基于圖像引導(dǎo)下頭頸部腫瘤放射治療患者擺位誤差的相關(guān)性分析*

申紅峰　王小深　歐光明　戴相昆　葛瑞剛　孫　波　陳高翔　徐壽平*

基于圖像引導(dǎo)下頭頸部腫瘤放射治療患者擺位誤差的相關(guān)性分析*

申紅峰①王小深①歐光明①戴相昆①葛瑞剛①孫波①陳高翔①徐壽平①*

目的：探索頭頸部腫瘤六維方向擺位誤差的相關(guān)性，為提高臨床擺位精準(zhǔn)度提供依據(jù)。方法：選取30例鼻咽癌患者，使用Tomotherapy HD放射治療系統(tǒng)對(duì)患者進(jìn)行治療，回顧性分析900次圖像引導(dǎo)放射治療（IGRT）的三維方向中左右（X）、上下（Y）、前后（Z）以及旋轉(zhuǎn)方向中左右旋轉(zhuǎn)（roll）、前后旋轉(zhuǎn)（pitch）、順時(shí)針和（或）逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（yaw）的六維方向擺位誤差相關(guān)性。結(jié)果：三維方向X、Y、Z均不存在相關(guān)性，Y與Z存在顯著的中等負(fù)相關(guān)；旋轉(zhuǎn)方向只有roll與pitch存在顯著的較弱負(fù)相關(guān)；三維方向和旋轉(zhuǎn)方向中X與roll存在顯著的較弱負(fù)相關(guān)，X與yaw存在顯著的中等正相關(guān)；Y與pitch、yaw均存在顯著的較弱負(fù)相關(guān)；Z與pitch存在顯著的較強(qiáng)負(fù)相關(guān)。結(jié)論：在頭頸部腫瘤放射治療擺位過(guò)程中應(yīng)注意不同方向的相互影響關(guān)系，尤其注意前后方向、前后旋轉(zhuǎn)與上下方向以及左右方向與順時(shí)針和（或）逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向的擺位精確性。

放射治療；頭頸部腫瘤；擺位誤差；相關(guān)性

［First-author’s address］ Department of Radiotherapy， PLA General Hospital， Beijing 100853， China.

目前，放射治療已經(jīng)進(jìn)入精確放射治療時(shí)代，并且在不斷地提高患者治療中的舒適度。放射治療技術(shù)的發(fā)展，靶區(qū)適形度越來(lái)越高，劑量跌落更快，位置輕微偏差導(dǎo)致放射治療劑量產(chǎn)生較大差異。圖像引導(dǎo)技術(shù)的出現(xiàn)是精確放射治療的基礎(chǔ)，而圖像引導(dǎo)放射治療存在不同的配準(zhǔn)方式：包括單純的二維方向圖像配準(zhǔn)；三維方向加上單一旋轉(zhuǎn)軸的配準(zhǔn)以及從六維方向的圖像配準(zhǔn)，不同的配準(zhǔn)方式所得結(jié)果存在差異［1］。多數(shù)錐形束CT（cone beam，CT，CBCT）圖像引導(dǎo)擺位誤差糾正存在六維方向圖像配準(zhǔn)，然而由于設(shè)備治療床多為三維方向運(yùn)動(dòng)，所以實(shí)際放射治療誤差糾正大多限制在三維方向修正。本研究使用Tomotherapy HD（TomoHD）治療系統(tǒng)［2］探討六維方向上擺位誤差之間的相互關(guān)系，從而為減少六維方向上的擺位誤差提供參考。

1　設(shè)備與方法

1.1儀器設(shè)備

使用西門(mén)子大孔徑定位64排128層CT（德國(guó)西門(mén)子公司），進(jìn)行定位掃描并將圖像傳輸?shù)絇innacle放射治療計(jì)劃系統(tǒng)。在Pinnacle計(jì)劃系統(tǒng)醫(yī)生工作站進(jìn)行靶區(qū)勾畫(huà)并傳輸?shù)絋omoHD計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)。在TomoHD放射治療系統(tǒng)（ACCURAY，美國(guó)）上進(jìn)行治療，使用紅激光燈進(jìn)行擺位并治療前進(jìn)行圖像引導(dǎo)。圖像引導(dǎo)掃描條件為加速器自帶兆伏級(jí)CT（MVCT）的normal掃描條件進(jìn)行圖像獲取。

1.2治療方法

使用Tomotherapy HD放射治療系統(tǒng)治療完成的，患者擺位使用頭頸肩熱塑體模和頭頸肩體位固定板進(jìn)行固定?；仡櫺苑治?00次圖像引導(dǎo)放射治療（IGRT）的六維方向（左右：X，上下：Y，前后：Z，左右旋轉(zhuǎn)：roll，前后旋轉(zhuǎn)：pitch，順逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)：yaw）擺位誤差相關(guān)性。

1.3數(shù)據(jù)獲取及判定指標(biāo)

表1　六維方向之間的相互關(guān)系

（1）分別在TomoHD放射治療系統(tǒng)操作臺(tái)工作站調(diào)取30例患者每次圖像引導(dǎo)所得圖像，并重新使用六維配準(zhǔn)方式進(jìn)行自動(dòng)配準(zhǔn)，并針對(duì)配準(zhǔn)較差結(jié)果進(jìn)行手動(dòng)微調(diào)，記錄每次左右方向（X）、上下方向（Y）、前后方向（Z）、左右旋轉(zhuǎn)（roll）、前后旋轉(zhuǎn)（pitch）、順和（或）逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（yaw）六維方向的配準(zhǔn)結(jié)果。

（2）相關(guān)性強(qiáng)弱判定標(biāo)準(zhǔn)：相關(guān)性系數(shù)0～0.4為弱相關(guān)，0.4～0.7為中等相關(guān)，0.7～1為強(qiáng)相關(guān)關(guān)系。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件將所得900組患者6個(gè)方向擺位誤差數(shù)據(jù)分別進(jìn)行兩兩之間的Pearson相關(guān)性分析；參考所得相關(guān)結(jié)果進(jìn)一步基于相關(guān)變量的偏相關(guān)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2　結(jié)果

2.1單純組間相關(guān)性分析結(jié)果

通過(guò)對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行組間相關(guān)性分析，所得左右方向X與前后方向Z、左右旋轉(zhuǎn)roll、前后旋轉(zhuǎn)pitch、順和（或）逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)yaw均存在顯著的相關(guān)關(guān)系；上下方向Y與前后方向Z、前后旋轉(zhuǎn)pitch、順逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)yaw存在顯著的相關(guān)性；前后方向Z同時(shí)與前后旋轉(zhuǎn)pitch存在顯著的相關(guān)性；3個(gè)旋轉(zhuǎn)方向僅左右旋轉(zhuǎn)roll與前后旋轉(zhuǎn)pitch存在顯著的相關(guān)性。相關(guān)性系數(shù)r值及P值見(jiàn)表1。

2.2基于相關(guān)變量的偏相關(guān)分析

根據(jù)各組間的相關(guān)性以及可能存在相互影響的維度方向之間進(jìn)行偏相關(guān)分析：①分別以前后方向Z、前后旋轉(zhuǎn)pitch為控制變量進(jìn)行偏相關(guān)分析左右方向X與前后旋轉(zhuǎn)pitch，前后方向Z的相關(guān)性；②前后方向Z為控制變量時(shí)上下方向Y與前后旋轉(zhuǎn)pitch，左右旋轉(zhuǎn)roll的相關(guān)性；③左右方向X為控制變量時(shí)上下方向Y與左右旋轉(zhuǎn)roll的相關(guān)性，見(jiàn)表2。

表2　部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行偏相關(guān)性分析結(jié)果

3　討論

放射治療技術(shù)的不斷發(fā)展，治療精度得到了不斷提高，但擺位技術(shù)仍是放射治療執(zhí)行端的重中之重［3］。放射治療擺位誤差直接影響放射治療精度及效果，其定位技術(shù)同時(shí)也在不斷地發(fā)展，由普放無(wú)外固定體模到現(xiàn)在各種固定方式的出現(xiàn)，如熱塑體模固定；真空墊體位固定以及兩者結(jié)合的固定方式等?，F(xiàn)今在圖像引導(dǎo)技術(shù)不斷發(fā)展的情況下，為保證患者舒適性，放射治療體位的固定一定程度上犧牲部分體位固定的精確性。圖像引導(dǎo)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)擺位誤差計(jì)算糾正，實(shí)現(xiàn)由治療床以及機(jī)架的移動(dòng)進(jìn)行位置校準(zhǔn)，但是某些位置偏差如旋轉(zhuǎn)誤差部分大多無(wú)法得到有效的校準(zhǔn)［4］。

放射治療誤差多來(lái)源于擺位過(guò)程中患者的體位固定方式以及患者治療擺位與放射治療定位擺位的重復(fù)性或放射治療分次過(guò)程中體位誤差變化趨勢(shì)［5-8］。頭頸部腫瘤體位固定方式多使用頭頸肩熱塑體模進(jìn)行固定，部分患者由于呼吸困難將口鼻或者喉部挖開(kāi)成為部分開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致體位固定效果減弱，對(duì)擺位精確性存在一定的影響。

TomoHD放射治療使用MVCT進(jìn)行圖像掃描配準(zhǔn)，相關(guān)文獻(xiàn)表明每日進(jìn)行圖像引導(dǎo)更具有擺位及劑量學(xué)優(yōu)勢(shì)［9-11］。治療時(shí)圖像引導(dǎo)多用三維方向以及左右旋轉(zhuǎn)方向的四維配準(zhǔn)方式進(jìn)行圖像配準(zhǔn)，因?yàn)門(mén)omoHD放射治療系統(tǒng)只能糾正以上四維方向誤差，如果放射治療擺位存在前后旋轉(zhuǎn)方向和順時(shí)針、逆時(shí)針?lè)较虻妮^大誤差，可能影響放射治療的精確性。

本研究探索擺位誤差之間的相關(guān)性，通過(guò)研究各個(gè)軸面之間統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著相關(guān)性的強(qiáng)弱來(lái)判斷兩者之間擺位誤差的相互影響關(guān)系，指導(dǎo)并提高臨床擺位的精確度。上述結(jié)果，前后方向Z和前后旋轉(zhuǎn)pitch存在顯著的較強(qiáng)負(fù)相關(guān)；前后方向Z和上下方向Y存在顯著中等負(fù)相關(guān)等相關(guān)關(guān)系，通過(guò)分析相關(guān)性來(lái)指導(dǎo)擺位過(guò)程中應(yīng)特別注意相關(guān)軸面的擺位精確性，進(jìn)而減少由于單方向誤差而引起的相關(guān)方向擺位誤差。相關(guān)文獻(xiàn)多為放射治療擺位誤差的分析，然而擺位誤差的分析多只能提供一個(gè)數(shù)值上參考，卻不能體現(xiàn)在實(shí)際擺位操作中解決問(wèn)題［12-13］。本研究通過(guò)分析擺位誤差相關(guān)性，得到各方向及旋轉(zhuǎn)軸之間的相關(guān)性大小及其顯著性，探索放射治療擺位各個(gè)軸面誤差的相互影響關(guān)系，從而為從根本上減少擺位誤差提供臨床指導(dǎo)［14-15］。

綜上所述，通過(guò)分析六維方向的擺位誤差，探索其各個(gè)方向之間的相關(guān)性，在擺位過(guò)程中提高對(duì)不同軸位的關(guān)注程度，進(jìn)而一定程度地提高擺位精確性。

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Research on the correlation of setup errors for head and neck cancer patients with radiotherapy based on image guiding

SHEN Hong-feng， WANG Xiao-shen， OU Guangming， et al// China Medical Equipment，2016，13（10）:22-24.

Objective: To explore the correlation of six-dimensional set-up errors in head and neck tumors radiotherapy to provide the basis to improve the clinical setup accuracy. Methods: 30 patients with nasopharyngeal carcinoma who had been treated by Tomotherapy HD System were selected. The correlation of set-up errors were retrospectively analyzed in six-dimensional （Left-Right direction: X，inferior-superior direction: Y， anterior-posterior direction: Z， left-right rotation: roll， anterior-posterior rotation: pitch，counterclockwise or clockwise rotation: yaw） using the IGRT data. Results: X had no correlation with Y and Z and Y had significant weak negative correlation with Z on three-dimensional directions. The roll and pitch had significant weak negative correlation on three-rotation directions. On the three-dimensional and three-rotation directions， X and roll had significant weak negative correlation， X and yaw had significant moderate positive correlation， Y had significant weak negative correlation with pitch and yaw， and Z and pitch had significantly strong negative correlation. Conclusion: More attention have been paid on the correlation of different directions， especially， the accuracy between Z and pitch or/and between Y and Z in the set-up process.

Radiotherapy； Head and neck tumors； Set-up errors； Correlation

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.10.007

1672-8270（2016）10-0022-03

R816.1

A

2016-03-24

國(guó)家自然科學(xué)基金（61171005）“基于C型臂的冠狀動(dòng)脈旋轉(zhuǎn)三維成像方法研究”

①解放軍總醫(yī)院放療科 北京 100853

shouping_xu@yahoo.com

申紅峰，男，（1983- ），本科學(xué)歷，技師。解放軍總醫(yī)院放療科，從事放射治療技術(shù)工作。