陳雪梅, 黃曉彤, 蔡維洵, 刁文超, 朱金漢, 何振宇, 姜曉勃

中山大學(xué)腫瘤防治中心放療科(廣東廣州 510060)

乳腺癌保乳術(shù)加上全乳根治性放療，可獲得與根治術(shù)相當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)期局部控制率與生存率[1-2]?，F(xiàn)有研究顯示，乳腺癌患者5年生存率已高達(dá)90%[3]。目前乳腺癌保乳術(shù)后放療使用調(diào)強(qiáng)技術(shù)，靶區(qū)分布相比常規(guī)放療均勻度更高，可有效降低遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移率，皮膚反應(yīng)低，乳房美觀度好[4]。乳腺癌放療結(jié)合錐形束CT，與定位CT進(jìn)行配準(zhǔn)，可在線或離線校正擺位誤差[5]。在圖像配準(zhǔn)區(qū)域選擇時(shí)，可采用患側(cè)胸壁(局部配準(zhǔn))、鎖骨頭區(qū)域(局部配準(zhǔn))和靶區(qū)(整體配準(zhǔn))3種方式。本研究收集我中心30例乳腺癌保乳術(shù)后患者，前3次治療應(yīng)用錐形束CT掃描，通過離線校正的方法重新調(diào)整治療等中心，回顧性分析3種配準(zhǔn)范圍的擺位誤差數(shù)據(jù)，用于研究并改善乳腺癌放療精度，現(xiàn)報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2020年12月至2021年8月在中山大學(xué)腫瘤防治中心行乳腺癌保乳術(shù)后放療的女性患者，共30例。其中，左、右乳腺癌分別為17、13例。

納入標(biāo)準(zhǔn)：經(jīng)病理、影像學(xué)檢查確診為乳腺癌，行保乳術(shù)后分期為Tis2N02M0；女性，年齡25～50歲；KPS>50分；患側(cè)上臂上舉外展自如；患者接受KV-CBCT圖像引導(dǎo)放療裝置并自愿簽訂知情同意書；言語溝通無障礙。

排除標(biāo)準(zhǔn)：同時(shí)雙側(cè)乳腺癌；既往或治療時(shí)合并有其他惡性腫瘤(皮膚癌、甲狀腺乳頭狀癌等)；既往接受過乳腺癌放療；存在乳腺癌放療禁忌證；嚴(yán)重心功能不全；無法配合完成擺位者。

本研究已獲得倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(B2020-379-01)。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 瑞典醫(yī)科達(dá)直線加速器ELEKTA infinity、Philips 16排螺旋CT模擬定位機(jī)，monaco放療計(jì)劃系統(tǒng)(treatment planning system，TPS)、錐形束CT(cone beam CT，CBCT)、碳纖維頭頸肩架(廣州科萊瑞迪醫(yī)療器材有限公司生產(chǎn))、醫(yī)用發(fā)泡膠等。

1.3 放療方法

1.3.1 體位固定與CT定位 30例患者均采用手抓袋式發(fā)泡膠進(jìn)行體位固定，將發(fā)泡膠放在頸肩體位固定架上，患者仰臥體位躺其上，利用激光燈使患者體位端直，人體正中矢狀面平行于床中線并垂直于床水平面。患者雙手上舉，保證胸部和頸部得到充分暴露，將發(fā)泡膠倒入固定袋中進(jìn)行塑形。發(fā)泡膠是根據(jù)每例患者的體型輪廓獨(dú)立制作，患者軀干、頭部、手臂和肩胛骨等部位均留有明顯的凹槽，卡位好、適形度高，十分貼合患者輪廓，治療時(shí)可很好地保持體位的重復(fù)性。使用Philips 16排螺旋大孔徑CT模擬定位機(jī)采集圖像，掃描層厚為5 mm，管電壓為120 kV，掃描范圍為第二頸椎上緣到第二腰椎下緣。

1.3.2 計(jì)劃設(shè)計(jì)與驗(yàn)證 CT定位掃描后，將圖像導(dǎo)入TPS服務(wù)器，醫(yī)生勾畫靶區(qū)及危及器官并確定治療方案(總劑量50 Gy，分次25次)，劑量師針對(duì)患者不同情況制訂放射治療計(jì)劃。物理師在加速器上通過計(jì)劃驗(yàn)證，患者在模擬機(jī)復(fù)位后至加速器機(jī)房進(jìn)行放療。所有患者治療方法均為調(diào)強(qiáng)放療。

1.3.3 圖像獲取 治療均使用直線加速器ELEKTA infinity自帶的CBCT系統(tǒng)(XVI成像系統(tǒng))進(jìn)行KV級(jí)的圖像掃描。掃描電壓120 kV，機(jī)架轉(zhuǎn)速360°/min，KV準(zhǔn)直器參數(shù)設(shè)置為M20，KV濾線器參數(shù)設(shè)置為F1，采集圖像330幀/min，F(xiàn)OV成像范圍為276.7 mm×409.6 mm，掃描時(shí)機(jī)架逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，角度為180°至180°?；颊哒麄€(gè)治療流程共有7次CBCT掃描，前3次治療均需要進(jìn)行掃描，此后每周1次。

1.3.4 圖像配準(zhǔn) 圖像配準(zhǔn)采取先自動(dòng)配準(zhǔn)再手動(dòng)配準(zhǔn)微調(diào)的方式。每例患者治療前以定位CT為基準(zhǔn)，配準(zhǔn)范圍包括患側(cè)胸壁區(qū)域和鎖骨上下淋巴結(jié)區(qū)域以內(nèi)的PTV感興趣區(qū)(GROI)。由于乳腺是軟組織，匹配方式選擇灰度匹配(GreyT)。首次治療醫(yī)師到場(chǎng)，圖像自動(dòng)匹配后，再以靶區(qū)大小、胸廓結(jié)構(gòu)、胸骨柄、乳腺輪廓等為參考點(diǎn)，進(jìn)行手動(dòng)微調(diào)X軸方向(左右)、Y軸方向(頭腳)及Z軸方向(前后)的匹配數(shù)據(jù)，通過水平移動(dòng)分別在橫斷面、矢狀面和冠狀面判斷定位CT上的腫瘤靶區(qū)是否與CBCT圖像吻合。

1.4 離線校正治療等中心 所有患者均由同一組治療師(2位)進(jìn)行擺位，保持技術(shù)操作上的一致性。前3次治療均按照在模擬機(jī)復(fù)位的標(biāo)記點(diǎn)(A)進(jìn)行擺位獲取圖像，并由同一位治療師進(jìn)行GreyT配準(zhǔn)，分別記錄每次擺位X軸(左右)、Y軸(頭腳)及Z軸(前后)的平移誤差。第3次治療時(shí)，根據(jù)前2次以及當(dāng)前擺位的X、Y、Z軸方向上的誤差離線計(jì)算均值作為移床參數(shù)調(diào)整新的治療等中心點(diǎn)(B)，移床后根據(jù)激光重新在患者的發(fā)泡膠真空墊或皮膚表面進(jìn)行標(biāo)記，后續(xù)的治療按照B點(diǎn)進(jìn)行擺位，每周行1次CT掃描記錄誤差，并與患者前3次的擺位數(shù)據(jù)分別進(jìn)行X、Y、Z軸方向分次間誤差比較，計(jì)算計(jì)劃靶區(qū)(planning target volume，PTV)外擴(kuò)值(M)。擺位誤差可分為系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，系統(tǒng)誤差用每例患者誤差均值的標(biāo)準(zhǔn)差Σ表示，隨機(jī)誤差用誤差標(biāo)準(zhǔn)差的均方根σ表示。Van Herk提出：為確保90%患者臨床靶區(qū)(clinical target volume，CTV)至少接受95%的處方劑量，CTV-PTV外放公式MPTV(外放)=2.5Σ+0.7σ[6]。

1.5 圖像配準(zhǔn)結(jié)果回顧評(píng)估 對(duì)30例患者在7次CBCT掃描的圖像重新進(jìn)行回顧性配準(zhǔn)分析，其中前3次基于A點(diǎn)擺位，后4次基于B點(diǎn)進(jìn)行擺位，30例患者共采集210套CBCT圖像。采用六維的灰度自動(dòng)匹配(GreyT+R)加手動(dòng)微調(diào)的模式，以每例患者治療前以定位CT為基準(zhǔn)，采用3種不同配準(zhǔn)范圍(圖1)：(1)患側(cè)胸壁區(qū)域(CROI)：縱向從胸骨柄至PTV，橫向以體中線至胸壁外側(cè)1 cm；(2)患側(cè)鎖骨頭區(qū)域(SROI)：縱向從環(huán)狀軟骨至鎖骨頭下緣，橫向以頸椎至肱骨頭；(3)整體區(qū)域(GROI)：包括患側(cè)胸壁區(qū)域和鎖骨上下淋巴結(jié)區(qū)域以內(nèi)的PTV感興趣區(qū)。數(shù)據(jù)收集為離線模式，分別統(tǒng)計(jì)及評(píng)估3種配準(zhǔn)方法X、Y、Z軸方向上的平移以及旋轉(zhuǎn)誤差。

注：A：GROI；B：患側(cè)CROI；C：患側(cè)SROI

2 結(jié)果

2.1 治療等中心修正前后擺位誤差頻率及分布分析 修正治療等中心后的系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差值均明顯小于修正前。見表1。

表1 患者治療等中心校正前后誤差比較

2.2 治療等中心修正前后外擴(kuò)邊界變化 在左右、頭腳、前后方向上的M值分別由調(diào)整前的0.54、0.76、0.62 cm變成了修正后的0.17、0.17、0.19 cm。見表2。

表2 擺位誤差計(jì)算不同方向的外放值 cm

2.3 治療等中心修正前后的擺位誤差回顧性統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn) 經(jīng)修正，X、Y、Z軸方向上的平移誤差中位數(shù)值顯著減少，X軸方向上的旋轉(zhuǎn)角度中位數(shù)值由(0.50～1.10)°減少到(0.40～0.65)°，Y軸方向上由(0.80～1.40)°減少到(0.60～0.85)°。不同配準(zhǔn)區(qū)域誤差分析的結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，修正治療等中心后，GROI、CROI和SROI在X軸平移誤差和Y軸旋轉(zhuǎn)誤差差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，其他方向和旋轉(zhuǎn)角度上差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見表3～4。

表3 治療等中心修正前的配準(zhǔn)區(qū)域誤差分析 M(P25,P75)

表4 治療等中心修正后的配準(zhǔn)區(qū)域誤差分析 M(P25,P75)

3 討論

本研究應(yīng)用錐形束CT離線較正系統(tǒng)性誤差重新設(shè)置新的治療等中心，是在模擬機(jī)復(fù)位的前提下，前2次治療均進(jìn)行錐形束CT掃描并在線移床校準(zhǔn)誤差，第3次CT掃描后離線計(jì)算前3次誤差平均值，再根據(jù)激光線移床，重新調(diào)整新的治療等中心點(diǎn)。采用該方法有效地提高了后續(xù)治療擺位的重復(fù)性，降低了在X(左右)、Y(頭腳)及Z(前后)方向上的的平移誤差，相比乳腺癌傳統(tǒng)的復(fù)位方法有更精準(zhǔn)的結(jié)果。模擬機(jī)復(fù)位主要以骨性標(biāo)志為參考進(jìn)行剛性配準(zhǔn)，無法對(duì)患者體位的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行糾正，有研究發(fā)現(xiàn)由于呼吸運(yùn)動(dòng)的因素，胸部腫瘤患者模擬機(jī)復(fù)位重復(fù)性較差，誤差較大[7-8]。CT-sim復(fù)位在三維方向上的平均精度高于模擬定位機(jī)，但實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示只有40%的患者位移精度在1 mm以內(nèi)[9]。加速器復(fù)位是通過電子射野影像裝置(EPID)進(jìn)行雙曝光獲取圖像，可快速地自動(dòng)探測(cè)體位誤差或準(zhǔn)直器系統(tǒng)誤差引起的照射野形狀和幾何位置變化[10-11]。但EPID也只能提供二維影像，不能完全糾正患者體位和靶區(qū)位置的誤差。

在治療期間患者體位重復(fù)性高，對(duì)提高治療效果、實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)放療具有實(shí)際的臨床意義[12]。乳腺癌治療使用的調(diào)強(qiáng)技術(shù)與錐形束CT相結(jié)合，可明顯減少放療分次間的誤差，精準(zhǔn)打靶，減少放療并發(fā)癥[13]。大量研究結(jié)果表明，以CBCT為手段的乳腺癌調(diào)強(qiáng)可以極大地提高乳腺癌的放療擺位精度[14-17]。錐形束CT校正擺位誤差有兩種方式：在線校正和離線校正。在線校正是每次治療前進(jìn)行CBCT掃描引導(dǎo)乳腺癌放療擺位，可保證治療位置準(zhǔn)確但患者會(huì)額外受到更多的輻射[18]。離線校正是對(duì)患者的第1次或前幾次CT掃描的擺位誤差進(jìn)行校正，通過對(duì)數(shù)據(jù)的離線分析設(shè)置新的治療等中心。吳志勤等[19]對(duì)接受乳腺癌保乳術(shù)后放療的患者應(yīng)用離線匹配，發(fā)現(xiàn)Z軸方向誤差最大，均值為0.28 cm；Wang等[5]可將全乳房照射的殘余誤差減少到0.15 cm，與本研究結(jié)果相似。本研究中的患者是采用CBCT離線校正的方式重新調(diào)整治療等中心，結(jié)果顯示，調(diào)整等中心后在X、Y、Z軸方向上的平移誤差從0.38～0.42 cm顯著降低至0.11～0.14 cm(P<0.05)。說明離線校正的方法可以提高乳腺癌患者治療的準(zhǔn)確性，可有效減少分次間擺位誤差。申正文等[20]通過模擬擺位誤差來計(jì)算乳腺癌放療靶區(qū)PTV外放邊界范圍，證實(shí)了當(dāng)擺位誤差超過3 mm時(shí)，PTV劑量分布影響顯著，可能使靶區(qū)邊界超出計(jì)劃范圍。本中心的PTV外擴(kuò)邊界標(biāo)準(zhǔn)是0.5 cm，治療等中心修正后左右、頭腳、前后方向上的PTV外擴(kuò)范圍由0.54、0.76、0.62 cm變成了0.17、0.17、0.19 cm，完全符合質(zhì)控要求。

Zhou等[21]探討乳腺癌根治術(shù)后放療配準(zhǔn)區(qū)域誤差分析發(fā)現(xiàn)，GROI的整體誤差范圍是3.21～4.67 mm，Shen等[22]的結(jié)果顯示GROI的整體誤差范圍是3.26～3.92 mm，兩者的研究結(jié)果均與本研究未調(diào)整治療等中心前相似。修正治療等中心前，GROI的整體誤差范圍是0.24～0.31 cm，修正等中心后，整體范圍的平移誤差減少至0.11～0.14 cm。同時(shí)，Zhou等[21]在考慮局部殘余誤差時(shí)還將脊椎區(qū)域作為感興趣區(qū)，Shen等[22]將患側(cè)手臂區(qū)域作為感興趣區(qū)，發(fā)現(xiàn)脊椎區(qū)域和手臂區(qū)域的局部誤差遠(yuǎn)大于整體區(qū)域誤差。他們還對(duì)患者胸壁的呼吸運(yùn)動(dòng)幅度進(jìn)行了量化，發(fā)現(xiàn)在所有平移方向上的運(yùn)動(dòng)誤差均值為1 mm，這點(diǎn)與Yue等[23]的結(jié)果相似。根據(jù)這些發(fā)現(xiàn)，本研究中并未考慮胸壁呼吸運(yùn)動(dòng)的影響，且因椎體和手臂并不在靶區(qū)范圍內(nèi)，沒有計(jì)算兩個(gè)感興趣區(qū)的局部誤差。對(duì)于局部殘余誤差SROI和CROI而言，雖然兩者的平移誤差均值也有一定減少，但減少的幅度并不大(0.04～0.14 cm)。GROI的旋轉(zhuǎn)誤差均小于SROI和CROI，各方向旋轉(zhuǎn)角度誤差均值<1°，可以滿足臨床需求。因此，當(dāng)我們使用錐形束CT引導(dǎo)調(diào)強(qiáng)放療時(shí)，在線校正有助于減少局部殘余誤差和PTV外擴(kuò)范圍。值得注意的是，PTV外擴(kuò)邊界的增加雖然可以保證腫瘤靶區(qū)的精準(zhǔn)覆蓋，與此同時(shí)也會(huì)增加正常組織器官的輻射劑量[24]。

在乳腺癌放療復(fù)位方面，本研究通過錐形束CT離線校正治療等中心有效提升并補(bǔ)充了僅依賴二維DRR圖像在胸部患者的復(fù)位精度，但也有不足之處。例如病例數(shù)較少，數(shù)據(jù)具有局限性；離線糾正治療等中心的方法對(duì)整體誤差有一定的幫助，但是當(dāng)考慮到局部殘余誤差時(shí)，可能需要采取其他措施。本文沒有計(jì)算局部感興趣區(qū)的PTV外擴(kuò)邊界，在日后的研究中可以進(jìn)行進(jìn)一步的計(jì)算?？赏ㄟ^其他輔助裝置如光學(xué)體表成像系統(tǒng)來擺位、監(jiān)控放療過程中的呼吸運(yùn)動(dòng)以達(dá)到減少殘余誤差的目的。

綜上所述，在乳腺癌放療復(fù)位驗(yàn)證中，僅依靠傳統(tǒng)模式、僅依據(jù)模擬機(jī)二維DRR圖像的復(fù)位是不足夠的，我們根據(jù)模擬機(jī)復(fù)位或CT-sim復(fù)位后的治療點(diǎn)，在加速器上應(yīng)用前3次放療掃描錐形束CT并離線調(diào)整治療等中心，配準(zhǔn)范圍選擇GROI，可明顯減少后期治療擺位誤差，從而提高調(diào)強(qiáng)放療的精確度，值得臨床推廣。

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

作者貢獻(xiàn)說明：陳雪梅負(fù)責(zé)提出研究方向、設(shè)計(jì)論文框架、設(shè)計(jì)研究思路、實(shí)施研究過程并撰寫論文；黃曉彤負(fù)責(zé)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、收集數(shù)據(jù)；姜曉勃、朱金漢參與修訂論文、審核論文；刁文超負(fù)責(zé)收集數(shù)據(jù)；蔡維洵參與文獻(xiàn)調(diào)研與整理、收集數(shù)據(jù)；何振宇負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)過程中難題解惑、參與論文修訂。