胸段食管癌動態(tài)調(diào)強IGRT分次擺位誤差對劑量學的影響

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，患者治療時擺位誤差的存在會影響照射的精度，使實際治療的照射中心和計劃中心位置有一定的偏差，影響實際照射劑量。圖像引導的放射治療(Image Guided Radiation Therapy,IGRT)是目前較先進的圖像引導治療，能較準確地確定靶區(qū)位置，提高放射治療的精確度[1-2]。錐形束CT(cone beam computed tomography,CBCT)是目前較流行且準確度較高的圖像引導方式[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，在計劃系統(tǒng)中模擬分次誤差，觀測分次間誤差對靶區(qū)和周圍正常器官的劑量分布的影響，現(xiàn)報道如下。

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；腫瘤長度12～24 cm，中位長度15.5 cm。

1.2 設備Philips大孔徑16排CT模擬機，瑞典醫(yī)科達Infinity加速器，計劃系統(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 定位及計劃設計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計劃系統(tǒng)，在Monaco TPS上按照醫(yī)生的處方要求制作多個放射治療計劃。

1.4 治療計劃實施將審核通過的最優(yōu)治療計劃，稱為原始計劃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及患者體表線進行擺位，前3次及每周3次對患者行CBCT掃描，將圖像傳至XVI軟件與定位重建的DRR圖像進行配準。使用自動配準和人工微調(diào)相結合，直至結果滿意，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，頭正腳負，前正后負。根據(jù)擺位誤差計算系統(tǒng)誤差Σ和隨機誤差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，隨機誤差δ用所有擺位誤差的標準差來表示[6-7]。擺位數(shù)據(jù)的正負號代表了患者體位的方向，在本研究中用相對擺位誤差的平均值作為模擬計劃的射野等中心點。

1.6 治療計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)，計算其平均擺位誤差。在Monaco計劃系統(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劃中，把射野等中心移至包含擺位誤差的等中心點模擬實際治療中的放療計劃，其他的所有條件包括射線能量、射野角度、射野形狀、機器條數(shù)和處方劑量都不變，不重新優(yōu)化計算，只計算劑量線的空間分布，這樣得到的模擬計劃和原始計劃的照射標準一樣，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，把這個模擬出的計劃稱作模擬計劃2。

1.7 治療計劃評估利用劑量體積直方圖(dose volume histogram,DVH)對原始計劃1和模擬計劃2的腫瘤靶區(qū)、周圍正常器官的受照劑量進行計量學的統(tǒng)計分析。腫瘤靶區(qū)受照量分析指標包括：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)計方法使用SPSS 23軟件進行獨立樣本t檢驗，以P<0.05為差異具有統(tǒng)計學意義。

2 結果

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 分次間誤差對靶區(qū)劑量分布的影響擺位誤差對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)計學意義，PTV的D95減少了149 cGy(t=1.213，P=0.227)無統(tǒng)計學意義，PTV的平均劑量Dmean影響不大。兩套計劃在PTV最小劑量Dmin相差了918 cGy(t=3.283，P=0.044)有統(tǒng)計學意義。原始計劃與模擬計劃的PTV的適形度指數(shù)CI和均勻性指數(shù)HI的差異均無統(tǒng)計學意義。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位置來實現(xiàn)。擺位誤差對左肺、右肺、心臟的各項參數(shù)影響不大，且均沒有統(tǒng)計學差異，見表4。在原始計劃1中所有脊髓的受量均小于4 500 cGy，擺位誤差對脊髓的受量影響較大，模擬計劃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是當前食管癌放射治療較先進的技術手段[10]。與常規(guī)放療相比，調(diào)強放療能更精準地做到腫瘤靶區(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對擺位精度要求很高，照射位置的精準能提高療效，降低副反應，提高患者的生存質(zhì)量。擺位誤差會導致實際照射劑量與原始計劃劑量分布不一樣，導致腫瘤區(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修正胸段食管癌動態(tài)調(diào)強放療患者的擺位誤差，結果顯示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記的上下界有關，體表標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)的不同導致頭腳方向誤差較大[14]。Han等的研究顯示圖像引導的次數(shù)占總治療次數(shù)的60%時，CTV到PTV的外放距離縮小，且每個患者只有10%的治療其靶區(qū)D95的劑量下降超過治療計劃的10%[15]。本研究病例均采用每周3次的CBCT采集頻率，經(jīng)過CBCT修正后實施治療，所以患者動態(tài)調(diào)強放射治療的準確性是可以接受的。

本研究中，模擬計劃2是把每個患者的擺位誤差平均值通過計劃系統(tǒng)模擬實際治療位置，得到實際治療時的劑量分布。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誤差為基礎，得到患者實際接受的三維劑量分布。由于每個機器系統(tǒng)存在誤差，需要研究該機器的擺位誤差，供臨床實踐參考。本院Infinity加速器x、y和z這3個方向的系統(tǒng)誤差分別為0.13、-0.25、-0.92 mm，誤差均在允許范圍內(nèi)，結果顯示模擬計劃2和原始計劃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)計學差異，但是PTV受照射的最小劑量減少了918 cGy，且有統(tǒng)計學差異(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，因此要嚴格控制脊髓的受照劑量小于4 500 cGy。原始計劃1中脊髓受量嚴格控制在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入靶區(qū)高劑量區(qū)，模擬計劃2中有10例患者脊髓受照劑量超過4 500 cGy，有1例最大劑量達到5 307.60 cGy，擺位誤差使脊髓最大劑量點增加的危險性顯著增大，且有統(tǒng)計學差異(P=0.00)。

本研究中的擺位數(shù)據(jù)是分次間治療實施前的修正誤差，經(jīng)過誤差修正的治療更準確。尚凱等[1]研究食管癌分次內(nèi)擺位誤差對靶區(qū)劑量的影響，結果表明CBCT可基本消除擺位誤差對靶區(qū)劑量的影響，與本研究結果一致。國際輻射單位與測量委員會(international commission on radiation units and measurements,ICRU)24號報告指出，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]。因此動態(tài)調(diào)強放療前，有必要利用kV-CBCT系統(tǒng)進行擺位誤差校正，進一步降低擺位誤差，提高腫瘤靶區(qū)及周圍正常器官受照劑量的準確性。脊髓是重要的串行器官，對分次間的擺位誤差很敏感，擺位誤差可能導致脊髓的實際受照劑量超過最大耐受劑量，在臨床中應注意，盡最大可能地降低脊髓的受照劑量。