劉金迪,朱秋芳,王亞娟,何振宇,陳雪梅△

1華南腫瘤學國家重點實驗室、中山大學腫瘤防治中心放療科(廣東廣州 510060); 2中國醫(yī)學科學院腫瘤醫(yī)院深圳醫(yī)院放療科(廣東深圳 518116)

乳腺癌是目前女性最常見的惡性腫瘤之一[1]。隨著現(xiàn)代醫(yī)學的進步,保乳術(shù)后聯(lián)合放療能有效提高局部控制率和長期生存率[2],放射治療的準確性依賴于患者體位的重復性和劑量投遞的準確性[3]。擺位方式的重復性會影響誤差精度,有研究表明,患者通過體表復位標記線擺位的誤差較大[4-5],如何改進是臨床治療中需要研究的重點和難點。錐形束計算機重組斷層圖像(cone-beam computed tomography,CBCT)采集患者斷層影像與計劃CT對比,雖能有效提高平移方向擺位的準確性,但若需校正患者的旋轉(zhuǎn)誤差,則需多次重復成像引導擺位,使危及器官的額外輻射風險顯著增加[6-7]。光學體表引導放療(surface guided radiation therapy,SGRT)技術(shù)可通過光學體表監(jiān)測系統(tǒng)(optical surface monitoring system,OSMS)實現(xiàn)[8],OSMS具有亞毫米級精度和無輻射的特點,可以快速獲取患者的表面影像并與參考體表輪廓相比較,進行六維擺位誤差配準,實時快速地糾正患者體位,通過采集患者體表數(shù)據(jù)即可引導分次間擺位到靶區(qū)等中心層面。光學體表引導擺位已逐漸應用于放療實踐[9-10],既往文獻多數(shù)認為在乳腺癌的應用中OSMS擺位是非常準確的,但也有研究證明該系統(tǒng)無法取代體表標記線[4]。在本項研究中,擬對乳腺癌保乳放療患者使用OSMS引導擺位,以CBCT配準結(jié)果為金標準,比較OSMS與CBCT的差值(surface guidance,SG)和體表標記線與CBCT的差值(skin marker,SM)之間的差異,評估OSMS和CBCT之間的一致性,并計算SG和SM的外擴邊界,從而探討OSMS擺位應用于乳腺癌保乳放療中的準確性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析2021年7月至2022年1月ELEKTA infinity加速器行乳腺癌保乳放療的40例患者。年齡28～60歲,年齡中位數(shù)為45歲,均為女性。所有患者均簽署知情同意書,并通過倫理委員會批準(B-2023-152-01)。

入組標準:(1)卡式評分≥60;(2)年齡20～60歲;(3)所有患者病理診斷均為乳腺癌,且已接受保乳手術(shù);(4)術(shù)后分期為T1-2N0-2M0期病例。

排除標準:(1)既往胸部放療史;(2)同時雙側(cè)乳腺癌;(3)接受乳房重建術(shù);(4)存在放療禁忌證。

1.2 主要設備 ELEKTA Infinity直線加速器,光學體表監(jiān)測系統(tǒng)OSMS(Vision RT,London,United Kingdom)、Philips 16排螺旋CT模擬定位機、Monaco放療計劃系統(tǒng)、碳纖維頭頸肩架、醫(yī)用發(fā)泡膠、三維激光燈定位系統(tǒng)等。

1.3 實驗方法

1.3.1 體位固定 所有患者的體位固定裝置采用“碳纖維頭頸肩架+發(fā)泡膠”組合固定。利用激光燈使患者身體正中矢狀面平行于治療床中線?；颊卟捎醚雠P位、雙手上舉、頭偏向健側(cè),使胸壁充分暴露。將異氰酸聚亞甲基聚亞苯基酯和復合聚醚類多元醇兩種液體迅速搖勻后倒入自制防水布袋內(nèi),調(diào)整患者身體保持水平,使頭頸部、上腹部、雙臂塑形完整,等待7～10 min后發(fā)泡膠變硬。制作完畢后讓患者重新躺入,檢查患者體位與發(fā)泡膠的貼合性與穩(wěn)定性。

1.3.2 CT模擬定位和計劃設計 患者仰臥躺在發(fā)泡膠上,利用激光定位系統(tǒng)在患者大約第10胸椎層面與兩側(cè)腋中線交點處標記患者擺位點,用直徑1 mm的金屬標記CT mark點。然后使用Philips 16排螺旋大孔徑CT模擬定位機采集圖像,掃描層厚為5 mm,管電壓為120 kV,掃描范圍為第2頸椎上緣到第2腰椎下緣。將掃描后得到的CT圖像導入Monaco放療計劃系統(tǒng),由醫(yī)生和劑量師進行靶區(qū)勾畫和計劃設計。根據(jù)腫瘤的分期、病理類型等,每例患者治療總次數(shù)25～30次,總劑量50～60 Gy,其中A段常規(guī)放療25次/50 Gy、B段瘤床補量5次/10 Gy,單次劑量2 Gy/d。

1.3.3 AlignRT參數(shù)設置 將治療計劃和CT體表外輪廓導入OSMS系統(tǒng)。勾畫感興趣區(qū)(region of interest,ROI),用于引導擺位。ROI的勾畫原則為:體表穩(wěn)定的三維曲面,包含等中心層面,不包括呼吸運動或生理變化較大的不穩(wěn)定體表(如腹部,腋窩、手臂、鎖骨等),并充分暴露皮膚,本研究ROI勾畫如圖1所示。設置左右(ML)、頭腳(SI)、前后(AP)3個平移方向的閾值為±0.3 cm,Yaw、Roll、Pitch 3個方向的角度±3°。為避免影像探測板、臂架對攝像頭的遮擋,每次采集體表圖像需保證機架在0°或180°。

1.3.4 圖像采集 使用ELEKTA的XVI成像系統(tǒng)進行CBCT掃描。kV準直器參數(shù)設置為M20,濾線器參數(shù)設置為F1,掃描電壓120 kV,機架轉(zhuǎn)速360°/min,掃描角度360°。配準框的范圍和大小包括計劃靶體積(planning target volume,PTV)和周邊重要結(jié)構(gòu)(危及器官),并以靶區(qū)及乳腺輪廓進行配準。CBCT配準方式選取“自動灰度配準GreyT+R+手動調(diào)整”的方法,為避免心、肺受到過高的輻射劑量,配準時以胸壁內(nèi)緣為基準。

1.4 治療流程 所有患者在分次治療前均使用OSMS引導擺位,步驟如下:先通過激光燈對準CT mark點,確定患者與固定器之間的相對位置,再打開OSMS系統(tǒng),移床至等中心附近后,根據(jù)系統(tǒng)提示的六維方向誤差,手動微調(diào)患者身體,糾正誤差在±1 mm(±2°)以內(nèi),記錄此時等中心點的對應床值。前3次行CBCT掃描配準,后每周至少行1次CBCT掃描。根據(jù)配準結(jié)果調(diào)整治療床,進行移床修正,記錄CBCT校準后等中心對應的床值及旋轉(zhuǎn)誤差。CBCT配準移床后,若OSMS六維方向的誤差≥2 mm(2°),OSMS需重新抓取此時的體表輪廓作為后續(xù)引導擺位的參考體表;否則繼續(xù)沿用之前的參考體表影像。治療結(jié)束后,將激光移至復位體表標記線上,并記錄此時的床值。

1.5 數(shù)據(jù)收集 40例患者在整個治療流程中共掃描325次,每次掃描需記錄3組ML、SI、AP方向的數(shù)據(jù):CBCT掃描前OSMS擺位的床值、配準后的床值和復位標記線對應的床值。計算OSMS與CBCT的差值SG和體表標記線與CBCT的差值SM,共325組數(shù)據(jù)。統(tǒng)計所有數(shù)據(jù)中兩者的平移誤差分布,計算SG和SM的靶區(qū)外擴邊界。van Herk等[11]提出:為確保90%患者CTV(clinical target volume)至少接受95%的處方劑量,CTV-PTV(planning target volume)外放公式MPTV(外放)=2.5Σ+0.7σ,系統(tǒng)誤差用每位患者誤差均值的標準差Σ表示,隨機誤差用誤差標準差的均方根σ表示?；颊咧委煏r均使用的是三維床,因此為了分析擺位時的六維旋轉(zhuǎn)角度,本研究對325次掃描圖像進行重新配準和記錄旋轉(zhuǎn)誤差。

1.6 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 25.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行分析。先對SM和SG的平移和旋轉(zhuǎn)誤差數(shù)據(jù)進行Shapiro-Wilk(S-W)正態(tài)性檢驗,結(jié)果不符合正態(tài)分布,用M(P25,P75)表示,兩組比較行秩和檢驗,P<0.05表示為差異有統(tǒng)計學意義。采用Bland-Altman法分析各點的偏移情況,評估SG與CBCT的一致性。

2 結(jié)果

2.1 擺位誤差統(tǒng)計結(jié)果

2.1.1 SM擺位和SG擺位的平移誤差 平移方向?qū)?0例患者的325次三維擺位偏差和頻值分布作統(tǒng)計分析。SG在ML、SI、AP方向平移誤差絕對值≤0.3 cm分別為94.2%、81.5%、76.0%;SM為79.4%、65.2%、40.9%,分別減少了14.8%、16.3%、35.1%。SG擺位在ML、SI、AP方向平移的誤差明顯小于SM擺位,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05),見表1。

表1 40例SM擺位和SG擺位放療患者平移誤差統(tǒng)計 M(P25,P75)

2.1.2 3種旋轉(zhuǎn)方向誤差分析 OSMS擺位時,旋轉(zhuǎn)誤差數(shù)據(jù)均不符合正態(tài)分布,用M(P25～P75)表示,Pitch、Roll、Yaw 3個方向上的旋轉(zhuǎn)角度分別為-0.10(-0.60～0.30)°、0.00(-0.40～0.45)°、0.10(-0.20～0.90)°,旋轉(zhuǎn)誤差的中位數(shù)在0°上下浮動,且絕大多數(shù)誤差分布在±2°以內(nèi),見圖2。

注:A:Pitch旋轉(zhuǎn);B:Roll旋轉(zhuǎn);C:Yaw旋轉(zhuǎn)

2.2 OSMS與CBCT配準的相關(guān)性分析 在ML、SI、AP 3個平移方向上,散點在標準線差內(nèi)均勻分布,均值分別為0.03 cm、0.01 cm、0.13 cm,95%的一致性界限為(-0.30～0.35)cm、(-0.38～0.40)cm、(-0.21～0.48)cm,見圖3。

注:A:SG與CBCT的ML方向擺位誤差差異;B:SG與CBCT的SI方向擺位誤差差異;C:SG與CBCT的AP方向擺位誤差差異

2.3 SM和SG的外擴邊界計算 SM擺位的外擴邊界值分別為0.66 cm、0.82 cm、0.93 cm,遠大于SG擺位的0.36 cm、0.38 cm、0.30 cm。本中心的M值為5 mm,SG的外擴值均在5 mm以內(nèi),是完全滿足臨床要求的,見表2。

表2 40例患者的外擴邊界計算 cm

3 討論

在前3次治療中通過OSMS引導擺位,獲取1個患者體位重復性好、最大程度接近計劃設計時的體位作為參考體表。通過比較體表標記線和SG擺位的治療等中心的對應床值,分析發(fā)現(xiàn)SG(0～0.10 cm)在ML、SI、AP方向的平移誤差均小于SM(0～0.30 cm),特別是在AP方向上,SG具有非常明顯的優(yōu)勢。Hattel等[4]認為使用SG和SM擺位的差異并不大,誤差的均方根值僅從0.54 cm降低至0.42 cm,在AP軸方向上并無差異;Stanley等[12]發(fā)現(xiàn)SG的配準誤差是0.6 cm,明顯小于SM的1.4 cm,減少的幅度雖大,但誤差仍>0.5 cm,本研究與兩者的結(jié)論均有差異,使用SG擺位的誤差為0.10 cm,遠<0.6 cm,證明了SG引導擺位的準確性和可行性。通過放療的進程,患者皮膚表面的標記線可能會產(chǎn)生一定的變化,如乳房變形腫脹等,在擺位時因?qū)蕵擞浘€產(chǎn)生的皮膚牽拉會導致靶區(qū)中心與標記并不一致,這可能是體表標記線擺位產(chǎn)生較大誤差的重要因素。而OSMS系統(tǒng)提供了一種準確簡便的方式來檢測和量化放療過程中的乳腺水腫[13],每周至少1次的CBCT掃描和擺位參考體表的更新,是提高患者擺位精度的最大助力。本研究還對ML、SI、AP 3個平移方向誤差絕對值≤0.3 cm的范圍進行了統(tǒng)計,結(jié)果顯示SG占比為76.0%～94.2%,比SM高14.8%～35.1%。Kügele等[14]使用SM和SG兩種方法基于正交成像配準發(fā)現(xiàn),SG擺位誤差結(jié)果明顯優(yōu)于SM。Shah等[15]對50例接受全乳腺放療的患者進行研究,結(jié)果顯示SG輔助擺位的誤差≤0.3 cm的比例高達80%以上,與本研究相似。

患者治療時未使用六維床校正旋轉(zhuǎn)誤差,通過回顧性分析的方式獲取了40例患者325次CBCT掃描數(shù)據(jù),結(jié)果發(fā)現(xiàn)Pitch、Roll、Yaw 3個旋轉(zhuǎn)方向的誤差中位數(shù)為-0.10°、0.00°、0.10°,且三個方向的旋轉(zhuǎn)誤差絕大多數(shù)分布在±2°以內(nèi),說明SG擺位與CBCT在旋轉(zhuǎn)方向上具有高度的一致性。在平移方向上,本研究利用Bland-Altman法評估SG與CBCT的一致性,僅有0.1%分布在95%一致性界限以外,在ML、SI、AP 3個平移方向其差值的平均值為0.03 cm、0.01 cm、0.13 cm,說明SG擺位與CBCT在平移方向上同樣具有較好的一致性,與Ma等[16]的研究結(jié)果相同。Walter等[17]采用光學體表擺位將45例保乳術(shù)后全乳腺放療患者平均分成3組:SM組、SM+SRGT組、SGRT組,并與正交影像DRR圖進行比較,3種擺位技術(shù)的三維總體偏差均值分別為0.38 cm、0.28 cm、0.27 cm,大于本研究結(jié)果中均值。本研究結(jié)果顯示,在95%的一致性界限范圍內(nèi),差值的最大絕對值分別為0.30 cm、0.40 cm、0.40 cm,這種差異是臨床可以接受的,與以往報道[18-19]基本一致。這為減少CBCT的使用頻率提供了有力證據(jù),在治療分次不進行CBCT掃描時,可以直接用OSMS輔助擺位。

本研究通過計算SM和SG的系統(tǒng)誤差和隨機誤差,得到了兩種不同擺位方式的PTV外擴邊界,SG擺位的各方向外擴邊界值均<0.40 cm,遠小于SM的外擴邊界值0.66 cm、0.82 cm和0.93 cm,說明OSMS引導擺位可以顯著降低日常治療的PTV外擴邊界。但對于日常僅使用SM擺位的患者而言,使用5 mm的外擴邊界是遠遠不夠的,需要將外擴值調(diào)整到10 mm。在Hlavka等[20]發(fā)現(xiàn)使用體表標記線擺位時,外擴邊界需要擴大至12 mm,而使用IGRT進行每天校正時,外擴邊界僅需6 mm,兩種擺位方式的結(jié)果均大于本研究的外擴值;Liu等[21]使用光學體表擺位后計算保乳術(shù)后放療患者的外擴邊界值均<5 mm,與本研究結(jié)果一致。為降低擺位誤差的影響,增大PTV外擴邊界是否能保證放療的安全呢?Zhou等[22]的研究證明增加外擴邊界能保證靶區(qū)的覆蓋率,但與此同時會降低危及器官的劑量限制,肺、心臟等受照劑量可能會增加,因此更小的PTV外擴邊界才是乳腺癌放療的最優(yōu)選擇。

本研究證明了SG擺位在乳腺癌放療中的可行性,但也有不足之處。局限性之一在于沒有設立對比組,SG和SM的誤差對比僅屬于縱向比較,無法獲取SM擺位對應的旋轉(zhuǎn)角度;之二在于本研究僅收集了擺位分次間數(shù)據(jù),并沒有監(jiān)控患者治療的分次內(nèi)運動。在未來的研究中,還可以考慮讓患者在深吸氣屏氣狀態(tài)下放療,延伸探討分次間和分次內(nèi)誤差的變化,并評估局部殘余誤差的影響。

綜上所述,OSMS擺位均有無輻射、高精度、高效率、低成本的特點,可有效提高擺位精度,減少PTV外擴邊界。OSMS與CBCT在六維誤差上的一致性,可適當降低CBCT的使用頻率,避免患者在放療過程中接受過多額外的輻射劑量。在乳腺癌保乳放療中,SGRT技術(shù)的使用具有較好的臨床應用價值。

利益相關(guān)聲明:本研究由署名作者按以下貢獻聲明獨立開展,排名無爭議。論文不涉及任何利益沖突。

作者貢獻說明:劉金迪負責進行實驗、撰寫論文;朱秋芳負責文獻調(diào)研與整理并收集數(shù)據(jù);王亞娟負責收集數(shù)據(jù);何振宇負責實驗過程中難題解惑;陳雪梅負責提出研究方向、設計研究思路、實施研究過程并參與論文修訂。