5∑±0.7δ公式，计算出3种不同配准标记点CTV-PTV外扩范围即Mptv。见表3。

表3 3种配准标记点靶区外扩数值 mm

3 讨论

由于胸腺瘤受呼吸运动、大血管及心脏运动的影响，所以适当的靶区外扩可防止跑靶，同样这也增加了正常组织器官照射体积，甚至出现放射性并发症，例如心脏毒性和放射性肺炎，心脏毒性反应与心脏的受照剂量的发生呈线性关系，有研究表明，心脏接受3 000 cGy的剂量超过46%体积时，心包积液发生率大概约为13%[2]。同时还有研究表明心脏接受>40 Gy剂量的照射，会诱发心脏疾病[4]。心脏受照射的平均剂量与冠状动脉的病变发生风险呈正相关，心脏的平均剂量每增加1 Gy，冠状动脉病变风险大约增加7.4%。放射性肺炎的发生与照射剂量和照射体积有密切的联系，调强放射治疗剂量分布呈现低剂量、大体积的特点，Tanabe 等[8]研究结果显示低剂量覆盖肺体积大小是放射性肺炎的独立危险因素，并且推荐双肺限制条件V5<55%、V10<37%。同时相似报道还表明放射性肺炎与V5 、V10、V20 发生显著相关[9,10]。沙莎等[11,12]研究表明肺癌放疗患者，当V5>50%时2级放射性肺炎发生率会明显提高。由于胸腺瘤生存率高，生活质量要求更高，所以在胸腺瘤放疗中，需尽可能的降低正常器官受量，通过改进放疗技术和减少靶区外扩边界值。

目前肿瘤的放射治疗基本采用三维调强放疗，利用多叶光栅对剂量强度进行调整，它能根据需要实现肿瘤靶区不同位置的剂量精准变化，使靶区得到均匀的剂量分布，在三维上使剂量分布与靶区形态一致[13]。CBCT图像引导放疗能对摆位进行在线校准，与定位CT影像进行配准调整，使实际治疗状态接近计划状态[14]。由于调强治疗剂量梯度变化复杂，剂量的精准分布容易受摆位误差的影响，因此精确放疗中照射靶区位置的准确性是放射治疗中最基本的，也是最重要的一个环节[15]。ICRU24号报告指出了体位与治疗疗效的关系，放射治疗过程中靶区位置移动3 mm，疗效下降3.3%；移动5 mm，疗效下降18.4%；移动6 mm疗效下降33.1%[16]。提高摆位的准确性和重复性，减小摆位误差是调强放疗质量控制的重要措施。摆位误差分为系统误差和随机误差，系统误差为放射治疗设备本身造成的误差，随机误差包括患者治疗期间的体位及体型的变化、靶区形态的变化，和技师在治疗实践过程中的水平有关[17]。所以摆位误差只能降低而不能彻底消除，为此统计摆位误差，进而计算CTV-PTV外扩边界成为关键。

根据不同应用方法和目的原则而采用不同的CTV-PTV外扩公式，本研究采用van Herk的计算公式[18]，同时考虑了系统误差和随机误差对剂量的影响。减小摆位误差从多个角度来解决，治疗技师的水平及认真程度，患者合适的体位和重复性好的皮肤及骨性配准标记，都可以降低摆位误差。体表标记线与人体骨性结构在三维空间上有相关性，商在春等[19,20]报道，添加体表标记线能有效降低摆位误差。以往报道肺癌配准参考标记点选择：肺尖、椎体、肿瘤、气管、胸骨、隆突等[21-27]。同样位于纵膈的食管癌调强放疗，图像配准时参考标记点多选择椎体和食管相结合的方式[28,29]。彭应林等[30,31]研究表明肺癌配准框建议为患肺、胸骨、椎体为配准框范围对日常摆位误差有指导意义。本研究入组均为胸腺瘤切除术后患者，无实体肿瘤，靶区位置比较特殊，两侧为肺组织，前有胸骨及肋骨，后有气管隆突，最下为胸椎，受周围组织的生理运动影响比较小。再者配准标记点必须在影像图像上清晰可见，并且与周围组织存在密度差异，因此本研究选取胸骨、隆突、椎体作为配准标记点。

本研究中，图像配准参考标记点选取胸骨、隆突以及椎体，三者的解剖位置具有一定的相关性。本研究结果表明，不同配准参考点得到的摆位误差，在LR和AP方向三种配准标记摆位误差无明显差别，差异无统计学意义(P>0.05)，因为纵膈生理运动比较小，而CBCT图像获取时间较长，图像显示信息为包括了呼吸运动的平均影像。无论何种配准标记CC方向均大于LR和AP个方向，90%的偏差范围均<3 mm，这与很多胸腹肿瘤摆位误差研究结果相似，因为胸、腹组织的生理运动为CC方向大，LR和AP方向受胸壁和腹部肌肉的限制运动范围小。隆突在CC方向配准摆位误差大于胸骨和胸椎的，对此现象Shirato等[32]做过气管隆突随呼吸运动幅度报道。3种参考标记配准结果差异无统计学意义，笔者建议在胸腺瘤术后放疗图像配准时选择灰度配准，在结合三种配准标记点和人工调整，综合方式进行配准。

3种配准方式分别计算出本单位胸腺瘤术后放疗靶区CTV-PTV外扩范围：胸骨(3.32 mm、3.54 mm、3.47 mm)，隆突(3.43 mm、4.38 mm、3.67 mm)，椎体(3.26 mm、3.36 mm、3.45 mm)。在左右、头脚、前后3个方向上分别选取最大外扩值(3.43 mm、4.38 mm、3.67 mm)，该外扩值涵盖了所有摆位误差，因此笔者推荐其作为胸腺瘤放疗靶区CTV-PTV外扩范围。研究中发现1例患者头脚方向摆位误差>5 mm,此患者行动不方便，仰卧后呼吸幅度大，摆位重复性差。且3种方法的配准结果显示头脚方向摆位误差>5 mm。