錐形束CT 引導(dǎo)下擺位誤差對(duì)行調(diào)強(qiáng)放射治療直腸癌患者實(shí)際受照劑量的影響

楊雨巖，蘇萌萌，賀慧芳

1 北京大學(xué)國(guó)際醫(yī)院放療科 （北京 102206）；2 北京大學(xué)人民醫(yī)院放療科（北京 100044）；3 瓦里安醫(yī)療器械貿(mào)易（北京）有限公司 （北京 100176）

隨著放射治療技術(shù)的發(fā)展，調(diào)強(qiáng)放射治療（intensity-modulated radiation therapy，IMRT）成為臨床實(shí)行精確放射治療的主要方式，其能夠同時(shí)滿足靶區(qū)劑量和高適形度要求，降低危及器官受照劑量，更好地保護(hù)正常組織[1-3]。但精確放射治療所帶來(lái)的陡峭劑量跌落梯度更需患者在治療過(guò)程中配合保持體位的一致性，因?yàn)槲⑿〉臄[位誤差和器官的位置變化均可對(duì)靶區(qū)和危及器官的劑量產(chǎn)生顯著影響，且此類影響無(wú)法避免[4-5]。在當(dāng)前臨床應(yīng)用中，基于錐形束CT（cone-beam CT，CBCT）的圖像引導(dǎo)放射治療可輔助治療師實(shí)現(xiàn)更精確的患者擺位，盡可能減少擺位誤差的影響，確保輻射劑量傳輸[6]。基于此，本研究探討CBCT 引導(dǎo)下擺位誤差對(duì)行IMRT 直腸癌患者實(shí)際受照劑量的影響，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2021 年2 月至2022 年12 月于北京大學(xué)國(guó)際醫(yī)院行IMRT 的12 例直腸癌患者作為研究對(duì)象。其中男7 例，女5 例；年齡45～89 歲，中位年齡66 歲。本研究已獲得醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)審核批準(zhǔn)，患者均自愿參與研究且已簽署知情同意書。

納入標(biāo)準(zhǔn)：經(jīng)組織病理學(xué)診斷為直腸癌，臨床分期為Ⅱ～Ⅲ期。排除標(biāo)準(zhǔn)：合并嚴(yán)重的內(nèi)科疾病；合并其他部位惡性腫瘤。

1.2 方法

1.2.1 CT 模擬掃描及圖像傳輸

患者取仰臥位，采用體板加熱塑模腹盆網(wǎng)進(jìn)行體位固定，雙手抱肘置于前額。在GE 16 排大孔徑螺旋CT 掃描機(jī)下行自由呼吸CT 增強(qiáng)掃描定位。掃描層厚為5 mm，掃描范圍為膈頂上5 cm 至坐骨結(jié)節(jié)，分辨率為512×512，并將3D-CT 圖像傳輸至Eclipse 13.5 治療計(jì)劃系統(tǒng)。

1.2.2 靶區(qū)勾畫和計(jì)劃設(shè)計(jì)

靶區(qū)勾畫參照腫瘤放射治療協(xié)作組織的要求，由同一名副高級(jí)職稱醫(yī)師勾畫臨床靶區(qū)（clinical tumor volume，CTV），CTV 邊界三維外擴(kuò)5 mm 形成計(jì)劃靶區(qū)（planning tumor volume，PTV）。在CT 圖像上逐層勾畫小腸、結(jié)腸、膀胱、左右股骨頭等正常組織。靶區(qū)處方劑量為95%PTV 50.4 Gy/28 次，1.8 Gy/次。由物理師在Eclipse 13.5 治療計(jì)劃系統(tǒng)上設(shè)計(jì)治療計(jì)劃，計(jì)劃完成后生成驗(yàn)證計(jì)劃，通過(guò)劑量驗(yàn)證后采用Varian True Beam 醫(yī)用直線加速器實(shí)施治療。

1.2.3 圖像獲取、匹配與校正

采用Varian True Beam 醫(yī)用直線加速器在治療前通過(guò)CBCT 掃描獲取容積影像，經(jīng)重建得到橫斷面、冠狀面和矢狀面影像，并采用骨性自動(dòng)匹配聯(lián)合手動(dòng)微調(diào)匹配將CBCT 影像與計(jì)劃設(shè)計(jì)的定位CT 影像進(jìn)行配準(zhǔn)，直至使CBCT 獲取的影像與定位CT 影像的骨性解剖結(jié)構(gòu)在3 個(gè)方位上獲得最佳重疊為止，記錄擺位誤差。患者在治療過(guò)程中前5 次每次均進(jìn)行CBCT 掃描，以后每周掃描1 次。在治療過(guò)程中，9 例患者進(jìn)行了9 次CBCT 掃描，3 例患者進(jìn)行了8 次CBCT 掃描，共進(jìn)行了105 次CBCT 掃描。

1.2.4 生成模擬計(jì)劃并分析結(jié)果

通過(guò)兩種方法模擬分次間擺位誤差對(duì)劑量分布的影響，且此兩種方法中處方劑量和優(yōu)化條件等均不改變，將配準(zhǔn)圖像后得到的擺位誤差帶入原治療計(jì)劃（Plan_O，即患者治療時(shí)所用計(jì)劃），僅改變治療中心坐標(biāo)，重新計(jì)算劑量。（1）分別在X、Y、Z方向?qū)γ坷颊叩臄[位誤差取平均值，然后將得到的平均值加入治療計(jì)劃系統(tǒng)生成計(jì)劃，模擬引入平均擺位誤差的劑量分布（Plan_A）。（2）若CBCT 次數(shù)為N，將原計(jì)劃復(fù)制為N 個(gè)計(jì)劃，且每個(gè)計(jì)劃的治療中心相對(duì)于原計(jì)劃治療中心的位移為每次CBCT 影像配準(zhǔn)后所得的擺位誤差，然后將N 個(gè)計(jì)劃的計(jì)劃劑量進(jìn)行疊加后取平均（Plan_F）。

1.3 觀察指標(biāo)

比較Plan_O 和模擬計(jì)劃（Plan_A 和Plan_F）之間的靶區(qū)PTVD98（98%的靶區(qū)體積所接受的劑量）、D95（95%的靶區(qū)體積所接受的劑量）、D2（2%的靶區(qū)體積所接受的劑量）、Dmean（平均劑量）、V50.4（接受50.4 Gy 劑量靶區(qū)所占的百分體積），膀 胱V30、V40、V50，小 腸Dmax、V20、V30、V40，結(jié)腸Dmax、V20、V30、V40及左右股骨頭V20、V30、V40的差異。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS 24.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。計(jì)量資料以±s表示，采用t檢驗(yàn)。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 擺位誤差

受患者自身狀況影響（如膀胱和直腸的充盈程度及其他器官的蠕動(dòng)），105 次CBCT 在X、Y、Z方向的擺位誤差在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，且在Z正方向的擺位誤差次數(shù)多于負(fù)方向，見圖1。X、Y、Z方向擺位誤差分別為（-0.08±2.19）mm、（-1.99±3.80）mm、（-2.69±2.13）mm，且誤差分布區(qū)間分別為-5.20～6.00 mm、-7.70～8.90 mm、-3.70～7.70 mm，見表1。

表1 X、Y、Z 方向的擺位誤差

圖1 所有患者的擺位誤差

2.2 擺位誤差對(duì)靶區(qū)及危及器官劑量的影響

Plan_F 與Plan_O 相比，靶區(qū)D98、D95、D2、Dmean和V50.4差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），且Plan_F 中 靶 區(qū)D98、D95、Dmean和V50.4均 減 少，D2稍有增加；危及器官劑量學(xué)參數(shù)中除膀胱V30，左右股骨頭V20、V30、V40外，其他參數(shù)差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），且均有增加，見表2～3。Plan_A 和Plan_O 相比，靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)除D2差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）外，其他參數(shù)均減少且差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；危及器官劑量學(xué)參數(shù)除小腸V30、V40和左右股骨頭V20、V30、V40外，其他參數(shù)均有所增加且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見表4～5。

表2 Plan_F 與Plan_O 靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)比較（±s）

表2 Plan_F 與Plan_O 靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)比較（±s）

注：PTV 為計(jì)劃靶區(qū)

PTV Plan_O Plan_F t P D98（cGy）4 997.27±31.22 4 731.16±144.35 7.14 0.000 D95（cGy）5 052.05±19.02 4 922.51±78.99 6.38 0.000 D2（cGy）5 270.68±44.21 5 291.26±48.28 -5.25 0.000 Dmean（cGy）5 168.73±22.52 5 148.3±27.66 4.58 0.001 V50.4（%）95.93±1.47 90.95±3.03 6.75 0.000

表3 Plan_F 與Plan_O 危及器官劑量學(xué)參數(shù)比較（±s）

表3 Plan_F 與Plan_O 危及器官劑量學(xué)參數(shù)比較（±s）

危及器官 Plan_O Plan_F t P膀胱V30（%）81.38±12.49 91.43±31.80 -1.35 0.210 V40（%）47.29±11.14 52.08±12.37 -5.56 0.000 V50（%）18.14±6.23 23.51±7.93 -5.66 0.000小腸Dmax（cGy）5 192.71±36.97 5 284.07±115.97 -3.28 0.007 V20（%）60.91±18.05 63.14±18.67 -2.67 0.019 V30（%）35.62±15.96 38.06±16.09 -3.80 0.004 V40（%）17.32±12.34 19.71±13.52 -3.49 0.002結(jié)腸Dmax（cGy）5 251.95±63.29 5 302.07±77.04 -3.22 0.008 V20（%）59.22±27.05 61.58±27.77 -2.82 0.015 V30（%）40.73±24.94 42.21±25.67 -3.38 0.005 V40（%）24.33±18.48 26.04±19.5 -2.75 0.006左股骨頭V20（%）55.21±22.09 54.54±22.82 0.84 0.559 V30（%）9.17±7.23 10.08±9.96 -0.84 0.344 V40（%）0.63±0.87 1.23±1.62 -2.35 0.065右股骨頭V20（%）50.48±21.31 48.99±20.59 2.05 0.051 V30（%）9.19±7.84 9.42±8.71 -0.38 0.598 V40（%）0.70±1.07 1.00±1.50 -1.39 0.086

表4 Plan_A 與和Plan_O 靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)比較（±s）

表4 Plan_A 與和Plan_O 靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)比較（±s）

注：PTV 為計(jì)劃靶區(qū)

PTV Plan_O Plan_A t P D98（cGy）4 997.27±31.22 4 807.69±115.37 5.91 0.000 D95（cGy）5 052.05±19.02 4 971.72±54.48 5.48 0.000 D2（cGy）5 270.68±44.21 5 304.44±93.62 -1.85 0.091 Dmean（cGy）5 168.73±22.52 5 158.88±27.54 2.34 0.040 V50.4（%）95.93±1.47 91.9±2.57 5.14 0.000

表5 Plan_A 與Plan_O 危及器官劑量學(xué)參數(shù)比較（±s）

表5 Plan_A 與Plan_O 危及器官劑量學(xué)參數(shù)比較（±s）

危及器官 Plan_O Plan_F t P膀胱V30（%）81.38±12.49 83.73±11.5 -4.31 0.001 V40（%）47.29±11.14 52.01±12.44 -5.24 0.000 V50（%）18.14±6.23 23.58±8.05 -5.89 0.000小腸Dmax（cGy）5 192.71±36.97 5 271.2±111.63 -2.94 0.013 V20（%）60.91±18.05 63.71±18.79 -2.44 0.042 V30（%）35.62±15.96 36.72±14.62 -0.85 0.428 V40（%）17.32±12.34 18.55±11.65 -0.84 0.282結(jié)腸Dmax（cGy）5 251.95±63.29 5 309.3±78.35 -3.30 0.007 V20（%）59.22±27.05 61.34±27.81 -2.51 0.024 V30（%）40.73±24.94 42.08±25.73 -2.93 0.011 V40（%）24.33±18.48 25.9±19.62 -2.33 0.021左股骨頭V20（%）55.21±22.09 54.26±23.21 0.95 0.451 V30（%）9.17±7.23 9.82±10.07 -0.61 0.511 V40（%）0.63±0.87 0.99±1.49 -1.60 0.186右股骨頭V20（%）50.48±21.31 48.62±21.12 2.05 0.052 V30（%）9.19±7.84 9.29±8.9 0.00 0.848 V40（%）0.70±1.07 0.80±1.52 0.00 0.586

2.3 模擬計(jì)劃與原計(jì)劃靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)的相對(duì)偏差

假設(shè)模擬計(jì)劃的靶區(qū)參數(shù)為S，原計(jì)劃靶區(qū)參數(shù)為O，根據(jù)相對(duì)偏差計(jì)算方法（S-O）/O×100%，計(jì)算得出模擬計(jì)劃與原計(jì)劃靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)的相對(duì)偏差。除靶區(qū)D2外，靶區(qū)其余參數(shù)與原計(jì)劃比均減少，見圖2。

圖2 模擬計(jì)劃與原計(jì)劃靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)的相對(duì)偏差

3 討論

IMRT 要求精確的模擬定位、精準(zhǔn)的計(jì)劃設(shè)計(jì)和治療實(shí)施[7]。在整個(gè)過(guò)程中，每個(gè)環(huán)節(jié)的細(xì)微誤差均可導(dǎo)致患者實(shí)際接收劑量出現(xiàn)偏差。擺位誤差包括系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，系統(tǒng)誤差與加速器和輔助設(shè)備的機(jī)械誤差有關(guān)，如激光燈、治療床的移動(dòng)誤差等；隨機(jī)誤差與患者本身體態(tài)變化、器官運(yùn)動(dòng)及治療師的擺位質(zhì)量有關(guān)[8-9]。越來(lái)越多的直腸癌患者采用IMRT 時(shí)需治療師在圖像引導(dǎo)下進(jìn)行精準(zhǔn)的患者擺位，以確保準(zhǔn)確的輻射劑量傳輸，否則可能因直腸癌靶區(qū)形狀及位置特殊，使周圍腸道和膀胱受到更高的照射劑量而產(chǎn)生無(wú)法逆轉(zhuǎn)的放射損傷[10-11]。CBCT 已被廣泛應(yīng)用于臨床放射治療中，不僅能夠通過(guò)位置校正減少患者定位與治療時(shí)位置的差異，還能夠有效減少分次治療中的擺位誤差，保證腫瘤靶區(qū)在照射野內(nèi)，提高靶區(qū)控制率，降低周圍正常組織的照射劑量[12]。

直腸癌患者術(shù)后的IMRT 一般需持續(xù)1 個(gè)月左右。在此期間，患者的形態(tài)、定位及治療時(shí)肌肉的松緊度、腸道的充盈度均可影響靶區(qū)的受照劑量，此類誤差無(wú)法避免。因此，盡量減少擺位誤差、提高擺位準(zhǔn)確性是目前放射腫瘤學(xué)界不斷研究的課題之一[13-14]。關(guān)于擺位誤差對(duì)靶區(qū)及危及器官劑量的影響已有很多研究[15]。通常放射治療計(jì)劃完成后，靶區(qū)與周圍的小腸、膀胱等危及器官之間劑量跌落較為陡峭，既滿足靶區(qū)高劑量的要求，又使正常組織受到最少的劑量照射。所以，在治療過(guò)程中微小的位置偏差也可導(dǎo)致整個(gè)靶區(qū)劑量的不足，還會(huì)增加正常組織受損風(fēng)險(xiǎn)[16-18]。

本研究通過(guò)回顧性分析12 例直腸癌患者共計(jì)105 次CBCT 的擺位誤差，評(píng)估了擺位誤差對(duì)患者實(shí)際劑量分布的影響。兩種模擬計(jì)劃結(jié)果均顯示，擺位誤差使靶區(qū)V50.4、D98、D95和Dmean較原計(jì)劃均有降低，膀胱、小腸和結(jié)腸的受照劑量均有增加，這與劉大海等[19]的研究結(jié)果類似。在治療中，雖要求患者遵醫(yī)囑盡量使放射治療時(shí)膀胱的狀態(tài)與CT 定位時(shí)保持一致，但每次治療時(shí)并不能保證與定位時(shí)完全一致，且由于分次間和單次內(nèi)位置的變化，靶區(qū)的位置亦存在不確定性。目前，直腸癌患者常規(guī)放射治療方式為1 次/d，5 次/周，前5 次治療前均行CBCT，后續(xù)每周1 次CBCT。若增加CBCT 頻率，則可減少擺位誤差對(duì)靶區(qū)劑量的影響，但同時(shí)亦需考慮多次CBCT 對(duì)正常組織器官造成的輻射劑量升高[20]。鑒于本科室加速器和治療床的局限，本研究?jī)H考慮了患者3 個(gè)方向的誤差，未能模擬旋轉(zhuǎn)誤差情況，希望在今后的研究中逐步完善。

綜上所述，擺位誤差的存在會(huì)降低計(jì)劃質(zhì)量，靶區(qū)及危及器官實(shí)際受照劑量與原計(jì)劃存在差異，若能在CBCT 引導(dǎo)下根據(jù)擺位誤差數(shù)值總結(jié)出誤差規(guī)律，輔助醫(yī)師調(diào)整GTV 的外擴(kuò)范圍，在臨床允許的情況下，適當(dāng)調(diào)整CBCT 次數(shù)和計(jì)劃次數(shù)，可對(duì)患者進(jìn)行更加精準(zhǔn)的個(gè)性化治療。