胸段食管癌動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)IGRT分次擺位誤差對(duì)劑量學(xué)的影響

徐曉捷，雷亞楠，張瑞英，賈雪麗，侯 鵬，李敬霞

在放射治療過程中，患者治療時(shí)擺位誤差的存在會(huì)影響照射的精度，使實(shí)際治療的照射中心和計(jì)劃中心位置有一定的偏差，影響實(shí)際照射劑量。圖像引導(dǎo)的放射治療(Image Guided Radiation Therapy,IGRT)是目前較先進(jìn)的圖像引導(dǎo)治療，能較準(zhǔn)確地確定靶區(qū)位置，提高放射治療的精確度[1-2]。錐形束CT(cone beam computed tomography,CBCT)是目前較流行且準(zhǔn)確度較高的圖像引導(dǎo)方式[3-5]。本研究在治療前用CBCT在線糾正分次間擺位誤差，獲取分次間誤差，在計(jì)劃系統(tǒng)中模擬分次誤差，觀測(cè)分次間誤差對(duì)靶區(qū)和周圍正常器官的劑量分布的影響，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 一般資料2019年4月至2020年1月本院收治的采用CBCT修正擺位誤差的胸段食管癌患者31例，其中男20例，女11例；年齡51～87歲，中位年齡70歲；腫瘤長(zhǎng)度12～24 cm，中位長(zhǎng)度15.5 cm。

1.2 設(shè)備Philips大孔徑16排CT模擬機(jī)，瑞典醫(yī)科達(dá)Infinity加速器，計(jì)劃系統(tǒng)Monaco 5.11，深圳騰飛宇科技熱塑膜，體膜規(guī)格560 mm×460 mm×2.4 mm。

1.3 定位及計(jì)劃設(shè)計(jì)患者均采用平靜呼吸狀態(tài)下仰臥位，雙臂上舉雙手交叉置于頭頂，用熱縮體膜固定，配合碳纖維固定架和體位參考金標(biāo)固定。采用Philips 16排大孔徑CT掃描，層厚均為5 mm。定位掃描的圖像傳到Pinnacle計(jì)劃系統(tǒng)。主管醫(yī)生在CT圖像上勾畫靶區(qū)GTV、CTV、PTV。PTV的處方劑量為50～62 Gy，每周5次，每次1.8～2.0 Gy，共25～31次。物理師將畫好靶區(qū)的CT圖像傳至Monaco計(jì)劃系統(tǒng)，在Monaco TPS上按照醫(yī)生的處方要求制作多個(gè)放射治療計(jì)劃。

1.4 治療計(jì)劃實(shí)施將審核通過的最優(yōu)治療計(jì)劃，稱為原始計(jì)劃1，傳至加速器Mosaiq系統(tǒng)中執(zhí)行。首次治療按照患者體膜上的參考金標(biāo)及患者體表線進(jìn)行擺位，前3次及每周3次對(duì)患者行CBCT掃描，將圖像傳至XVI軟件與定位重建的DRR圖像進(jìn)行配準(zhǔn)。使用自動(dòng)配準(zhǔn)和人工微調(diào)相結(jié)合，直至結(jié)果滿意，記錄分次間的擺位誤差。

1.5 擺位誤差分析在XVI軟件中采集三維方向的擺位誤差，在患者位置上看左正右負(fù)，頭正腳負(fù)，前正后負(fù)。根據(jù)擺位誤差計(jì)算系統(tǒng)誤差Σ和隨機(jī)誤差δ，系統(tǒng)誤差Σ用所有分次間的擺位誤差的平均值來表示，隨機(jī)誤差δ用所有擺位誤差的標(biāo)準(zhǔn)差來表示[6-7]。擺位數(shù)據(jù)的正負(fù)號(hào)代表了患者體位的方向，在本研究中用相對(duì)擺位誤差的平均值作為模擬計(jì)劃的射野等中心點(diǎn)。

1.6 治療計(jì)劃模擬每位患者在治療期間至少采集15次CBCT擺位數(shù)據(jù)，計(jì)算其平均擺位誤差。在Monaco計(jì)劃系統(tǒng)中把每位患者IGRT分次間的所有分次的平均擺位誤差引入到該患者的原始計(jì)劃中，把射野等中心移至包含擺位誤差的等中心點(diǎn)模擬實(shí)際治療中的放療計(jì)劃，其他的所有條件包括射線能量、射野角度、射野形狀、機(jī)器條數(shù)和處方劑量都不變，不重新優(yōu)化計(jì)算，只計(jì)算劑量線的空間分布，這樣得到的模擬計(jì)劃和原始計(jì)劃的照射標(biāo)準(zhǔn)一樣，劑量線的改變能夠反映出擺位誤差引起的靶區(qū)劑量和周圍正常器官的受照射量的變化，把這個(gè)模擬出的計(jì)劃稱作模擬計(jì)劃2。

1.7 治療計(jì)劃評(píng)估利用劑量體積直方圖(dose volume histogram,DVH)對(duì)原始計(jì)劃1和模擬計(jì)劃2的腫瘤靶區(qū)、周圍正常器官的受照劑量進(jìn)行計(jì)量學(xué)的統(tǒng)計(jì)分析。腫瘤靶區(qū)受照量分析指標(biāo)包括：GTV和PTV的最大劑量(Dmax)、最小劑量(Dmin)、平均劑量(Dmean)；PTV的D5%和D95%；PTV的適形度指數(shù)CI(conformity index,CI)和均勻性指數(shù)(Homogeneity index,HI)；周圍正常器官的參數(shù)包括：雙肺的V5、V10、V20、V30、Dmean、Dmax，脊髓的最大劑量Dmax，心臟的V20、V30、V40、Vmean。適形度指數(shù)CI=(VT,ref×VT,ref)/(VT×Vref)[8-9]，其中Vref、VT,ref分別為95%的參考等劑量線所包圍的所有體積和所覆蓋的PTV體積，VT為靶區(qū)PTV的體積。CI值為0～1，CI值越大說明劑量線的適形度越好，CI=1是最理想的狀態(tài)。HI值越接近1說明劑量均勻性越好，反之，HI值越大說明靶區(qū)的均勻性越差。

1.8 統(tǒng)計(jì)方法使用SPSS 23軟件進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，以P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 擺位誤差31例患者共掃描518組CBCT圖像。總的擺位誤差x、y、z軸分別為(1.98±1.80)、(4.62±4.02)和(1.52±1.16)mm。以3、5、10和>10 mm為范圍統(tǒng)計(jì)患者分次間誤差頻率，見表1。分次間誤差分布情況見表2。

表1 31例食管癌患者三維方向誤差頻率分布 次(%)

表2 31例食管癌患者不同方向分次間誤差mm

2.2 分次間誤差對(duì)靶區(qū)劑量分布的影響擺位誤差對(duì)GTV受照劑量影響不大，在GTV受照最大劑量(Dmax)，最小劑量(Dmin)，平均劑量(Dmean)影響都很小。擺位誤差使計(jì)劃靶區(qū)PTV的最大劑量Dmax的均值減少了94 cGy(t=0.434，P=0.118)無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，PTV的D95減少了149 cGy(t=1.213，P=0.227)無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，PTV的平均劑量Dmean影響不大。兩套計(jì)劃在PTV最小劑量Dmin相差了918 cGy(t=3.283，P=0.044)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。原始計(jì)劃與模擬計(jì)劃的PTV的適形度指數(shù)CI和均勻性指數(shù)HI的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。見表3。

表3 31例患者靶區(qū)劑量分布、適形度、均勻性比較

2.3 擺位誤差對(duì)周圍正常器官劑量分布的影響擺位誤差的模擬可通過改變射野的中心點(diǎn)位置來實(shí)現(xiàn)。擺位誤差對(duì)左肺、右肺、心臟的各項(xiàng)參數(shù)影響不大，且均沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，見表4。在原始計(jì)劃1中所有脊髓的受量均小于4 500 cGy，擺位誤差對(duì)脊髓的受量影響較大，模擬計(jì)劃2脊髓的受量有10例超過了4 500 cGy、3例超過5 000 cGy，1例最大劑量達(dá)到了5 307.60 cGy的受照劑量。見表4。

表4 31例患者周圍正常器官劑量分布比較

3 討論

IGRT是當(dāng)前食管癌放射治療較先進(jìn)的技術(shù)手段[10]。與常規(guī)放療相比，調(diào)強(qiáng)放療能更精準(zhǔn)地做到腫瘤靶區(qū)高劑量、危及器官低劑量、射線劑量衰減梯度大[11]。這樣的劑量分布特點(diǎn)對(duì)擺位精度要求很高，照射位置的精準(zhǔn)能提高療效，降低副反應(yīng)，提高患者的生存質(zhì)量。擺位誤差會(huì)導(dǎo)致實(shí)際照射劑量與原始計(jì)劃劑量分布不一樣，導(dǎo)致腫瘤區(qū)域的受照劑量不足，而周圍正常器官的照射劑量過量。

CBCT可有效減小擺位誤差對(duì)靶區(qū)劑量分布的影響[12-13]。本研究利用CBCT修正胸段食管癌動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)放療患者的擺位誤差，結(jié)果顯示y方向及患者頭腳方向的擺位誤差(4.62±4.02)mm，且有34.17%的擺位誤差大于5 mm，y軸的平均擺位誤差大于x方向和z方向，這可能和患者體表標(biāo)記的上下界有關(guān)，體表標(biāo)記的上下界在患者皮膚表面，由于皮膚松弛程度、彈性參數(shù)的不同導(dǎo)致頭腳方向誤差較大[14]。Han等的研究顯示圖像引導(dǎo)的次數(shù)占總治療次數(shù)的60%時(shí)，CTV到PTV的外放距離縮小，且每個(gè)患者只有10%的治療其靶區(qū)D95的劑量下降超過治療計(jì)劃的10%[15]。本研究病例均采用每周3次的CBCT采集頻率，經(jīng)過CBCT修正后實(shí)施治療，所以患者動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)放射治療的準(zhǔn)確性是可以接受的。

本研究中，模擬計(jì)劃2是把每個(gè)患者的擺位誤差平均值通過計(jì)劃系統(tǒng)模擬實(shí)際治療位置，得到實(shí)際治療時(shí)的劑量分布。患者的擺位誤差是三維有方向的數(shù)據(jù)，本研究以患者的相對(duì)誤差為基礎(chǔ)，得到患者實(shí)際接受的三維劑量分布。由于每個(gè)機(jī)器系統(tǒng)存在誤差，需要研究該機(jī)器的擺位誤差，供臨床實(shí)踐參考。本院Infinity加速器x、y和z這3個(gè)方向的系統(tǒng)誤差分別為0.13、-0.25、-0.92 mm，誤差均在允許范圍內(nèi)，結(jié)果顯示模擬計(jì)劃2和原始計(jì)劃1相比，在靶區(qū)PTV的適形度CI、均勻性HI、D5、D95、Dmean、Dmax影響均很小，且均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但是PTV受照射的最小劑量減少了918 cGy，且有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P=0.04)。脊髓是串行器官，一旦出現(xiàn)放射性脊髓炎將影響患者的生存質(zhì)量，因此要嚴(yán)格控制脊髓的受照劑量小于4 500 cGy。原始計(jì)劃1中脊髓受量嚴(yán)格控制在4 500 cGy以內(nèi)，本院Infinity加速器患者前后方向的系統(tǒng)誤差是向患者背部方向，這樣就使得患者的脊髓進(jìn)入靶區(qū)高劑量區(qū)，模擬計(jì)劃2中有10例患者脊髓受照劑量超過4 500 cGy，有1例最大劑量達(dá)到5 307.60 cGy，擺位誤差使脊髓最大劑量點(diǎn)增加的危險(xiǎn)性顯著增大，且有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P=0.00)。

本研究中的擺位數(shù)據(jù)是分次間治療實(shí)施前的修正誤差，經(jīng)過誤差修正的治療更準(zhǔn)確。尚凱等[1]研究食管癌分次內(nèi)擺位誤差對(duì)靶區(qū)劑量的影響，結(jié)果表明CBCT可基本消除擺位誤差對(duì)靶區(qū)劑量的影響，與本研究結(jié)果一致。國(guó)際輻射單位與測(cè)量委員會(huì)(international commission on radiation units and measurements,ICRU)24號(hào)報(bào)告指出，靶區(qū)劑量偏離5%就可能使原發(fā)灶失控或并發(fā)癥增加[16]。因此動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)放療前，有必要利用kV-CBCT系統(tǒng)進(jìn)行擺位誤差校正，進(jìn)一步降低擺位誤差，提高腫瘤靶區(qū)及周圍正常器官受照劑量的準(zhǔn)確性。脊髓是重要的串行器官，對(duì)分次間的擺位誤差很敏感，擺位誤差可能導(dǎo)致脊髓的實(shí)際受照劑量超過最大耐受劑量，在臨床中應(yīng)注意，盡最大可能地降低脊髓的受照劑量。