董曉慶，胡杰，林清

同濟(jì)大學(xué)附屬第十人民醫(yī)院 放射治療科，上海 200072

引言

放射治療是治療盆腔腫瘤的主要手段之一，可降低局部復(fù)發(fā)率和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移率，進(jìn)而提高患者整體生存率[1-4]。其中調(diào)強(qiáng)放射治療（Intensity Modulated Radiation Therapy，IMRT）已被廣泛應(yīng)用于盆腔腫瘤的治療中[5]。患者體重的變化、直腸排空、膀胱充盈等情況會(huì)引起靶區(qū)位置的變化[6-7]；治療中患者治療的時(shí)間越長，咳嗽或者呼吸運(yùn)動(dòng)越大都有可能引起體位改變等，從而影響擺位精度。隨著圖像引導(dǎo)放射治療技術(shù)的不斷發(fā)展和加速器硬件的不斷革新，患者可以得到更精準(zhǔn)的放射治療，其優(yōu)勢在于能夠利用加速器上配備的錐形束CT（Cone Beam CT，CBCT）得到擺位后的實(shí)時(shí)影像與CT 定位的原始圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，獲得治療時(shí)的擺位誤差，并通過對(duì)治療床進(jìn)行在線調(diào)整，提高放療精度。CBCT圖像引導(dǎo)已在臨床應(yīng)用近20 年，但是傳統(tǒng)技術(shù)與新引導(dǎo)方式的結(jié)合在臨床上會(huì)產(chǎn)生新的亮點(diǎn)，或許會(huì)改變傳統(tǒng)加速器CBCT 圖像引導(dǎo)技術(shù)擺位誤差和臨床靶區(qū)-計(jì)劃靶區(qū)（Clinical Target Volume-Planning Target Volume，CTV-PTV））邊界外放的準(zhǔn)則。

以往傳統(tǒng)加速器由于成像速度及質(zhì)量等因素的限制，患者治療過程中并不能每次都行CBCT 掃描[立體定向放射治療（Stereotactic Body Radiation Therapy，SBRT）除外]。一般是前3 次掃描確保擺位誤差小于CTV-PTV 外放邊界，之后每周掃描一次CBCT，驗(yàn)證CTV-PTV 外放邊界的安全性[8-10]。而美國瓦里安全新一代Halcyon 環(huán)形加速器因成像速度快、強(qiáng)制百分百圖像引導(dǎo)，同時(shí)擁有ICBCT 迭代算法功能，因而提高了影像質(zhì)量和圖像配準(zhǔn)精度，可使患者每次治療前行CBCT掃描，糾正患者擺位誤差，達(dá)到精準(zhǔn)治療的目的。本文從分析盆腔腫瘤擺位誤差的角度探討Halcyon 治療盆腔腫瘤CTV-PTV 外放邊界的準(zhǔn)則，為臨床提供有力證據(jù)，使患者得到更加精準(zhǔn)的治療。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

選取2023 年1—5 月在我院放療科采用Halcyon 加速器行IMRT 的19 例盆腔腫瘤患者為研究對(duì)象，其中宮頸癌患者4 例，子宮內(nèi)膜癌患者5 例，前列腺癌患者2 例，直腸癌患者6 例，卵巢癌患者1 例，膀胱癌患者1 例；年齡51～80 歲，中位年齡63 歲；男7 例，女12 例。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)審批通過（批準(zhǔn)文號(hào)：SHSY-IEC-5.0/23KY21/P01），所有患者均知情同意并簽署知情同意書。

1.2 定位掃描及圖像獲取

所有患者均采用熱塑膜進(jìn)行位置固定并取仰臥位，雙手互握肘關(guān)節(jié)置額頭，雙下肢自然并攏。采用大孔徑16 排CT 模擬定位系統(tǒng)（Brilliance CT Big Bore，荷蘭飛利浦）進(jìn)行圖像掃描，CT 掃描電壓為120 kV、電流為60 mA，掃描層厚為5 mm。將患者CT 圖像傳輸至治療計(jì)劃系統(tǒng)（Eclipse 15.6，美國瓦里安）。

1.3 靶區(qū)勾畫和治療計(jì)劃設(shè)計(jì)

同一副主任醫(yī)師在CT 圖像上勾畫靶區(qū)，19 例患者中婦科腫瘤（宮頸癌，子宮內(nèi)膜癌，卵巢癌）處方劑量為45 Gy/25 F 或50.4 Gy/28 F，直腸癌處方劑量為45 Gy/25 F或59.92 Gy/28 F，前列腺癌處方劑量為70 Gy/28 F 或70 Gy/35 F，膀胱癌處方劑量為45 Gy/25 F，再序貫加量20 Gy/10 F。根據(jù)每位患者的病情情況將CTV-PTV 邊界外放5～7 mm，由主任醫(yī)師審核靶區(qū)。19 例患者由同一物理師在Eclipse 治療計(jì)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)9 野均分的6 MV X 線共面逆向IMRT 計(jì)劃，機(jī)架角度分別為0°、40°、80°、120°、160°、200°、240°、280°、320°。計(jì)劃設(shè)計(jì)后由主任醫(yī)師和高級(jí)物理師確認(rèn)通過，同時(shí)通過Portal Dosimetry（PD）驗(yàn)證后由Halcyon 加速器實(shí)施治療。

1.4 在線擺位校正及治療實(shí)施

所有患者均采用全新一代環(huán)形加速器（Halcyon2.0，瓦里安，美國）進(jìn)行治療，并用機(jī)器自帶的千伏級(jí)CT進(jìn)行CBCT 掃描獲取圖像。掃描中心為等中心，掃描直徑為49.1 cm，掃描長度為24.5 cm，圖像分辨率為512×512，層厚為2 mm。采用ICBCT重建算法處理圖像，共掃描3 組CBCT 圖像，見圖1。

圖1 分次間、糾正后、分次內(nèi)的CBCT圖像與計(jì)劃圖像配準(zhǔn)示意圖

CBCT 圖像在擺位完成后治療前行CBCT 掃描獲得，用來觀察分次間誤差（校正前）。將CBCT 圖像與治療計(jì)劃系統(tǒng)（Treatment Planning System，TPS）參考圖像自動(dòng)配準(zhǔn)后手動(dòng)微調(diào)，顯示患者實(shí)際靶區(qū)與TPS 的PTV 2 個(gè)中心位置的誤差值，記錄X（左右）方向、Y（頭腳）方向、Z（腹背）方向的平移矢量，并按照記錄值進(jìn)行擺位誤差的校正。

在治療床在線糾正擺位誤差后治療前，再進(jìn)行CBCT 掃描得到圖像，用來觀察在線糾正后患者的位置偏差（校正后）。同樣，記錄X 方向、Y 方向、Z 方向的平移矢量。

CBCT 圖像在治療完成后獲取，用來觀察當(dāng)次治療分次內(nèi)移動(dòng)誤差（包括器官蠕動(dòng)）。同樣，記錄X 方向、Y 方向、Z 方向的平移矢量。

1.5 CTV-PTV外放邊界計(jì)算

根據(jù)擺位誤差來計(jì)算CTV-PTV 外放規(guī)則。群體系統(tǒng)誤差以個(gè)體系統(tǒng)誤差的標(biāo)準(zhǔn)差Σ表示；群體隨機(jī)誤差以個(gè)體隨機(jī)誤差的平方均值的平方根σ表示[11]。分次間、糾正后、分次內(nèi)的群體系統(tǒng)誤差分別用ΣInter、ΣCorr和ΣIntra表示；群體隨機(jī)誤差分別用σInter、σCorr和σIntra表示。如果每次放療前都通過CBCT 圖像引導(dǎo)進(jìn)行擺位誤差在線校正，PTV 外放的計(jì)算僅考慮分次內(nèi)誤差[12]。雖然采用Halcyon 機(jī)器治療的患者每次放療前均行CBCT 圖像引導(dǎo)并在線糾正，但是糾正后患者仍存在殘余誤差，因此，本文CTV-PTV 外放邊界計(jì)算需考慮糾正后和分次內(nèi)誤差。根據(jù)Mckenzie 等[13]提出的公式（M=2.5Σ+0.7σ），M為CTV 外放PTV 的邊界值。Σ和σ的計(jì)算方式如公式（1）～（2）所示。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

應(yīng)用SPSS 22.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對(duì)各組擺位誤差行配對(duì)t檢驗(yàn)，并計(jì)算CTV-PTV 邊界外放值，擺位誤差用±s表示，P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。采用origin2015 軟件分析擺位誤差的分布趨勢。

2 結(jié)果

本文共進(jìn)行900 次CBCT 掃描，分別獲得300 套分次間、糾正后以及分次內(nèi)的CBCT 圖像，與計(jì)劃圖像配準(zhǔn)后，擺位誤差絕對(duì)值如表1 所示。在入組患者試驗(yàn)中，對(duì)于X 方向，分次間絕對(duì)誤差為（2.07±1.82）mm，糾正后為（0.19±0.19）mm；分次內(nèi)為（0.30±0.28）mm，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。對(duì)于Y 方向，分次間絕對(duì)誤差為（3.87±2.67）mm，糾正后為（0.23±0.31）mm；分次內(nèi)為（0.27±0.23） mm，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。對(duì)于Z 方向，分次間絕對(duì)誤差為（0.72±0.83）mm，糾正后為（0.20±0.22）mm，分次內(nèi)為（0.30±0.27）mm，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。對(duì)于3 個(gè)方向，分次間擺位誤差絕對(duì)值均值最大，糾正后擺位誤差絕對(duì)值均值最小，分次內(nèi)擺位誤差絕對(duì)值均值大于糾正后的值，小于分次間的擺位誤差絕對(duì)值。

表1 分次間、糾正后以及分次內(nèi)3次擺位誤差絕對(duì)值[ ±s（min，max），mm，n=300]

表1 分次間、糾正后以及分次內(nèi)3次擺位誤差絕對(duì)值[ ±s（min，max），mm，n=300]

注：n：每組錐形束CT的套數(shù)。

X方向Y方向Z方向分次間（A）2.07±1.82（0.01，9.80）3.87±2.67（0.00，9.91）0.72±0.83（0.00，6.40）糾正后（B）0.19±0.19（0.00，1.37）0.23±0.31（0.00，2.50）0.20±0.22（0.00，1.50）分次內(nèi)（C）0.30±0.28（0.00，1.70）0.27±0.23（0.00，1.50）0.30±0.27（0.00，1.80）t值A(chǔ)-B17.7223.8910.63 A-C16.3322.998.16 B-C-7.46-2.20-6.88 P值A(chǔ)-B＜0.001＜0.001＜0.001 A-C＜0.001＜0.001＜0.001 B-C＜0.0010.030＜0.001

分次間、糾正后、分次內(nèi)CBCT 的擺位誤差絕對(duì)值的分布趨勢如圖2 所示。分次間的擺位誤差分布在0～9.91 mm 區(qū)間，對(duì)于X、Y、Z 3 個(gè)方向，X、Y 2 個(gè)方向每個(gè)區(qū)間都有，偏差相對(duì)較大，Z 方向大部分集中在5 mm以內(nèi)。糾正后的擺位誤差分布在0～2.50 mm 區(qū)間，X 方向偏差＜1 mm 的占比為99%（n=297），≥1 mm且＜1.37 mm 的占比為1%（n=3）；Y 方向偏差＜1 mm 的占比為97%（n=291），≥1 mm 且＜2.50 mm 的占比為3%（n=9）；Z 方向偏差＜1 mm 的占比為98.33%（n=295），≥1 mm 且＜1.50 mm 的占比是1.67%（n=5）。分次內(nèi)的擺位誤差分布在0～1.80 mm 區(qū)間，X 方向偏差＜1 mm 的占比為96.33%（n=289），≥1 mm 的占比為3.67%（n=11）；Y 方向偏差＜1 mm 的占比為98.67%（n=296），≥1 mm 且＜2 mm 的占比為1.33%（n=4）；Z 方向偏差＜1 mm 的占比為97%（n=291），≥1 mm且＜2 mm 的占比為3%（n=9）。糾正后的擺位誤差97%以上在1 mm 以內(nèi)，分次間的擺位誤差96.33%以上在1 mm 以內(nèi)。說明糾正后及分次內(nèi)偏差很小，可以縮小CTV-PTV 外放邊界。

圖2 分次間、糾正后、分次內(nèi)CBCT擺位誤差絕對(duì)值的分布趨勢

如表2 所示，分次間、糾正后、分次內(nèi)CBCT 的擺位誤差X、Y、Z方向CTV-PTV外放距離分別為3.85、0.29、0.42 mm，4.58、0.54、0.43 mm 和2.10、0.37、0.49 mm。分次間（校正前）、糾正后（校正后）、分次內(nèi)（包括器官蠕動(dòng)）總的CTV-PTV 外放距離分別為6.36、0.72、0.77 mm。依據(jù)Halcyon 加速器每天CBCT 掃描校正的特點(diǎn)得出Halcyon 加速器治療盆腔腫瘤的CTV-PTV 外放距離為1.06 mm。校正前后可將CTV-PTV 外放邊界從6.36 mm 縮小到1.06 mm，減小靶區(qū)的外放距離。

表2 在線校正前后擺位誤差絕對(duì)值及CTV-PTV外放距離（mm）

3 討論

隨著放射治療設(shè)備的更新?lián)Q代，患者治療越來越精準(zhǔn)。如何提高腫瘤擺位精度，減少正常組織受照體積和累積劑量，開展個(gè)體化的自適應(yīng)放射治療是目前的研究熱點(diǎn)[14-16]。腫瘤靶區(qū)退縮與受照后的熱效應(yīng)、呼吸運(yùn)動(dòng)、膀胱和直腸等的充盈及蠕動(dòng)，必然造成腫瘤靶區(qū)與危及器官的不規(guī)則形變，不僅會(huì)降低治療的精準(zhǔn)性，還對(duì)靶區(qū)外放邊界增加了不確定性。近年來，由于圖像引導(dǎo)技術(shù)的飛速發(fā)展，很大程度糾正了分次間的擺位誤差，使得CTV-PTV 的外放邊界減小[17-19]。俞雅等[20]應(yīng)用CBCT圖像引導(dǎo)，分析盆腔腫瘤患者IMRT 中擺位誤差精度，為盆腔腫瘤PTV 外放范圍提供參考依據(jù)。明學(xué)中等[21]研究了在CBCT 圖像引導(dǎo)條件下基于Halcyon 加速器“藍(lán)光引導(dǎo)”擺位功能結(jié)合一體化聯(lián)合膜在食管腫瘤臨床放療中的準(zhǔn)確性。而對(duì)于分次內(nèi)的擺位誤差研究也很多[22-24]，尤其是在SBRT 治療方面，由于SBRT 是單次大劑量高精準(zhǔn)治療，因此要求每天掃CBCT 進(jìn)行圖像配準(zhǔn)糾偏。Levin-Epstein 等[25]回顧性分析了2012—2017 年205 例在美國瓦里安的TrueBeam 或NovalisTx 加速器上行前列腺癌患者SBRT 治療分次間靶區(qū)外放邊界值（9.9、15.2和14.5 cm）以及分次內(nèi)靶區(qū)外放邊界值（1.9、2.7 和3.1mm），結(jié)果發(fā)現(xiàn)僅2.0%和5.4%患者在頭腳和腹背方向偏差大于3 mm。對(duì)于同一廠家的加速器，Halcyon作為全新一代的環(huán)形加速器，機(jī)械精度更高，圖像質(zhì)量更好，圖像配準(zhǔn)偏差更小，使得擺位誤差降到了最低，分次內(nèi)靶區(qū)外放邊界值為X 方向0.42 mm，Y 方向0.43 mm，Z 方向0.49 mm。該外放邊界值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)，說明Halcyon 加速器可為患者帶來更加精準(zhǔn)的治療。

CBCT 圖像引導(dǎo)可得出患者治療時(shí)的擺位誤差并給予校正，而Halcyon 加速器是全患者全療程強(qiáng)行每天進(jìn)行CBCT 掃描并進(jìn)行在線校正，大大提高了擺位精度。本文分析了入組盆腔患者在Halcyon 加速器治療時(shí)分次間、糾正后、分次內(nèi)的擺位誤差。從數(shù)據(jù)可以看出，分次間的擺位誤差最大，這主要是由機(jī)器設(shè)備的精確度，物理師質(zhì)控水平以及技術(shù)員擺位水平，患者器官位移、體型改變、擺位標(biāo)記不清造成的。但是采用Halcyon 加速器治療的患者是每天掃CBCT 并進(jìn)行糾正，通過糾正后的數(shù)據(jù)可以看出，糾正后擺位誤差很小，此時(shí)的偏差主要是由于機(jī)器的機(jī)械精度以及殘余誤差造成的。分次內(nèi)的擺位誤差大于糾正后的偏差，這主要是由于患者治療過程中的器官運(yùn)動(dòng)、呼吸運(yùn)動(dòng)以及體位不自主移動(dòng)造成的。從X、Y、Z 3 個(gè)方向來看，分次間Y 方向偏差最大，平均值為3.87 mm，這是由于Halcyon 激光燈在環(huán)形壁上，技術(shù)員在擺位過程中容易忽視垂直激光燈擺位造成的，但是在Halcyon 進(jìn)行圖像引導(dǎo)下，糾正后Y方向偏差的平均值可以降到0.23 mm，并未造成患者Y方向偏差過大。從分次間、糾正后、分次內(nèi)的擺位誤差分布趨勢可以看出，雖然一開始由于技術(shù)員的擺位水平以及患者體位的變化會(huì)使擺位存在一定誤差，但糾正后3 個(gè)方向97%以上的偏差在1 mm 以內(nèi)。分次內(nèi)3 個(gè)方向96.33%以上的偏差在1 mm 以內(nèi)，說明Halcyon 加速器在治療盆腔腫瘤時(shí)擺位誤差在1 mm 左右是非常安全的。Halcyon 是否可根據(jù)人體解剖結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)無標(biāo)記擺位，也許是將來研究的熱點(diǎn)。

由于受技術(shù)員擺位水平、患者體型變化等諸多因素的影響，擺位誤差只能降低不能消除，為此每家放療單位可以根據(jù)本單位加速器的擺位誤差，計(jì)算出CTVPTV 外放規(guī)則。隨著CBCT、四維超聲影像、磁共振引導(dǎo)技術(shù)的不斷發(fā)展，患者CTV-PTV 外放邊界的研究很多[26-28]。Badloe 等[29]研究表明，單一腦轉(zhuǎn)移瘤立體定向放射治療的PTV 從2 mm 到0 mm 邊界外放與患者假性進(jìn)展的發(fā)生率不存在顯著關(guān)聯(lián)性，并且減少PTV 邊界外放對(duì)患者來說是安全的。徐浩然等[30]研究分析了142 例肺癌患者常規(guī)分割模式下，采用Halcyon 加速器治療靶區(qū)邊界外放情況，研究僅統(tǒng)計(jì)了分次間的擺位誤差，忽略了Halcyon 是每天行CBCT 圖像引導(dǎo)并進(jìn)行擺位誤差糾正。Halcyon 加速器每次治療強(qiáng)行圖像引導(dǎo)模式與常規(guī)加速器少分次的圖像引導(dǎo)治療模式在靶區(qū)外放PTV 上必然存在本質(zhì)區(qū)別。本文統(tǒng)計(jì)分析了分次間、糾正后及分次內(nèi)的擺位誤差，從數(shù)據(jù)中可以看出，僅從擺位誤差角度來看，基于Halcyon 治療盆腔腫瘤，CTVPTV 外放邊界從6.36 mm 縮小到1.06 mm，即CTV-PTV外放邊界為1.1 mm。如果前3 次擺位誤差超過1.1 mm，醫(yī)生按最大值重新外放PTV，物理師重新做計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)離線自適應(yīng)放射治療，對(duì)絕大多數(shù)患者來說可大大減少正常組織的照射體積和累積劑量。

4 結(jié)論

綜上所述，基于Halcyon 加速器百分百圖像引導(dǎo)模式下的盆腔腫瘤治療，根據(jù)糾正后和分次內(nèi)的擺位誤差計(jì)算CTV-PTV 外放邊界為1.1 mm。通過全新一代Halcyon 加速器每次治療前強(qiáng)行CBCT 在線掃描與配準(zhǔn)及必要的位置糾正，可降低盆腔患者擺位誤差，提高患者靶區(qū)和危及器官的安全精度，縮小CTV-PTV 外放邊界值，從而減少正常組織的累及體積。此研究為回顧性分析，至于減少靶區(qū)外放邊界的臨床療效及副作用仍需在前瞻性的臨床研究中加以驗(yàn)證。