赖建军 俞玉凤 王佳浩 李夏东 吴稚冰 邓清华 吴式琇 马胜林 汪黎栋

放射治疗在头颈肿瘤综合治疗中具有重要的地位。因头颈部解剖结构复杂，其放射治疗靶区剂量往往受限于临近的危及器官。而调强放射治疗（IMRT）能给予肿瘤靶区更好的适形性和剂量梯度，更准确地照射肿瘤区域，并更好地保护周围危及器官，是目前头颈部放射治疗的主流技术方法[1]。在实际临床应用中，IMRT疗效与分次治疗过程中不同解剖区域的位置精度密切相关，而影响位置精度的因素有定位摆位技术方法[2-4]、分次间体重变化和肿瘤消退引起的解剖结构变化[5]、分次内器官移动导致的位置不确定性[6]等。本文选择182组头颈部肿瘤放射治疗患者锥形束CT（CBCT）图像资料，量化分析头颈部肿瘤放射治疗过程中不同解剖区域的位置精度，为临床定义靶区外放边界和危及器官的精准勾画提供参考。

1 对象和方法

1.1 对象 选择2013年10月8日至2016年6月15日在杭州市肿瘤医院行IMRT的34例头颈部肿瘤患者的182组CBCT图像资料为研究对象。男20例，女14例；年龄 28～72[52（40，65）]岁。

1.2 方法

1.2.1 摆位固定和模拟定位 采用美国Civco公司生产的碳纤维头颈肩固定架、透明头枕和头颈肩热塑膜固定。使用荷兰Philip公司生产的Brilliance Big Bore CT模拟定位机扫描CT图像，扫描电压120kV，探测器准直器 0.75mm，螺距 0.982，层厚 3mm，层间隔 3mm，视野500mm，矩阵512×512；扫描范围根据医嘱要求，有个体差异。

1.2.2 计划设计和传输 使用荷兰核通公司生产的Oncentra放射治疗计划系统设计IMRT计划，将放疗计划CT图像及靶区信息传至Mosaiq网络系统中心服务器。

1.2.3 治疗与X线容积图像（XVI）获取 治疗设备采用瑞典医科达公司AXESSE型加速器，射线能量为6MV X射线。放疗前加速器机架225-135旋转260°进行CBCT扫描，扫描管电压120kV，管电流40mA，准直器选用S20，滤过器选用F0，总帧数330，矩阵512×512。所有患者均在放射治疗前行CBCT，1次/周。

1.2.4 配准框定义及图像配准分析 定义6个不同的解剖区域作为配准框，其中Clinical ROI为临床常用配准框，5个局部解剖区域（包括后枕骨区域、下颌骨腮腺区域、C1～C3区域、C4～C6区域、C7及以下区域）作为配准框，见图1（插页）。选用Clipbox灰度值自动配准，按照6个不同配准框进行平移方向（X轴、Y轴、Z轴）摆位误差配准。

图1 矢状位下不同配准解剖区域的定义范围

1.2.5 相关性分析 Clinical ROI的配准结果代表头颈部肿瘤患者的整体摆位误差，统计Clinical ROI与5个局部解剖区域的相关性，以进行解剖区域位置精度不确定性分析。

1.2.6 外放边界计算 采用6个不同解剖区域摆位误差配准统计结果，运用公式m=2.5Σ＋0.7σ计算外放边界[2]。

1.3 统计学处理 应用SPSS 17.0统计软件。不同配准框摆位误差统计采用误差条形图表示。Clinical ROI与5个局部解剖区域的相关性分析采用Pearson双变量相关，0.8＜r≤1.0为极强相关，0.6＜r≤0.8为强相关，0.48＜r≤0.6为中等程度相关。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 不同配准框摆位误差 34例头颈部肿瘤患者中，鼻咽癌26例，喉癌8例；共有182组CBCT图像，按照6个不同配准框进行平移方向摆位误差统计条形图，见图2（插页）。6个配准框中，其配准统计结果显示X轴和Z轴平移最大误差出现在C7及以下区域，平均值分别为-2.5mm、-1.1mm，标准差分别为2.2mm、2.8mm；Y轴平移最大误差出现在下颌骨腮腺区域，平均值、标准差分别为1.9mm、1.7mm。Clinical ROI摆位误差在（0.17±0.17）cm以内，5个局部解剖区域摆位误差范围在（0.25±0.28）cm以内。不同解剖区域具有不同的位置精度。

图2 不同解剖区域平移方向摆位误差统计条形图（mm）

2.2 Clinical ROI与5个局部解剖区域的相关性分析 结果发现，C1～C3区域在X轴、Y轴、Z轴平移方向与 Clinical ROI均呈极强相关（r=0.81、0.83、0.81，均P＜0.05），见表 1。

表1 Clinical ROI与5个局部解剖区域的相关性分析

2.3 6个不同解剖区域配准结果计算的外放边界 后枕骨区域、下颌骨腮腺区域、C4～C6区域、C7及以下区域外放边界需要＞0.5cm，各解剖区域在3个平移方向的外放边界见表2。

表2 6个不同解剖区域配准结果计算的外放边界（cm）

3 讨论

随着IMRT在头颈部肿瘤放射治疗中的广泛应用，为了应对摆位误差、肿瘤位置及形状变化带来的肿瘤和危及器官位置精度的不确定性，给予靶区安全的外放边界显得尤为重要[7]。降低解剖位置精度的不确定性，就可以尽量减小外放边界并给予肿瘤靶区最好的剂量分布，同时最大程度减少危及器官受照剂量，以提高临床治疗效果[8]。基于XVI的CBCT技术可以获得具有丰富解剖结构的三维实时摆位图像，与计划CT图像精确配准[9]，可以在放射治疗分次间观察和量化分析头颈部肿瘤和不同解剖区域的位置精度，为靶区外放边界和危及器官的精准勾画提供参考。

本研究选择不同解剖区域配准框对头颈部CBCT图像资料进行配准分析，结果显示不同配准区域产生的配准结果不同，不同解剖区域具有不同的位置精度，在3个平移方向 Clinical ROI摆位误差在（0.17±0.17）cm以内，5个局部解剖区域摆位误差范围在（0.25±0.28）cm以内，局部误差范围＞整体摆位误差。C7及以下区域X、和Z轴平移误差最大，主要原因在于C7及以下区域一般距离中心点较远，摆位时可能造成的偏移较大。下颌骨腮腺区域Y轴平移误差最大，主要是由颞颌关节不自主运动造成的。Clinical ROI与5个局部解剖区域配准统计结果均存在不同程度偏差，其中C1～C3区域配准统计结果与Clinical ROI最为接近，Manning等[8]认为局部摆位误差及整体摆位误差偏差与肿瘤消退造成局部形变、中心点远端区域随机性位移有关。相关研究结果表明危及器官的精准勾画在现代精确放疗中具有重要意义[10-14]。本文通过对不同解剖区域进行摆位误差配准的统计结果，也可以为临床医生精准勾画危及器官提供参考。Clinical ROI与5个局部解剖区域配准结果的相关性分析结果显示，C1～C3区域与Clinical ROI在X轴、Y轴、Z轴上的相关系数最高，均呈极强相关。Zhang等[15]研究结果显示，C2区域具有最好的重复性且与Clinical ROI具有极强相关性，与本研究结果相似。针对本文所选病例的摆位固定方法，头枕对C1～C3区域支撑和固定较好，同时C1～C3区域局部受到肿瘤消退引起的形变较小，以上是Clinical ROI与5个局部解剖区域中C1～C3区域配准结果呈极强相关的主要原因。对于进行头颈部精确放疗的单位，目前CBCT并不普及。而本研究结果也为采用电子射野影像系统（EPID）进行摆位误差配准条件下骨性标记勾画提供参考，C1～C3区域可作为应用EPID进行头颈部肿瘤摆位误差配准勾画的骨性标记区域。本院在头颈部肿瘤放射治疗中临床应用的外放边界为0.5cm，故计算了不同配准区域下的靶区外放边界，通过Clinical ROI区域配准的整体摆位误差结果计算的外放边界均在0.5cm范围内，而5个局部解剖区域中仅有C1～C3区域计算结果在0.5cm范围内，其他4个局部解剖区域外放边界均＞0.5cm。临床上通常使用Clinical ROI计算整体摆位误差和外放边界，而通过局部解剖区域计算的外放边界也能为不同区域的肿瘤外放边界提供参考。

综上所述，头颈部肿瘤放射治疗中不同解剖区域位置精度不同，临床定义靶区外放边界和危及器官的精准勾画需要考虑局部摆位误差和解剖位置变化带来的影响。通过量化分析头颈部肿瘤放疗中不同解剖区域的位置精度，可以为临床靶区外放和危及器官的精准勾画提供参考。笔者将尝试对头颈部肿瘤放射治疗疗程中局部位置精度变化与时间的关系作进一步研究，为临床医生和物理师对治疗计划的及时干预与调整提供参考。