中华放射医学与防护杂志  2023, Vol. 43 Issue (12): 969-973   PDF    
不同部分皮肤标记点相对盆腔位置变化的模拟研究
李清山 , 宋伟 , 符天晓     
苏州大学附属第一医院肿瘤放疗科, 苏州 215006
[摘要] 目的 分析常规腹盆部放疗体表不同部分皮肤标记点活动度, 位移偏差值与盆腔充盈程度的相关性。方法 回顾分析苏州大学附属第一医院2020年1月至2022年1月期间15例腹盆部放疗患者, 每例行4次腹盆腔CT扫描。所有影像自L3上缘至耻骨联合上缘, 利用"九分法"分为右上、中、下, 中上、中、下, 左上、中、下9个部分, 依次编号为1~9。同一患者分次间同一部分均选择同一个紧贴皮肤的血管或筋膜交叉点作为模拟放疗皮肤定位"标记点"。选取L5椎体后下缘同一点为坐标原点, 测定每个标记点相对坐标。每例患者4次CT扫描两两比较, 获取每个标记点三维方向的位移偏差值和活动度。9个部分标记点间分别在左右、头脚、腹背方向活动度差异的比较, 采用非参数Kruskal-Wallis检验和描述性分析; 各标记点三维方向位移偏差值分别与"5"的标记点腹背方向位移偏差值的相关性, 采用Pearson相关性分析。结果 9个部分标记点间分别在左右、头脚、腹背方向活动度存在差异(H=36.66、66.20、92.15, P<0.05);其中"3、9"的标记点三维方向总体活动度较其他各点小, 中位数为2.40~3.75 mm; "5"的标记点腹背方向活动度最大, 中位数为9.20 mm。"1、2、3、7、8、9"的标记点左右方向位移偏差值分别与"5"的标记点腹背方向位移偏差值相关(r=-0.36~0.49, P<0.05);"4、5、6、9"的头脚方向与其相关(r=-0.34~-0.24, P<0.05);"1、2、3、4、6、7、8、9"的腹背方向均与其相关(r=0.33~0.91, P<0.05)。结论 以双侧髋臼区域描记皮肤标记点, 对于盆腔放疗体位重复性最佳; 常用的"正中"部分描记皮肤标记点易受腹盆腔充盈程度影响而发生头脚方向偏差。
[关键词] 放疗    盆腔    定位    皮肤标记点    位置变化    
A simulation study on the position variations of skin markers at different parts relative to the pelvic cavity
Li Qingshan , Song Wei , Fu Tianxiao     
Department of Radiation Oncology, First Affiliated Hospital of Soochow University, Suzhou 215006, China
[Abstract] Objective To analyze the activity of skin markers at different parts of the body surface and the correlations between their displacement deviations and pelvic filling volumes during conventional abdominal and pelvic radiotherapy. Methods A retrospective analysis was conducted on 15 patients receiving abdominal and pelvic radiotherapy with four times of computed tomography (CT) in the First Affiliated Hospital of Soochow University from January 2020 to January 2022. All CT images were divided into nine parts from the upper edge of L3 to the upper edge of the pubic symphysis: upper, middle, and lower parts in the right portion; upper, middle, and lower parts in the central portion; and upper, middle, and lower parts in the left part portions, No. 1-9 in sequence. The same blood-vessel or fascia intersection points near the same skin parts receiving the same dose fraction were used as the markers for skin positioning during simulated radiotherapy. The relative coordinates of the markers were measured, with the same point at the lower edge behind the L5 vertebral body set as the coordinate origin. Through pairwise comparison of each patient's four CT images, the three-dimensional displacement deviations and activity were calculated for all markers. In the left-right (L-R), superior-inferior (S-I), and anterior-posterior (A-P) directions, the differences in the displacement activity of the markers in the nine parts were compared using both the non-parametric Kruskal-Wallis test and the Descriptives. The correlations between the three-dimensional displacement deviations of all markers and the A-P displacement deviations of the No. 5 marker were analyzed using the Pearson correlation analysis. Results Differences existed in the displacement activity of the nine-part markers in the L-R, S-I, and A-P directions (H=36.66, 66.20, 92.15, P < 0.05). No. 3 and 9 markers exhibited lower overall three-dimensional displacement activity (median: 2.40-3.75 mm) than other markers. The No. 5 marker manifested the highest A-P displacement activity, with a median of 9.20 mm. The A-P displacement deviation of No. 5 marker was correlated using the L-R displacement deviations of the No. 1, 2, 3, 7, 8 and 9 markers (r=-0.36 to 0.49, P < 0.05), the S-I displacement deviations of the No. 4, 5, 6, and 9 markers (r=-0.34 to -0.24, P < 0.05), and the A-P displacement deviations of the No. 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8 and 9 markers (r=0.33-0.91, P < 0.05). Conclusions Skin markers drawn in bilateral acetabular regions serve as the best choices for reposition in pelvic radiotherapy. Conventional skin markers made at the central parts are prone to suffer deviations in the S-I direction due to the influence of the abdominal and pelvic filling volumes.
[Key words] Radiotherapy    Pelvic cavity    Localization    Skin marker    Position variation    

现行的盆腔放疗位置精度主要依靠锥形束CT(CBCT)等影像学验证和纠正[1-2],目前的研究对盆腔位置精度的影响因素、减小系统误差的措施分析较少[3-4]。以直肠癌、宫颈癌为代表的盆腔放疗,其大体肿瘤体积(GTV)的位置精度受膀胱、直肠充盈量影响比较明确[5-6]。然而,淋巴引流区精准度依靠盆腔体表标记点的摆位不够可靠。不同区域盆腔皮肤标记点相对盆腔活动度、稳定性是否不同,皮肤标记点是否受盆腔充盈度影响,鲜有报道。因此,本研究参考常规腹盆部放疗靶区,对中下腹部利用九分法将其划分为9个部分,在每部分分别选取紧贴皮肤的皮下血管或筋膜交叉点模拟皮肤标记点,分析分次间CT图像9个部分标记点间活动度差别,以期为选择最可靠标记点提供依据;同时利用“中中”部分腹背方向位移偏差值代表充盈变化,分析标记点位移偏差值与其相关性,以期解释皮肤标记点活动的原因。

资料与方法

1.一般资料:回顾性分析苏州大学附属第一医院2020年1月至2022年1月期间行≥4次腹盆腔CT扫描患者的影像。排除标准:运动伪影造成的图像质量问题;通过三维旋转调整无法实现体位模拟放疗建议的平卧、左右对称;紧邻腹壁皮下无明显散在血管或筋膜交叉点。经排除后共纳入15例患者,其中男性6例,女性9例;年龄39~55岁,平均年龄46.7岁。该研究经医院伦理委员会批准(审批号:2023伦研批第373号)。

2.皮肤区域划分及标记点的选择:通过三维旋转微调所有图像,使其符合放疗建议的平卧、左右对称。如图 1所示,自L3上缘至耻骨联合上缘,水平方向以髂嵴平面、骶髂关节下缘平面,竖直方向以左、右锁骨中线,基本均分为右上、中、下,中上、中、下,左上、中、下9个部分,依次编号为1~9。9个部分对应的腹侧体表投影见图 1。对于同一患者,不同分次间同一部分选择同一个贴近腹壁皮肤的血管或筋膜交叉点,作为对应部分模拟放疗皮肤标记点,如图 2所示。

图 1 中下腹九分法示意图及各部分对应的腹侧体表区域 A.CT三维骨重建影像;B.三维体表重建影像 Figure 1 Schematic diagram showing the middle and lower abdomen divided into nine parts and their corresponding ventral surface zones A. Three-dimensional bone reconstruction based on CT images; B. Image of three-dimensional body surface reconstruction

注:白色箭头指向为皮下腹壁血管交叉点作为此部分标记点;彩色线为系统功能线 图 2 标记点选择示意图 A.横断面;B.矢状面 Figure 2 Schematic diagram of marker selection A. Transverse plane; B. Sagittal plane

3.各标记点坐标测量及计算位移偏差值并比较活动度:同一患者,L5椎体后下缘同一点为坐标原点,定义“左侧、头侧、腹侧”为正方向,测定每个标记点三维方向坐标,如图 3所示。每位患者4次CT影像上测得的每个标记点三维方向坐标,同一标记点、同一方向、不同分次间两两相减,所得坐标差值为标记点的“位移偏差值”,坐标差值的绝对值为标记点“活动度”。每位患者每部分标记点同一方向均有6组“位移偏差值”和“活动度”;15例患者每个标记点同一方向共计90组“位移偏差值”和“活动度”;其中因1例患者“左上”部分缺少1个明显标记点,此部分标记点三维方向“位移偏差值”和“活动度”为84组。

注:1、2、3分别为标记点距L5椎体后下缘坐标原点左右、腹背、头脚方向的坐标数值;绿色线为标记点坐标测量线;其余彩色线为系统功能线 图 3 标记点距坐标原点三维方向距离测量示意图;A.横断面;B.矢状面 Figure 3 Schematic diagram showing the three-dimensional distance measurement from markers to the coordinate origin A. Transverse plane; B. Sagittal plane

4.统计学处理:应用SPSS 28.0对数据进行计算分析。9个部分标记点间分别在左右、头脚、腹背方向活动度差异的比较,采用描述性分析和非参数Kruskal-Wallis检验,结果以中位数和四分间距表示[M(P25, P75)];所有标记点三维方向位移偏差值和同次“5”部分的标记点腹背方向位移偏差值的相关性采用Pearson相关性分析。P<0.05为差异有统计学意义。

结果

1. 9个部分标记点分别在左右、头脚、腹背方向活动度差异的比较结果:如表 1所示,9个部分标记点间在左右、头脚、腹背方向活动度存在差异(H=36.66、66.20、92.15,P<0.05)。图 4为9个部分标记点三维方向活动度依据中位数大小,划分为活动度较小、居中、较大各3个区域。其中“3、9”区域的标记点三维方向总体活动度较其余部分均相对要小,中位数在2.40~3.75 mm之间,表明此两部分皮肤三维方向稳定性较其他部分更优。“5”区域即正中部位的标记点三维方向活动度均较大,稳定性较差,而此部分腹背方向的活动度为此次试验所有组别中最大,中位数达9.2 mm,也说明此部分皮肤三维方向存在较大活动度。

表 1 9个部分标记点间三维方向活动度比较[mm,M(P25, P75)] Table 1 Comparison of the three-dimensional activity among markers in the nine parts [mm, M (P25, P75)]

注:绿色、黄色、红色分别为三维方向标记点活动度中位数较小、中等、较大的部分 图 4 各部分三维方向标记点活动度三色图 A.左右方向;B.头脚方向;C.腹背方向 Figure 4 Tricolor diagrams showing the three-dimensional activity of markers in the nine parts A. L-R direction; B. S-I direction; C. A-P direction

2.各部分标记点三维方向位移偏差值分别与正中部位(“5”)的标记点腹背方向位移偏差值相关性:“1、2、3、7、8、9”的标记点左右方向位移偏差值分别与“5”的标记点腹背方向位移偏差值相关(r=-0.32、-0.34、-0.36、0.49、0.46、0.49,P<0.05);“4、5、6、9”的头脚方向位移偏差值与其相关(r=-0.34、-0.33、-0.32、-0.24,P<0.05);“1、2、3、4、6、7、8、9”的腹背方向均与其相关(r=0.82、0.65、0.33、0.91、0.81、0.73、0.63、0.39,P<0.05)。结果表明,“中中”部分充盈并不导致中部向左右方向移动,但可导致左右部分向左右侧偏移;“中中”部分充盈导致中部向脚侧偏移;“中中”部分充盈导致所有部分均向腹侧偏移。

讨论

盆腔肿瘤放疗位置误差客观存在,本研究模拟分析不同部位皮肤标记点相对盆腔活动度。由结果可知:盆腔放疗中常用的盆部中央位置附近皮肤描记标记点,随充盈增大自身活动度较大,左右方向相对可参考,头脚方向明显向脚侧移动,腹背方向明显向腹侧移动。现有的误差研究多以CBCT图像为参考,因CBCT图像质量不高,无法实现不同部位皮肤标记点可靠性研究,也无法进行充盈增大导致皮肤标记点活动特点研究,本试验为首次报道利用多次CT来模拟研究。

丘敏敏等[7]研究表明,盆腔肿瘤腹背、头脚、左右方向误差分别为(0.6±3.3)、(-0.4±2.4)和(-0.3±2.1)mm;王银亮等[8]利用TOMO研究结果表明,腹盆部腹背、头脚、左右方向系统误差和随机误差分别为1.19和2.05 mm、4.98和5.69 mm、1.39和0.87 mm。大多试验研究结果均表明左右方向误差小于头脚方向,本研究常用的皮肤标记点“中中”部分结果也符合这一特点。下腹左右两侧升降结肠、肾脏,盆部膀胱、子宫、直肠相对于体中线较对称,小肠活动度大,作为腹腔压力的“调节器”,因此正常腹壁平软,两侧对称。腹壁肌肉对称受力,因此体中线附近皮肤标记点左右活动度小。头脚方向,腹直肌以耻骨联合上方为定点一端,剑突为相对活动另一端,可以模型化为以耻骨联合为中心的“钟摆”。因此,下腹、盆部充盈增大可能会使“中中”部分皮肤标记点向脚侧移动,本研究结果也验证了这一推测。本研究结果腹背方向活动度大于文献[7-8],可能原因为大多数文献均为CBCT配准腹盆部误差,配准结果主要依赖骨盆等骨性结构,而非腹壁,放疗体位时背侧骨性结构位置相对误差较小;而本试验研究的主要是腹壁活动度,因充盈增大向腹侧移动,结果容易解释。腹盆壁类似一个半椭球,充盈增大可能会导致左右部分向两侧移动,结果也验证了此推测;充盈增大会导致各点均向腹侧移动。

腹盆壁四周和肋弓、髋骨固定,因肋弓随呼吸活动较大,因此髋骨附近皮肤应活动最小。试验结果也证明髋臼对应体表部分(左下、右下)是三维方向总体活动度最小、最可靠的皮肤标记部分。

何阳等[9]研究了头颈胸腹盆不同部位皮肤弹性和摆位误差的相关性,试验结果表明男性头颈部皮肤随年龄增大而松弛,从而导致误差增大。本研究对象年龄范围相对较小,均不超过55岁,年龄因素非主要影响因素,是针对腹盆部不同部分导致误差差异的试验设计,结果提示不同部分皮肤描记可靠性不同。

本研究不足之处:局限于样本量较小,腹盆体位配准通过人工旋转均质性稍有影响。因此,扩大样本量,结合试验团队既往的自动配准算法工作[10],试验将在下一步继续推进。同时,基于L5椎体后下缘同一点作为坐标原点,此参考点相对居于盆腔靶区中心,同时和盆腔位置相对固定;盆腔髂总、骶前、髂内外、闭孔等淋巴引流区均为相对于骨盆盆壁分布,相对稳定,因此试验是一种可靠的、间接提示不同部分皮肤标记点对靶区精度影响。进一步,可以通过联影为代表的扇形束CT(FBCT)继续验证靶区误差和皮肤描记部分选择的直接相关性。

综上所述,理论推测皮肤标记点选择不同会产生不同的盆腔位置误差,试验也验证了双侧髋臼部位作为皮肤标记点相对稳定可靠。日常实际工作中常用的盆腔近中线皮肤标记点左右方向有一定参考价值,头脚和腹背方向误差产生受充盈量变化影响是其直接原因。采用双侧髋臼部位皮肤描记标记点,保障腹盆腔充盈度重复,是一种减小盆腔放疗误差的方法,简单易行,值得推广。

利益冲突  本研究由署名作者按以下贡献独立展开,未接受任何不正当的职务和经济利益,对研究的独立性和科学性予以保证

作者贡献声明  李清山负责研究方案的设计、实验操作、数据整理及论文撰写;宋伟负责数据的收集、整理、方案讨论;符天晓提出研究思路、设计研究方案、论文修改

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