数据统计显示,全球范围内,肺癌列在癌症死亡的第一位,每年近120万人死于肺癌,死亡人数超过乳腺癌、结肠癌和前列腺癌三者总和。最新数据统计,2013年美国新增癌症病例约170万例,癌症死亡病例约60万例,男性肺癌约占其中28%,女性约占其中26%。放射治疗是治疗肺癌的重要手段之一,近年来,随着以三维适形放疗(three-dimensional conformal radiotherapy,3D CRT)及调强适形放疗(intensity modulated radiotherapy,IMRT)为代表的精确放疗技术的日益蓬勃发展,逐渐将传统放疗方式取而代之。精确放疗的剂量梯度急剧变化,尤其是临近危及器官的边缘,高剂量梯度变化也使危及器官存在潜在风险。所以在放疗过程中需要更加准确的定位、摆位来减少外放边界范围,减少误差带来的影响。图像引导放疗(image guided radiation therapy,IGRT)技术通过在放疗前、放疗中对治疗靶区、重要脏器的实际位置与计划位置在时间、空间上的误差进行检测,并进行校正。使用直线加速器机载千伏级锥形束CT(kilovolt cone-beam tomography,KV-CBCT)是一种常用的IGRT方法,获取图像成像质量较好,密度、空间辨识度均较高,有助于和计划CT配准,纠正摆位误差。本研究首先对46例肺癌患者在三维适形或调强放疗前行锥形束CT扫描,对不同发病部位肺癌患者的摆位误差进行了研究,后根据Van Herk公式计算出计算出摆位边界(setup margin,SM),给出外放边界临床建议。现将各部分内容概述如下。第一部分肺癌千伏级CBCT图像引导下放疗配准方法及摆位误差的研究目的:通过应用KV-CBCT研究我院肺癌放疗中摆位误差的大小,并根据发病位置的不同对摆位误差进行分析。方法:1选取2010年1月到2013年12月在我院接受调强放疗的肺癌患者46例,收集到CBCT图像378次。系统自动重建断层图像,与治疗计划CT图像相匹配。2使用软件自动配准方式,配准模板选取软组织配准模板,以外轮廓作为配准参照物,机载影像系统将CBCT图像与定位CT图像进行自动配准,配准后屏幕上自动显示在左右(X轴)、头脚(Y轴)、前后(Z轴)方向上的摆位误差值,并作记录。3选择手动配准方法,以肿瘤作为配准参照物,手动反复调节模板至CBCT图像与定义CT图像得到最佳重合,重合后认为配准完毕,屏幕上自动显示出患者靶体积中心位置与定位CT扫描时靶体积中心位置在左右(X轴)、头脚(Y轴)、前后(Z轴)方向上的误差值,并作记录。结果:1本研究共46例患者,共收集378次CBCT扫描图像。中央型肺癌236次/29例,其中左中央型87次/13例,右中央型149次/16例。周围型142次/17例,其中左肺癌45次/6例,又分为左肺上叶34次/4例,左肺下叶11次/2例。右肺癌97次/11例,又分为右肺上叶39次/5例,右肺中叶10次/2例,右肺下叶48次/4例。由于右主支气管分出右上叶支气管后,再向下走行一段后分出右中叶支气管和右下叶支气管,所以本研究将中叶(10次/2例)并入下叶组,因此右肺下叶组共有58次/6例。2自动配准摆位误差在X、Y、Z轴方向绝对值最大分别为13mm、19mm、8mm。小于3mm的误差在X、Y、Z轴方向上的发生率分别为79.1%、54.8%、61.5%;5mm以内的误差在X、Y、Z轴方向上分别为95.5%、73.6%、95.5%;位移大于10mm的误差在X、Y、Z轴方向发生频率为0.3%、9.5%、0%。3手动配准摆位误差在X、Y、Z轴方向绝对值最大分别为13mm、21mm、10mm。小于3mm的误差在X、Y、Z轴方向上的发生率分别为74.3%、54.2%、59.5%;5mm以内的误差在X、Y、Z轴方向上分别为88.9%、70.1%、88.9%;位移大于10mm的误差在X、Y、Z轴方向发生频率为1.3%、10.8%、0%。4自动配准方式下,中央型与周围型摆位误差Y、Z轴有统计学差异,(Y轴P=0.048 Z轴P=0.034)。上叶肺癌与下叶肺癌摆位误差在Y、Z轴有统计学差异,(Y轴P=0.044 Z轴P=0.033)。左肺癌与右肺癌无统计学差异;5手动配准方式下,中央型与周围型摆位误差在Y轴、Z轴具有统计学差异。(Y轴P=0.038 Z轴P=0.026)上叶肺癌与下叶肺癌摆位误差在Y轴、Z轴均有统计学差异(Y轴P=0.014 Z轴P=0.022)。左肺癌与右肺癌无统计学差异。结论:46例肺癌患者摆位误差在头脚(Y轴)方向最为明显,前后(Z轴)方向次之,左右(X轴)方向最小。无论自动配准方式还是手动配准方式,中央型与周围型、上叶与下叶摆位误差在Y、Z轴方向上有差异,考虑与患者胸廓直径、皮肤松弛度、摆位时身体旋转度不同所致。建议临床进行CTV-PTV外放时,充分考虑发病部位的不同,根据个体化原则进行外放。第二部分肺癌千伏级CBCT图像引导下放疗摆位边界的研究目的:根据第一部分测得的系统误差(Σ)和随机误差(σ),结合Van Herk公式计算出不同部位肺癌的摆位边界,并进行分析研究。方法:1选取我院2010年1月到2013年12月在我院接受调强放疗的肺癌患者46例,收集到CBCT图像378次。根据ICRU规定,在治疗系统中勾画大体肿瘤区(GTV)、临床靶区(CTV)及危及器官(organs at risk,OARs),根据病变的具体位置和个体化原则决定临床靶体积的CTV-PTV外放边界,形成计划靶体积(PTV)。2本研究选取公式2.5Σ+0.7σ对不同发病部位、不同CBCT图像配准方式下的肺癌患者进行对比。公式中的Σ是系统误差,为所有患者所有分次治疗摆位误差的平均值,σ是随机误差,为所有患者所有分次治疗摆位误差的标准差。将第一部分中自动配准方式下、手动配准方式下获取的每组患者群体系统误差(Σ)和随机误差(σ)分别代入公式2.5Σ+0.7σ,获得自动配准方式、手动配准方式的摆位边界,旨在观察不同发病部位、不同配准方式对摆位边界大小的影响。结果:1通过公式2.5Σ+0.7σ计算出自动配准方式下不同组别患者的摆位边界,中央型肺癌在X、Y、Z轴方向上的摆位边界分别为3.21、7.04、4.62mm;周围型肺癌在X、Y、Z轴方向上的摆位边界分别为3.54、9.98、6.26mm;左肺癌在X、Y、Z轴方向上的摆位边界分别为2.79、9.53、5.31mm;右肺癌在X、Y、Z轴方向上的摆位边界分别为3.05、7.04、4.62mm;上叶肺癌在X、Y、Z轴方向上的摆位边界分别为2.36、6.15、4.89mm;下叶肺癌在X、Y、Z轴方向上的摆位边界分别为4.02、10.46、7.82mm。2通过公式2.5Σ+0.7σ计算出手动配准方式下不同组别患者的摆位边界,中央型肺癌在X、Y、Z轴方向上的摆位边界分别为2.69、9.58、6.31mm;周围型肺癌在X、Y、Z轴方向上的摆位边界分别为3.96、9.21、8.15mm;左肺癌在X、Y、Z轴方向上的摆位边界分别为3.30、8.32、7.41mm;右肺癌在X、Y、Z轴方向上的摆位边界分别为3.75、8.44、6.81mm;上叶肺癌在X、Y、Z轴方向上的摆位边界分别为2.68、7.23、6.74mm;下叶肺癌在X、Y、Z轴方向上的摆位边界分别为4.68、10.74、9.75mm。3公式2.5Σ+0.7σ计算结果表现为周围型大于中央型,下叶大于上、中叶。4自动配准方式、手动配准方式对摆位边界的影响不大。结论:46例肺癌患者CBCT扫描获取的系统误差和随机误差,代入公式2.5Σ+0.7σ,周围型肺癌比中央型肺癌摆位边界大,周围型肺癌中,上叶摆位边界小,下叶摆位边界大。无论自动配准方式还是手动配准方式,摆位边界差异不大。建议肺癌患者CBCT与定位CT图像配准时使用自动配准方式。