吳志勤，余建義，閻華偉，楊桂強(qiáng)，林 立，黃包記，王志瑋，潘涵慧，金獻(xiàn)測

325000浙江省溫州市，溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放化療科

·全科醫(yī)生技能發(fā)展·

錐形束CT引導(dǎo)下乳腺癌保乳術(shù)后調(diào)強(qiáng)放療擺位誤差及配準(zhǔn)方式分析

吳志勤，余建義，閻華偉，楊桂強(qiáng)，林 立，黃包記，王志瑋，潘涵慧，金獻(xiàn)測*

325000浙江省溫州市，溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放化療科

目的 探討機(jī)載錐形束CT(CBCT)引導(dǎo)下乳腺癌保乳術(shù)后調(diào)強(qiáng)放療(IMRT)不同乳腺厚度時(shí)擺位誤差及配準(zhǔn)方式的差異。方法 2016年3—10月，選擇溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放化療科接受IMRT的乳腺癌保乳術(shù)后患者85例，在醫(yī)科達(dá)Synergy加速器上的機(jī)載CBCT引導(dǎo)下，對IMRT治療前擺位進(jìn)行驗(yàn)證。把CBCT重建圖像和計(jì)劃圖像進(jìn)行匹配。計(jì)算六維方向上的擺位誤差，并在線自動校準(zhǔn)上述誤差。線下分別測量每例患者乳腺厚度(乳腺組織最大徑，即乳腺組織最凸點(diǎn)至最近胸壁肌外緣的距離)并分組，對比分析自動骨性配準(zhǔn)下和自動灰度配準(zhǔn)下X軸(左右)、Y軸(上下)、Z軸(前后)及矢軸位(GX)、冠狀位(GY)、橫狀位(GZ)的擺位誤差。結(jié)果 自動骨性配準(zhǔn)下和自動灰度配準(zhǔn)下，85例患者X軸和GY的擺位誤差間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。自動骨性配準(zhǔn)下A組(乳腺厚度≤30 mm)、B組(乳腺厚度>30～45 mm)、C組(乳腺厚度>45 mm)患者各個方向的擺位誤差間差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；自動灰度配準(zhǔn)下3組患者各個方向的擺位誤差間差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。結(jié)論 乳腺癌保乳術(shù)后IMRT不同乳腺厚度患者擺位誤差間無明顯差異，兩種配準(zhǔn)方式建議首先使用灰度配準(zhǔn)。放療前進(jìn)行CBCT引導(dǎo)下擺位誤差校準(zhǔn)，可以提高乳腺癌放療的精度，從而實(shí)現(xiàn)精確放療。

乳腺腫瘤；放射療法,調(diào)強(qiáng)適形；錐形束CT；配準(zhǔn)；擺位誤差

隨著放療技術(shù)的發(fā)展，調(diào)強(qiáng)放療(IMRT)現(xiàn)已成為乳腺癌保乳術(shù)后全乳放療的主導(dǎo)模式[1]，但靶區(qū)位移是影響全乳IMRT劑量體積參數(shù)的重要因素，為獲得足夠的腫瘤靶區(qū)覆蓋率，通常需要在腫瘤靶區(qū)增加足夠的邊界，而過大的邊界會增加正常組織的受照射劑量，進(jìn)而降低IMRT的優(yōu)勢[2]。近年來圖像引導(dǎo)放療(IGRT)技術(shù)得到發(fā)展，可在錐形束CT(CBCT)引導(dǎo)下校正腫瘤患者的擺位誤差，減少放療所需要的外擴(kuò)邊界，已成為乳腺癌保乳術(shù)后放療擺位誤差測量與在線校正的主要途徑[3]。本研究采用醫(yī)科達(dá)Synergy加速器上的機(jī)載CBCT，分析乳腺癌保乳術(shù)后IMRT治療不同乳腺厚度擺位誤差及配準(zhǔn)方式的差異。

1 資料與方法

1.1 一般資料 2016年3—10月，選擇溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放化療科接受IMRT的乳腺癌保乳術(shù)后患者85例，年齡20～90歲，中位年齡48歲。左側(cè)乳腺癌患者45例，右側(cè)乳腺癌患者40例。入組條件：保乳術(shù)后行全乳IMRT；行原發(fā)性乳腺癌局部腫瘤擴(kuò)大切除術(shù)；無肺部基礎(chǔ)疾??；上臂上舉自如。1.2 定位方式與設(shè)備 患者仰臥于乳腺托架上，患側(cè)上肢外展上舉以保證同側(cè)乳腺充分暴露。三維激光線準(zhǔn)直于患者體中線及左右體側(cè)并放置定位參考鉛點(diǎn)，記錄乳腺托架定位患者的擺位條件。應(yīng)用Philips Brilliance大孔徑CT模擬定位機(jī)進(jìn)行螺旋掃描，圖像分辨率為512×512，層距、層厚均為3 mm，掃描病變靶區(qū)然后通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳送圖像數(shù)據(jù)至放療計(jì)劃系統(tǒng)Pinnacle 8.0。

1.3 計(jì)劃設(shè)計(jì) 正向IMRI采用兩對穿斜野，劑量歸一點(diǎn)位于胸壁前1 cm。先用6 MV光子線設(shè)兩等權(quán)重的斜野，再利用BEV技術(shù)根據(jù)處方劑量的120%、115%、108%劑量曲線設(shè)定野中野，正向優(yōu)化劑量曲線分布。把設(shè)計(jì)好的計(jì)劃傳到Elekta Synergy數(shù)字加速器的XVI系統(tǒng)和MOSAIQ工作站上。

1.4 掃描與圖像配準(zhǔn) 患者進(jìn)行IMRT時(shí)由2位放療技師進(jìn)入機(jī)房執(zhí)行操作擺位乳腺托架固定,首次治療時(shí)需核對實(shí)際放療靶區(qū)中心與參考靶區(qū)中心是否一致，若移位應(yīng)認(rèn)真核對數(shù)據(jù)及方向，完成擺位后行CBCT掃描。把掃描得到的圖像在XVI系統(tǒng)上進(jìn)行三維重建并與計(jì)劃圖像相匹配，每次配準(zhǔn)XVI系統(tǒng)會自動計(jì)算出X軸(左右)、Y軸(上下)、Z軸(前后)及矢軸位(GX)、冠狀位(GY)、橫狀位(GZ)的擺位誤差，確認(rèn)后采取在線自動誤差糾正。離線后使用骨性配準(zhǔn)和灰度配準(zhǔn)進(jìn)行匹配，分別記錄各個方向的擺位誤差。

1.5 擺位誤差的分析 由XVI系統(tǒng)根據(jù)不同配準(zhǔn)方式選擇計(jì)算輸出六維方向即X、Y、Z軸水平方向及GX、GY、GZ旋轉(zhuǎn)方向誤差的數(shù)值。因擺位誤差具有方向性，左移、上移、前移為正，反之為負(fù)。

1.6 分組 測量每例患者的乳腺厚度并分組。乳腺厚度為乳腺組織最大徑，即乳腺組織最凸點(diǎn)至最近胸壁肌外緣的距離。分析各組不同配準(zhǔn)方式下擺位誤差的差異。

2 結(jié)果

2.1 每例患者首次行IMRI前進(jìn)行CBCT擺位驗(yàn)證，共85次。不同配準(zhǔn)方式下，X軸和GY的擺位誤差間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05,見表1)。

2.2 85例患者中乳腺厚度≤30mm者27例(A組)，乳腺厚度>30～45mm者36例(B組)，乳腺厚度>45mm者22例(C組)，3組患者自動骨性配準(zhǔn)下、自動灰度配準(zhǔn)下的擺位誤差比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，見表2～3)。

表1 不同配準(zhǔn)方式下乳腺癌保乳術(shù)后患者IMRI擺位誤差比較±s)

注：GX=矢軸位，GY=冠狀位,GZ=橫狀位

表2 3組患者自動骨性配準(zhǔn)下的擺位誤差比較±s)

表3 3組患者自動灰度配準(zhǔn)下的擺位誤差比較±s)

3 討論

3.1 前瞻性隨機(jī)對照研究表明，早期乳腺癌保乳術(shù)后行放療與傳統(tǒng)乳腺癌改良根治術(shù)相比，兩者局部控制率和總體生存率間均無明顯差異，放療在早期乳腺癌保乳術(shù)后治療中具有重要意義[4]。IMRI已成為保乳術(shù)后全乳放療的主導(dǎo)模式，擺位誤差是IMRT劑量體積參數(shù)的主要影響因素，而呼吸運(yùn)動、乳腺體積形狀改變及擺位誤差是導(dǎo)致乳腺靶區(qū)位移的主要因素。本研究患者在平靜呼吸狀態(tài)下平躺于乳腺托架上總體的擺位誤差在自動骨性配準(zhǔn)下X、Y、Z軸分別為(0.1±0.36)、(-0.58±0.40)、(0.24±0.63)cm；在自動灰度配準(zhǔn)下X、Y、Z軸分別為(0.07±0.39)、(-0.15±0.45)、(-0.28±0.67) cm，與王健仰等[5]獲得的結(jié)果基本相近。CBCT由于其三維影像功能的優(yōu)勢，已經(jīng)成為乳腺癌放療前擺位驗(yàn)證的重要手段，進(jìn)一步提高了放療的精確性，保護(hù)了正常組織。

3.2 乳腺癌保乳術(shù)后IMRI隨機(jī)誤差以擺位誤差最為明顯[6]，而不同配準(zhǔn)方式的選擇直接影響擺位誤差[7]。距離乳腺組織最近的骨性組織是肋骨，肋骨可隨呼吸而位移且位于乳腺組織一側(cè)。乳腺是由脂肪、腺體及其他織締組織組成的軟組織器官。本研究使用兩種不同配準(zhǔn)方式對六維方向進(jìn)行配對比較，其中水平方向X軸和旋轉(zhuǎn)方向GY的擺位誤差間有差異?；叶扰錅?zhǔn)是以配準(zhǔn)框內(nèi)所有圖像的不同灰階來計(jì)算CBCT圖像與計(jì)劃圖像的重合程度情況，可糾正旋轉(zhuǎn)誤差[8]，而骨性配準(zhǔn)只計(jì)算骨性灰階進(jìn)行配準(zhǔn)，因耗時(shí)短、速度快，多被用于周邊富有骨性組織的部位。由于乳腺部位富有軟組織而缺乏骨性組織，本研究建議IGRT時(shí)首先考慮使用灰度配準(zhǔn)。有學(xué)者指出，IGRT中的圖像配準(zhǔn)范圍的選取會影響其擺位誤差[9]，本研究圖像配準(zhǔn)范圍的選取采用XVI系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)配準(zhǔn)框，因?yàn)槠浜w了放療靶區(qū)及周邊組織。配準(zhǔn)范圍太大目標(biāo)靶區(qū)占有率將被稀釋而降低配準(zhǔn)精度，同時(shí)增加配準(zhǔn)計(jì)算時(shí)間，配準(zhǔn)范圍太小只包括靶區(qū)而沒有周圍組織的依托，尤其本研究的乳腺放療CBCT選用骨性配準(zhǔn)時(shí)因骨性組織少而降低配準(zhǔn)精度。本研究結(jié)果與彭應(yīng)林等[10]研究結(jié)果一致。隨著XVI系統(tǒng)計(jì)算速度的加快，灰度配準(zhǔn)時(shí)間的縮短其將會更多使用于人體各個部位。

3.3 乳腺屬于非剛性器官,乳腺癌保乳術(shù)后IMRI時(shí)是開放式的,患者平躺在乳腺托架上,患側(cè)上肢上舉,乳腺組織充分暴露于放射野內(nèi)。關(guān)于乳腺組織的體積是否會影響擺位誤差,國內(nèi)外鮮有研究報(bào)道。本研究測量患者平躺于乳腺托架上治療時(shí)乳腺厚度,根據(jù)其厚度分為3組，每組有自動骨性配準(zhǔn)6組數(shù)據(jù)和自動灰度配準(zhǔn)6組數(shù)據(jù)，3組擺位誤差間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。提示患者平躺于乳腺托架上能夠保持良好的體態(tài)和乳腺組織的形態(tài)緊張度，其乳腺體積并未影響放療時(shí)的擺位誤差。另外，皮膚脂肪厚度、肌肉張力等均會影響擺位誤差，且患者雙臂外展上舉程度影響乳腺皮膚牽拉力進(jìn)而導(dǎo)致個體差異，但本研究尚未見該表現(xiàn)，這可能與技師對擺位認(rèn)真負(fù)責(zé)有關(guān)。

隨著TGRT技術(shù)日益發(fā)展，CBCT引導(dǎo)已成為減少乳腺癌保乳術(shù)后IMRT擺位誤差的主要途徑，而不同配準(zhǔn)方式的選擇直接影響擺位誤差，本研究進(jìn)行了對比分析并提出了首先使用灰度配準(zhǔn)方式。本研究不足之處是僅采用厚度單一指標(biāo)，如果再加以體積、年齡及乳腺組織的腺體和脂肪含量及手術(shù)方式等進(jìn)一步探討會更加全面。

作者貢獻(xiàn)：吳志勤進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)施并整理資料、撰寫論文、成文并對文章負(fù)責(zé)；余建義、閻華偉、楊桂強(qiáng)、林立、黃包記、王志瑋、潘涵慧進(jìn)行試驗(yàn)實(shí)施、評估、數(shù)據(jù)收集；金獻(xiàn)測進(jìn)行質(zhì)量控制及審校。

本文無利益沖突。

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(本文編輯：趙躍翠)

Setup Errors and Registration Algorithm of Intensity Modulated Radiation Therapy after Breast Conserving Surgery of Breast Cancer Based on Cone-beam CT

WUZhi-qin,YUJian-yi,YANHua-wei,YANGGui-qiang,LINLi,HUANGBao-ji,WANGZhi-wei,PANHan-hui,JINXian-ce*

DepartmentofRadiotherapyandChemotherapy,theFirstAffiliatedHospitalofWenzhouMedicalUniversity,Wenzhou325000,China

*Correspondingauthor:JINXian-ce,Seniorengineer;E-mail:physics@wzhospital.cn

Objective To investigate the setup errors and registration algorithm under different breast thickness of intensity modulated radiation therapy(IMRT) after breast-conserving surgery of breast cancer based on cone-beam CT(CBCT).Methods Eighty five patients who received IMRT after breast conserving surgery in Department of Radiotherapy of the First Affiliated Hospital of Wenzhou Medical University from March to October 2016 were selected.Based on the onboard CBCT of Elekta Synergy accelerator,setup verification was made before IMRT treatment.Match the CBCT reconstructed image with the scheduled CT image.The setup error in the six-dimensional direction was calculated,and the above error on-line was automatically calibrated.The thickness of the breast of each patient(the largest diameter of the breast tissue,that is,the most salient point of the breast tissue to the nearest margin of the chest wall) was measured,and based on the bone-based registration and grey-based registration,the setup error of horizontal movement in X(left and right),Y(upper and lower),Z(front and rear) axes and the sagittal position(GX),coronal position(GY) and transverse position(GZ) were comparatively analyzed.Results There was significant difference in the setup error between the X axis and the GY of the 85 patients based on the bone-based registration and grey-based registration(P<0.05).In the automatic bone-based registration,there was no significant difference in the setup error among A group(thickness of breast ≤30 mm),B group(30< thickness of breast ≤45 mm) and C group(thickness of breast >45 mm)(P>0.05).In the automatic grey-based registration,there was no significant difference in the setup error of each direction among the three groups(P>0.05).Conclusion There are no significant differences in setup errors under different breast thickness of IMRT after breast-conserving surgery of breast cancer.The grey-based registration is recommended first in the two registration methods.The error calibration before radiotherapy can significantly improve the accuracy of breast cancer treatment,and thus realize the precise radiotherapy.

Breast neoplasms；Radiotherapy,intensity-modulated；Cone-beam CT；Registration;Setup errors

國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(11675122)；浙江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(LY16H160046)

R 737.9

B

10.3969/j.issn.1007-9572.2017.15.023

2016-11-25；

2017-03-20)

*通信作者：金獻(xiàn)測，高級工程師；E-mail:physics@wzhospital.cn

吳志勤，余建義，閻華偉，等.錐形束CT引導(dǎo)下乳腺癌保乳術(shù)后調(diào)強(qiáng)放療擺位誤差及配準(zhǔn)方式分析[J].中國全科醫(yī)學(xué)，2017，20(15)：1903-1905,1910.[www.chinagp.net]

WU Z Q,YU J Y,YAN H W,et al.Setup errors and registration algorithm of intensity modulated radiation therapy after breast conserving surgery of breast cancer based on cone-beam CT[J].Chinese General Practice，2017，20(15)：1903-1905,1910.