肺癌调强放疗中摆位误差分析及CTV-PTV外放边界的研究

林 明

福建省肿瘤医院放射治疗中心，福建省福州市 350014

肺癌属于临床常见的恶性肿瘤，在全世界均具有较高的患病率以及致死率。造成该疾病发生的因素较多，包括环境、不良生活习惯以及遗传因素等[1]。目前，临床对该疾病的主要治疗方式为放射治疗[2]。以往临床多通过二维照射对该疾病患者进行放射治疗，但随着临床医学技术的不断发展，现阶段已推出调强放疗以及三维适形放疗对该疾病患者进行治疗，此两项技术具有更高的精确度以及适形度，能够使治疗效果显著提高[3]。但在临床实践应用中发现，放疗过程中，由于肺部肿瘤会受到呼吸运动的影响导致其位置存在一定的规律性改变，而当肺部肿瘤位置发生改变后，肺部正常组织甚至周围其他脏器会受到放疗刺激而出现不适。故为了保障成功放射治疗，确定摆位的重复性至关重要[4]。因此，需在临床靶体积(CTV)的范围上，再进行一定的外扩，即制定计划靶体积(PTV)。但受对体位固定的方式不同影响，目前临床尚无一致的外扩标准，本文旨在分析千伏锥形束 CT对摆位误差的评估情况，评定其能否为外扩边界的具体设定提供理论依据，特对我院接受调强放疗治疗的肺癌患者80例进行分析，具体如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2021年3—8月在我院接受调强放疗治疗的肺癌患者80例为观察对象。80例患者中，男58例，女22例；年龄40～77岁，平均年龄(52.09±1.43)岁。患者及其家属均同意参与本研究，且该研究已通过伦理委员会的批准。纳入标准[5]：(1)肿瘤患者卡氏(KPS)评分表超过60分；(2)经病理学诊断确诊为该疾病，且对调强放疗耐受者；(3)无远处转移者。排除标准[6]：(1)未能坚持完成调强放疗治疗者；(2)合并其他肿瘤疾病者；(3)伴有重要脏器功能严重障碍者。

1.2 方法

1.2.1 体位固定及CT扫描：所有患者均调整为仰卧位，通过头颈肩热塑膜以及一体板对患者的身体进行固定，为患者选取适合其大小的头枕垫在头部下方，将肘部用双手交叉抱住并向上举过前额。固定好患者的体位后，让患者保持平静呼吸，通过X线电子计算机断层扫描装置(CT，生产厂家：荷兰飞利浦公司，型号：Brilliance pinnacle3)从患者的第6颈椎开始进行增强CT扫描，一直扫描到第2胸椎，设定扫描分辨率为512×512，层距、层厚均为5mm，扫描电压为120kV，电流为80mA。扫描结束后，通过DICOM将获得的数据上传到Eclipse 治疗计划系统工作站中，分别由影像师以及临床医生将靶区标记出来，并设计好计划方案。

1.2.2 CBCT图像扫描以及记录摆位误差：通过医用电子直线加速器(生产厂家：医科达/英国；型号：Elektra Axesse)OBI 机载影像系统对CBCT 图像进行360°扫描，并设定扫描参数：扫描电压为100kV，电流为10mAs、M20。所有患者均接受常规的CBCT 验证，根据验证结果给予在线位置校正，所有患者均接受522次扫描。以自动加手动的形式将OBI扫描出的CBCT 图像以及计划系统匹配的DRR片开启灰度图像配准，计算治疗床的腹背方向、头脚方向以及左右方向的摆位误差情况做好记录，并将三个不同方向以Z轴、Y轴以及X轴进行体现。

1.2.3 计算CTV外扩边界的值：以∑表示X轴、Y轴以及Z轴上的摆位误差中的系统误差。系统误差是具有规律性的误差，提示在加速器上对模拟定位进行重复操作时存在的技术难点，造成该误差发生的原因与激光灯以及加速器的机械误差等仪器的不可靠性有关，但其在对某些特定患者治疗过程中又是恒定的，计算公式为：

以σ表示X轴、Y轴以及Z轴上的摆位误差中的随机误差。随机误差是具有偶然性的误差，是指患者在治疗期间体位出现的重复性差异。造成该误差发生的原因主要与患者的呼吸运动频率以及技术员摆位有关，计算公式为：

其中N代表摆位次数，Δi代表摆位时出现的误差。van-Herk等研究学者在《Int J Radiat Oncol Biol Phys》中发表的文章中提到，其将群体化累积剂量分布概率法套用到蒙特卡洛模型中，通过靶区覆盖以及DVH可能性分析，发现为了保障90%以上的患者CTV 累积剂量能在95%以上的处方剂量，其CTV-PTV 外放边界应在(2.5∑总+ 0.7σ总)的值以上[7-8]。

2 结果

2.1 计算摆位误差数据 将所有患者接受CBCT 扫描校准期间所出现的522组三维方向的摆位数据进行整理计算，得出X轴、Y 轴、Z轴误差及最大误差值，见表1。所有患者的摆位误差发生情况见表2。

表1 摆位误差数据情况

表2 摆位误差发生率[n(%)，n=522]

2.2 CTV外扩边界值 所有患者接受CBCT 扫描校准期间所出现的摆位误差以及外扩边界见表3。以(2.5∑总+0.7σ总)进行整理计算，得出X轴、Y 轴、Z轴的理论外扩边界分别为1.90mm、5.69mm、2.73mm。

表3 CTV外扩边界值(mm)

3 讨论

高质量、高精密的仪器设备是保障患者能够接受高质量治疗的前提条件，但治疗的最终效果还是取决于治疗过程的科学性[9]。调强放射是目前临床对肺癌患者的高应用率治疗方式，并具有一定的治疗效果[10]。但受肿瘤所分布的位置不同、肿瘤形态以及种类存在的差异，为了保障射线能够安全、有效、准确地对肿瘤进行照射，降低摆位误差至关重要[11]。摆位误差包含了随机误差以及系统误差，其中随机误差是指患者的配合程度、肺受呼吸运动产生的非自主运动以及治疗师对患者体位摆放的专业水平等因素造成的误差，临床以σ表示[12]；而系统误差是指计划设计、图像上传以及CT直线加速器、定位机等设备的质量控制情况，临床以∑表示。从此可以看出在放射治疗期间，是无法彻底避免摆位误差的出现，而在白逸川等学者[13]研究中提到，在放射治疗期间，如体位出现3mm的移动，则治疗效果会降低3.3%；如出现5mm的移动，则治疗效果会降低18.4%；如出现6mm的移动，则治疗效果会降低33.1%。提示了放射治疗期间体位摆动越大，对治疗效果造成的影响越高。故为了降低摆位误差的幅度，尽可能提高治疗位置精确度至关重要，这也是图像引导技术出现的必然性。在调强放射治疗应用的最开始阶段，其对照射范围合理性的主要验证方式是凭借仪器自身佩戴的EPID完成，而仪器佩戴的EPID是将靶区外放5mm设定成固定的安全治疗范围，但随着医疗技术的不断发展，千兆级锥形束CT的推出应用，其是通过成像装置对患者治疗前的图像进行获取，根据获取的图像与计划CT进行比较，对肿瘤中心出现的位置偏移情况进行评估，进而使摆位误差得以降低。其具有更精确的验证范围，故目前临床已将其完全取代 EPID，将CBCT作为摆位误差的验证方式。

本研究表明，将所有患者接受CBCT 扫描校准期间所出现的522组三维方向的摆位数据进行整理计算，得出X轴误差为(1.651 91±1.421 99)mm、Y 轴误差为(2.130 21±1.288 76)mm、Z轴误差为(2.120 21±1.572 23)mm。最大误差为-7.58mm、-9.78mm、8.28mm，不同方向的摆位误差均符合正态分布；以(2.5∑总+ 0.7σ总)进行整理计算，得出X轴、Y 轴、Z轴的理论外扩边界分别为1.90mm、5.69mm、2.73mm。这与戚涛等学者[14]相应观点一致。结合本文结果进行分析，造成X轴误差值的主要因素为患者体膜松紧度，造成 Y轴误差值的主要因素为患者双手交叉上举以及胸部呼吸运动的重复性差异，造成 Z轴误差值的主要因素为患者的体型、体重不同。本文结果中提示了Y 轴误差值最大，反映了临床在对患者的体位摆放期间应重点注意患者的头脚摆放方向。且虽然每个方向的摆位误差均为低于3mm产生的更多，但存在更多的波动性。证实了放疗摆位水平还有一定的提高范围，在对患者进行体位摆放时，应做好规范管理。以(2.5∑总+ 0.7σ总)进行整理计算的结果能够发现，摆位误差的系统误差会直接影响外扩边界的范围。由于设备的不确定度是造成系统误差产生的主要原因，故可通过提高对设备的校准频率，减少设备出现的机械误差范围[15]。在此同时，也不能忽视随机误差发生的风险。根据计算结果可以看出，为了保障每个方向均能够在CTV的照射范围内，应将不同方向均进行10mm的外扩，但这样会导致过多的健康组织受到辐射，不利于患者的预后。故应通过强化对治疗师的技能培训，并指导患者在接受治疗前先进行呼吸训练，降低摆位误差的产生幅度，尽可能将外扩边界控制在5mm以内。

综上所述，千伏级锥形束 CBCT在肺癌患者接受调强放疗治疗前先进行摆位误差的评估，能够有效计算出CTV 外扩边界的值，为临床设定照辐范围提供依据。并应做好对影响摆位误差产生因素的管控，降低摆位误差产生幅度，以保障患者的治疗效果以及治疗安全性。