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  中华放射医学与防护杂志  2016, Vol. 36 Issue (10): 753-756   PDF    
利用CBCT研究乳腺托架固定下乳腺癌放疗下颈摆位误差及相应CTV外放边界
吴传锋, 吴锦昌, 顾科, 李成, 沈丹青, 胡睿     
215001 苏州, 南京医科大学附属苏州医院苏州市立医院东区放疗科
[摘要] 目的 利用锥形束CT(CBCT)研究乳腺托架固定下乳腺癌放疗下颈部摆位误差,推算锁骨上临床靶区(CTV)的外放边界。 方法 选取于本科行乳腺托架固定体位的14例改良根治术后放疗患者,利用CBCT于第1、10、20次治疗前采集CT图像,比对并记录锁骨上靶区的摆位误差,计算其CTV外放值并分析各方向位移量及旋转度的变化。 结果 全组患者摆位误差在左右(x)、上下(y)、前后(z)方向分别为(2.89±2.52)、(3.96±2.97)、(4.21±2.24)mm,俯仰(θ)、滚转(φ)、偏转(ψ)角度分别为(2.38±1.97)°、(1.60±1.63)°、(1.91±1.54)°。由公式计算出CTV在xyz方向分别需外放8.08、8.13、6.30 mm;摆位误差在y、z方向位移量分别与φ、ψ角旋转度相关(Pearson=-0.515、-0.509,P < 0.05);分次间变化仅在z方向上位移量与ψ角旋转度相关(Pearson=-0.583,P < 0.05)。 结论 乳腺托架固定下锁骨上靶区放疗其CTV外放在左右、上下、前后方向应≥8.08、8.13、6.30 mm。应重视颈部偏转对摆位误差带来的影响,进一步改良体位固定方法和优化摆位操作流程。
[关键词] 乳腺癌     摆位误差     锥形束CT    
Analysis of lower neck setup errors and planning target margin by CBCT for breast cancer radiation with breast bracket immobilized
Wu Chuanfeng, Wu Jinchang, Gu Ke, Li Cheng, Shen Danqing, Hu Rui     
Department of Radiation Oncology, Affiliated Suzhou Hospital of Nanjing Medical University, Suzou Municipal Hospital, Suzhou 215000, China
Corresponding author: Hu Rui, Email:huuno@sohu.com
[Abstract] Objective To evaluate the setup errors for lower neck with cone beam CT (CBCT) in breast cancer patients immobilized by breast bracket, and to probe the margins from supraclavicular clinical target volume (CTV) in 3 directions. Methods A total of 14 breast cancer patients with supraclavicular lymph node radiation were enrolled. All patients were immobilized by breast bracket, and each patient would undergo CBCT at the first, tenth and twentieth treatment after positioning, respectively. Then these CBCT images were registered to the planning CT to determine setup errors in translational and rotational direction, and evaluated correlation between them. At last, CTV margins were calculated from the systematic and random errors. Results The setup errors on x(left-ring), y (superior-inferior), z (anterior-posterior) translational directions were (2.89±2.52), (3.96±2.97), (4.21±2.24) mm and on θ(pitch degree), φ(roll degree), ψ(yaw degree) rotational direction were (2.38±1.97)°, (1.60±1.63)°, (1.91±1.54)°, respectively. The margins from CTV were 8.08, 8.13, 6.30 mm in x, y and z direction. On y and z directions translational errors were correlated significantly with φ and ψ degree rotational errors(Pearson=-0.515, -0.509, P < 0.05). In inter-fraction only on z direction the setup changes were considered as correlative with ψ degree (Pearson=-0.583, P < 0.05). Conclusions For supraclavicular region irradiation breast cancer patients immobilized with breast bracket, the margins from CTV were recommended as not less than 8.08, 8.13, 6.30 mm in x, y, z directions, respectively. The position immobilized method and the positioning workflow should be further improved in order to reduce the influence of the neck rotational on setup errors.
[Key words] Breast cancer     Setup error     Cone beam CT    

乳腺癌术后区域淋巴结预防性照射(RNI)是乳腺癌综合治疗的重要手段之一[1-2]。最近的研究表明,对于腋窝淋巴结转移1~3个的T1-2N1M0期乳腺癌患者,RNI也可以有效降低复发及转移风险[3-4]。目前,RNI多采用CRT技术与残留乳腺/胸壁野同期照射,临床上RNI治疗野分为内乳及锁骨上野,其中锁骨上野位于下颈和颈胸交界处[3, 5-6]。摆位误差研究也习惯将其治疗野与残留乳腺/胸壁野作为一个整体,却忽视了其中锁骨上野摆位的不确定性如颈部旋转,下颌提高角度和颈部相对托架位移等因数,尤其是利用乳腺托架固定体位对其摆位误差的影响,缺乏相关临床数据进而影响其高精确放疗的实施。本研究利用直线加速器机载锥形束CT(CBCT)对乳腺癌下颈部锁骨上野各个方向摆位误差的位移量和旋转度进行分析,为确定其靶区外放、改良体位固定方式提供参考依据。

资料与方法

1.临床资料:选取2015年8月—2016年3月间于本院行改良根治术后需行胸壁及区域淋巴结放疗的女性患者14例,左侧9例,右侧5例,年龄27~63岁,中位年龄49.8岁。入组标准:患者KPS评分>70;患侧上肢上举和外展运动功能良好且腋窝无积液。均使用美国Civco公司生产的Med-Tec 550型单臂乳腺托架固定体位。体位统一要求患侧手臂上举,健侧上臂紧靠躯干、下臂搭于腹前且拇指置于脐上,使用臀垫及膝垫阻止躯干下滑,下颌微抬头偏向健侧枕于圆形头托。胸壁及锁骨上野均以一个中心进行等中心照射,中心定于患侧锁骨下3 cm,以患侧胸壁中线及腋中线上的定位激光灯投影作为体表标记。本研究经过本院伦理委员会认证,所有患者均已签署知情同意书。

2. CBCT图像采集及匹配:所选患者均使用美国瓦里安公司生产的Truebeam型直线加速器机载CBCT图像引导下获得CT图像。由于CBCT扫描范围限制,单设锁骨上靶区验证野。采集完图像后,先由技师依据靶区所在层面的椎体为感兴趣区自动与计划CT图像匹配,包括左右(x)、上下(y)、前后(z)方向的位移误差和俯仰(θ)、滚转(ϕ)、偏转(ψ)角度的旋转误差,其中θ为以x方向中心轴旋转的角度、ϕ为以z方向中心轴旋转的角度,ψ为以y方向中心轴旋转的角度。再由医生根据靶区及解剖位置关系离线比对适当调整后,作为最终的摆位误差结果。每位患者分别在首次放疗前和第10及20次放疗前进行CT图像采集和比对。

3.摆位误差分析:记录全组患者在各个方向上的摆位误差的绝对值。根据参考文献[7-8]计算在xyz方向上的MPTV值,MPTV=2.5∑+0.7σ。式中,MPTV为临床靶区体积(CTV)至计划靶区体积(PTV)的外放距离,mm;∑为个体系统误差的标准差;σ为个体随机误差的均方根。统计5 mm及MPTV外放值内的位移误差,及在2°~5°内旋转误差的累积分布。比较全组摆位误差在各个方向位移量和旋转度的相关性,以及分次治疗间摆位误差变化在各个方向位移量和旋转度的相关性。

4.统计学处理:数据以x±s表示。应用SPSS 19.0软件计算xyz方向上系统误差及∑值和σ值。采用双变量相关分析摆位误差各个方向位移量和旋转度间的关系、分次间摆位误差各个方向位移量和旋转度的变化关系。P < 0.05为差异有统计学意义。

结果

1.摆位误差:整体摆位误差在xyz方向上位移量和θϕψ角度上旋转度分别为(2.89+2.52)、(3.96+2.97)、(4.21+2.24)mm和(2.38+1.97)°、(1.60+1.63)°、(1.91+1.54)°。

2. CTV至PTV的外放值:xyz方向上个体系统误差的标准差分别为2.17、2.49、2.01 mm,个体随机误差的均方根分别为3.79、2.47、1.81 mm,外放分别为8.08、8.13和6.30 mm。

3.摆位误差位移量及旋转度累积分布:根据MPTV结果设定xyz方向的外放限值为8.00、8.00、7.00 mm,全组仅在x方向上有95.65%的位移量在其外放范围内、而在yz方向上只有86.96%、86.96%的位移量在其外放范围内;旋转误差结果俯仰θ角度旋转最大,17.39%的旋转误差>5°,47.83%的旋转误差>2°,见表 1

表 1 不同方向摆位误差位移量及旋转度累积分布比例(%) Table 1 Distribution of translational and rotational setup errors in different directions (%)

4.相关性分析:全组摆位误差在y方向上位移量与ϕ角度上旋转度有相关性(Pearson=-0.515,P < 0.05);在z方向上位移量与ψ角度上旋转度有相关性(Pearson=-0.509,P < 0.05),其余无相关(P>0.05)。相同患者治疗分次间3次摆位误差变化仅在z方向上位移量与ψ角度上旋转度有相关性(Pearson=-0.583,P < 0.05),其余变化结果无相关(P>0.05)。

讨论

准确摆位是开展精确放疗的重要保证,摆位误差会造成靶区剂量的变化。有研究表明,当剂量变化超过3%~5%时,放疗的疗效降低,正常器官放射性不良反应增加[9]。随着体位固定装置以及摆位验证系统如EPID、CBCT及其他运动管理系统的日趋完善,由体位固定和摆位操作所引起的摆位误差对剂量分布的影响正在被优化减小[10-12]。但同时临床实践也证明摆位误差不可避免,因此,合理的靶区外放尤为重要。乳腺托架是乳腺癌放疗最常用的体位固定装置,明确其产生的摆位误差对保证放疗质量至关重要。

以往的研究常将残留乳腺/胸壁野与锁骨上野作为一个整体来统计摆位误差,忽视两个靶区导致摆位误差的原因。有研究发现,乳腺下垂及其形状的变化、手臂上举牵拉肌肉紧张度及皮肤松弛度的不一致、托架抬高重力所致的躯干下滑、术后患侧上肢功能的改变、特别是呼吸运动引起的靶区位移等因素都会影响摆位误差的结果[13-15],却忽视了颈部的不确定因素,如颈部旋转、下颌提高角度和颈部相对托架位移对摆位误差的影响,特别是对锁骨上靶区的影响。本研究通过CBCT三维影像单独对锁骨上靶区摆位误差进行分析,计算出的CTV外放在左右、上下、前后应不少于为8.08、8.13和6.30 mm,实验结果与王健仰等[13]在平静呼吸下所计算的整体靶区外放最少距离9.6、9.8、7.7 mm不同,都有所减少,特别是在左右方向减少了约1.5 mm。

实验结果显示,在摆位误差在xyz方向上位移区间分别为-8.1~7.5、-10~10.5、-7.7~9.0 mm,个别病例出现了y方向>10.0 mm的偏差,分次间治疗的摆位重复性较差。分析原因可能与乳腺托架所提供的头枕并没有给予患者下颈部有效固定有关。此外,影响摆位误差的因素除了定位方法还包括摆位操作流程。本研究中胸壁及锁骨上野均以一个中心的等中心照射,采用颈部延长线的方式进行颈部摆位,是否能通过优化操作流程降低摆位误差,值得探究。

进一步分析数据,整体摆位误差在yz方向上位移量分别与ϕψ角度上旋转度相关。有研究表明,靶区上下对称以30.0 cm长度来计算,2°的旋转可导致靶区两端5.2 mm的偏移,3°就能导致多达7.8 mm的偏移[16]。实验结果在θϕ角度上有17.39%和4.35%的偏差>5°,同一患者不同分次治疗前摆位误差变化在xyz方向最大可达9.0、14.4、11.8 mm,同时旋转度在θϕψ角度可达6.1°、8.4°及9.7°。结合实际临床摆位操作不难发现,乳腺托架的普通头枕很难保证颈部偏转、下颌抬高及颈部整体偏移等不确定因素对摆位误差的影响。如何解决头颈部旋转的不确定性进而提高乳腺癌锁骨上靶区摆位准确性,是目前面临的主要难题。

同时研究中也发现乳腺托架摆位所获得颈部CBCT图像质量不高;依靠靶区涉及范围内的椎体作为骨性标记比对主观因数影响较大;角度旋转变化很难人为调整,只能依据算法自动配准,这些因数也会影响摆位误差的结果。

综上所述,CBCT技术对于发现摆位误差提高治疗精度至关重要,对于需要进行锁骨上靶区放疗依靠乳腺托架固定的患者,其相应靶区CTV的外放在左右、上下、前后应至少在8.08、8.13和6.30 mm。应重视颈部偏转对摆位误差带来的影响,进一步改良体位固定方法和优化摆位操作流程。

利益冲突 本研究由苏州市肿瘤临床医学中心(Szzx201506)课题资助,本人与本人家属、其他研究者,未进行该研究而接受任何不当的职务或财务利益,在此对研究的独立性和科学性予以保证
作者贡献声明 吴传锋负责研究设计,计划实施,结果分析及论文的撰写;吴锦昌及顾科负责临床病例筛选,伦理论证及学术建议等工作;李成及沈丹青负责计划制作,数据汇总;胡睿负责论文选题,研究总体指导及论文修改和审查
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