千伏錐形束CT(kV-CBCT)圖像引導(dǎo)宮頸癌放射治療的三維擺位誤差分析

朱清紅 陳小君 甘慶權(quán)

廣州市第一人民醫(yī)院腫瘤科(廣州 510180)

放射治療在宮頸癌的治療中發(fā)揮著重要作用，特別是在具有一種或多種病理危險因素患者的術(shù)后階段，例如陽性淋巴結(jié)、宮旁浸潤、手術(shù)切緣受累、腫瘤大、深間質(zhì)侵犯或侵犯淋巴血管間隙等。在這些情況下，放療被認(rèn)為是根治性子宮切除術(shù)后的輔助治療，并且已被證明可以降低復(fù)發(fā)風(fēng)險并延長無進(jìn)展生存期。

與非適形放療技術(shù)相比，高精確放療技術(shù)顯著提高了宮頸癌的放射治療效果[1]。為了確保臨床靶區(qū)(clinical target volume,CTV)的充分覆蓋，需要外擴(kuò)計劃靶區(qū)(planning target volume,PTV)。PTV包括器官形狀和運(yùn)動、射束幾何形狀及患者擺位的不確定性。擺位誤差是放射治療過程中固有的一部分，并被定義為照射的實(shí)際位置和預(yù)期位置之間的相對差異。這些擺位誤差通過CTV-PTV邊界影響靶區(qū)確定[2]。為獲得較高的治療獲益，應(yīng)減少擺位誤差，以防止對鄰近正常組織的照射。這些誤差來源于：(1)與患者相關(guān)的，如皮膚標(biāo)記移動；(2)與固定相關(guān)的，如患者活動；(3)與機(jī)械相關(guān)的，如激光未對準(zhǔn)；(4)治療人員的經(jīng)驗(yàn)和能力[3]。這些誤差單獨(dú)或組合可能導(dǎo)致治療獲益受損。目前國內(nèi)外對宮頸癌擺位誤差都進(jìn)行了相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)千伏錐形束CT(kilovoltage cone-beam computed tomography，kV-CBCT)圖像引導(dǎo)能明顯減少宮頸癌放療的擺位誤差，減少PTV邊界[4,5]。然而，由于各個單位放療設(shè)備存在差異，kV-CBCT對PTV邊界的影響還缺乏公認(rèn)的數(shù)據(jù)。本研究的目的是客觀地描述宮頸癌分次外照射放射治療過程中的擺位誤差，評價kV-CBCT圖像引導(dǎo)宮頸癌放射治療的三維擺位誤差及其對PTV邊界的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性調(diào)查了2017年10月—2021年2月的205例宮頸癌患者作為實(shí)驗(yàn)組，年齡30-71歲，中位年齡52歲，共1 025張 kV-CBCT圖像。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)組織學(xué)證實(shí)的宮頸癌，包括原發(fā)的和術(shù)后的；(2)采用Elekta直線加速器(Synergy)的圖像引導(dǎo)放射治療/容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療(image-guided radiation therapy/volumetric modulated arc therapy,IGRT/VMAT)的患者。采取同時期常規(guī)X片定位的90例宮頸癌患者作為對照組，年齡31-68歲，中位年齡50歲，共180張X片，納入標(biāo)準(zhǔn)同實(shí)驗(yàn)組。兩組之間臨床資料無統(tǒng)計學(xué)差異。

1.2 固定和模擬

所有患者均接受放射治療計劃掃描。根據(jù)科室方案，將患者仰臥位，真空袋固定在治療位置后，進(jìn)行CT平掃和增強(qiáng)掃描，制定放療計劃。患者在每次治療前1小時排空尿，然后喝500毫升水，實(shí)現(xiàn)每天重復(fù)性。治療前一晚患者喝瀉藥，但腹瀉的患者除外。在GE 16層螺旋CT掃描儀上進(jìn)行CT模擬，取5 mm連續(xù)掃描。然后通過局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街委熡媱澫到y(tǒng)(Monaco集成計劃系統(tǒng))。靶區(qū)由一個放射腫瘤學(xué)家以RTOG指南為基礎(chǔ)進(jìn)行勾畫。使用兩個完整弧線用于VMAT治療。在進(jìn)行了所需的質(zhì)量保證(quality assurance,QA)測試后，將最佳治療計劃傳送到Synergy進(jìn)行實(shí)施。

1.3 錐形束CT采集

使用醫(yī)科達(dá)Synergy直線加速器的XVI系統(tǒng)。kV-CBCT掃描電壓為120 kV，電流40 mA，F(xiàn)OV為 (50×27)cm，射野準(zhǔn)直器M20，濾過器為FO，機(jī)架旋轉(zhuǎn)范圍為360°。kV-CBCT掃描的一般長度為上下方向25 cm，掃描孔徑90 cm。

1.4 圖像配準(zhǔn)

所有患者均接受基于CT的放療計劃。患者采用IGRT/VMAT治療，實(shí)驗(yàn)組每周做一次kV-CBCT，對照組放療前拍攝正側(cè)位X片。使用骨骼解剖將計劃CT與當(dāng)前kV-CBCT或者正側(cè)位X片匹配來計算擺位誤差。本研究中評估的所有擺位誤差均來自自動骨匹配。所有擺位變化均以毫米為單位進(jìn)行記錄。為了方便分析，將前移位、上移位和右側(cè)移位編碼為正移位，將后移位、下移位和左側(cè)移位編碼為負(fù)移位。對直線加速器定期進(jìn)行QA評估，以確保一些潛在的誤差來源，如激光對準(zhǔn)，對日常擺位的影響最小。

1.5 誤差分析和PTV外放邊界計算

計算所有患者在X軸、Y軸和Z軸上各自記錄的誤差的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。評估kV-CBCT或者正側(cè)位X片與計劃CT圖像匹配后的系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和由擺位產(chǎn)生的三維CTV-PTV邊界。根據(jù)常規(guī)定義的規(guī)范計算系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差[6]。系統(tǒng)誤差表示在整個治療過程中出現(xiàn)的位移。隨機(jī)誤差表示患者定位中的每日變化。

分別計算所有三個軸的誤差：X軸(左右)、Y軸(上下)和Z軸(前后)。記錄每個患者三個軸上的位移，并輸入統(tǒng)計軟件。通過對每個患者放療期間各個軸上位移的算術(shù)平均值來計算每個患者在各個軸上的系統(tǒng)誤差。通過各個軸上放療期間位移的標(biāo)準(zhǔn)差來計算每個患者在各個軸上的隨機(jī)誤差。總的系統(tǒng)誤差 (Σ)通過計算每個患者系統(tǒng)誤差的算術(shù)平均值得到，總的隨機(jī)誤差(σ)通過計算每個患者隨機(jī)誤差的標(biāo)準(zhǔn)差得到[7]。使用這些數(shù)據(jù)，通過van Herk的邊界公式(2.5Σ+0.7σ)獲得各個軸(前后、上下和左右方向)的CTV-PTV邊界[8]。

1.6 統(tǒng)計分析

用SPSS 22.0軟件對擺位誤差進(jìn)行分析，以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 擺位誤差

實(shí)驗(yàn)組前后、上下和左右方向的擺位誤差分別為(1.8±1.1)mm、(2.8±2.2)mm和(1.7±1.4)mm，對照組分別為(2.8±2.1)mm、(3.9±2.2)mm和(2.7±2.4)mm，見表1。實(shí)驗(yàn)組顯著小于對照組，兩組差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。

表1 實(shí)驗(yàn)組和對照組的擺位誤差

2.2 CTV-PTV邊界

根據(jù)van Herks公式計算，實(shí)驗(yàn)組前后、上下和左右方向的CTV-PTV邊界分別為5.27 mm、8.54 mm和5.23 mm，對照組分別為8.47 mm、11.29 mm和8.43 mm，見表2。

表2 實(shí)驗(yàn)組和對照組計算出來的CTV-PTV邊界 (mm)

3 討論

調(diào)強(qiáng)放療在腫瘤靶區(qū)和未受累的正常器官之間產(chǎn)生陡峭的劑量梯度。然而，分次間和分次內(nèi)的器官運(yùn)動，以及擺位的不確定性可能會導(dǎo)致腫瘤局部控制率降低和副作用增加。為確保放療期間有足夠的靶區(qū)覆蓋，臨床靶區(qū) (CTV)擴(kuò)大了一個安全邊界，以生成計劃靶區(qū) (PTV)。國際輻射單位和測量委員會 (ICRU)定義了內(nèi)部邊界和擺位邊界，以補(bǔ)償這些幾何變化和不確定性。在腫瘤劑量遞增的情況下，確定避開正常組織的最佳邊界仍然是研究的重點(diǎn)。

提高患者擺位的準(zhǔn)確性可能可以減少安全邊界。因此，在放療時準(zhǔn)確定位腫瘤位置尤為重要。圖像引導(dǎo)放射治療 (IGRT)是一種現(xiàn)代方法，可實(shí)現(xiàn)高度準(zhǔn)確的患者擺位驗(yàn)證。在圖像引導(dǎo)技術(shù)中，千伏錐形束計算機(jī)斷層掃描 (kV-CBCT)是最常用的方法之一，可提供體積解剖信息，并在每次治療前評估和糾正患者體位。通過將 kV-CBCT 與計劃CT圖像匹配后，可以了解治療過程中的擺位誤差。

在我們的研究中，所有患者都接受了容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療 (VMAT)，這是一種調(diào)強(qiáng)方式。與固定角度調(diào)強(qiáng)相比，VMAT能更好地避開正常器官，耗費(fèi)更少的機(jī)器跳數(shù)和更短的治療時間。減少治療時間可能減少患者的不適和分次內(nèi)運(yùn)動[9]。

準(zhǔn)確計算每日靶區(qū)擺位的不確定性是宮頸癌治療過程中的重要部分。分次間和分次內(nèi)運(yùn)動引起的擺位變化可能會產(chǎn)生不確定性，尤其是前者占主要部分。所有這些不確定性都可能導(dǎo)致腫瘤局部控制率下降和副作用風(fēng)險增加。IGRT提高了患者擺位的精確度，通過減少照射邊界來增加對正常組織的保護(hù)[10]。然而，使用更窄的邊界需要技術(shù)來確保精確的靶區(qū)。在這項(xiàng)研究中，我們在治療之前使用kV-CBCT評估患者擺位誤差。為了消除觀察者之間的差異，采用了使用骨骼解剖識別的自動配準(zhǔn)策略。

在大多數(shù)類似的研究中，CT層厚為2.5 mm或3 mm。然而，在我們的治療中，我們更多用5 mm，對評估無明顯影響。

許多因素都可以影響最佳PTV的確定，包括不同患者固定位置(俯臥或仰臥)，不同的測量方法(電子射野成像設(shè)備、kV-CBCT、MVCT、磁共振成像)或測量頻率(每日或每周)，以及不同的治療技術(shù)(3DCRT、IMRT和VMAT)。Mulla等發(fā)現(xiàn)低膝與腳固定器在擺位重現(xiàn)性方面優(yōu)于低雙腿定位器，尤其是在旋轉(zhuǎn)方向上，提高了19%的擺位準(zhǔn)確率，長期使用低膝與腳固定器可以提高患者的滿意度[11]。在婦科惡性腫瘤的治療中，已發(fā)表的文獻(xiàn)報道了不同的CTV-PTV邊界。

我們的研究中得出，實(shí)驗(yàn)組前后、上下和左右方向的CTV-PTV邊界分別為5.27 mm、8.54 mm和5.23 mm，對照組分別為8.47 mm、11.29 mm和8.43 mm，實(shí)驗(yàn)組顯著小于對照組。Yao等從分次間誤差獲得的CTV-PTV邊界沿前后、上下和左右方向分別為5.6 mm、8.3 mm和7.6 mm[4]。Laursen等計算出CTV-PTV邊界沿前后、上下和左右方向分別為11.6 mm、8.2 mm和9.6 mm[12]。Udayashankar等使用CBCT圖像進(jìn)行研究，在治療前進(jìn)行在線矯正，在沒有固定裝置的盆腔惡性腫瘤患者中，計算出CTV-PTV邊界沿前后、上下和左右方向分別為4.59 mm、4.69 mm和4.56 mm[5]。Badajena等評估了320 張復(fù)位圖像，發(fā)現(xiàn)上下方向、左右方向和前后方向的系統(tǒng)誤差范圍為-12.0～11.8 mm、-10.3～7.5 mm 和-8.50～9.70 mm，而隨機(jī)誤差范圍為1.60～6.15 mm、0.59～4.93 mm和1.02～-4.35 mm。根據(jù)van Herk方程計算的擺位誤差在前后、左右和上下上分別為7.07 mm、6.36 mm和7.79 mm，根據(jù)Stroom方程計算為6.0 mm、5.51 mm和6.74 mm[13]。

在我們的研究中，采用kV-CBCT行IGRT治療的宮頸癌患者，系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差導(dǎo)致了不對稱的CTV-PTV邊界。前后和左右方向得出的邊界與已發(fā)表的文獻(xiàn)一致。我們的結(jié)果表明在上下方向上有較大的擺位誤差(8.54 mm)。在其他部位的患者中，每天使用MVCT掃描進(jìn)行擺位時，Drabik等人也發(fā)現(xiàn)了很大的上下方向誤差[14]。因此，在擴(kuò)CTV-PTV邊界時，所有方向均擴(kuò)5 mm不能覆蓋擺位誤差，上下方向應(yīng)考慮8 mm左右。本研究僅基于擺位誤差估計的邊界，不考慮器官運(yùn)動。

胃腸道、泌尿生殖道毒性以及骨髓抑制是宮頸癌患者接受放療后最常見的副作用。使用同步放化療治療術(shù)后高危宮頸癌，可能增加不良反應(yīng)的發(fā)生率和嚴(yán)重程度，并可能降低患者的生活質(zhì)量，進(jìn)而影響治療過程。與宮頸癌常規(guī)全盆腔放療相比，調(diào)強(qiáng)可減少按處方劑量照射的直腸壁、膀胱和腸道的絕對體積，因此急性胃腸道和泌尿生殖道后遺癥較少[15]。理論上，適當(dāng)?shù)陌袇^(qū)邊界也可以提高治療效果。在宮頸癌患者的術(shù)后盆腔放療中使用腹板，讓患者俯臥位可能減少受照射小腸的體積，并最大限度地減少日常擺位誤差。在宮頸癌患者進(jìn)行 VMAT 治療期間，減少CTV擴(kuò)展到PTV的邊界，將顯著減少受照射的正常組織體積，尤其是小腸和膀胱[16]。

綜上所述，在采用高精度技術(shù)治療宮頸癌時，每周kV-CBCT是一種令人滿意的精確定位方法，有助于減少PTV邊界。我們可以使用現(xiàn)有的日常成像技術(shù)進(jìn)行患者擺位，并回顧性地使用擺位誤差來估計特定部位的邊界，建立在線校正方案有助于提高治療定位精度。