應用 IGRT機載 KV-CBCT校正胸腹部腫瘤調強適形放療擺位誤差的研究

傅萬凱 林友金 劉利彬 黃麗娜 吳章桂

放射治療的基本目標是努力提高放射治療的治療增益比,即最大限度地將放射線的劑量集中到病變(靶區(qū))內,殺滅腫瘤細胞,而使周圍正常組織和器官少受或免受不必要的照射[1]。調強適形放射治療(intensity modulated radiation therapy,IMRT)通過高度適形照射減少正常組織受照體積,改進劑量分布,以達到較高的治療增益比,它是 1種精確放療方式。但是,放射治療中出現(xiàn)的各種擺位誤差阻礙了調強適形放射治療精度的提高。近年來,圖像引導的放射治療(image guided rediotherapy,IGRT)的出現(xiàn),為解決擺位誤差的問題提供了 1種有效的手段。本研究應用 IGRT機載KV-CBCT實時在線校正擺位誤差,通過分析校正前后6個自由度的擺位誤差數(shù)據,研究 KV-CBCT在線校正對胸腹部腫瘤調強適形放療擺位外擴邊界值(MPTV)的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取我院 2008年 6月至 2009年 1月應用醫(yī)科達Synergy IGRT加速器治療胸腹部腫瘤 IMRT患者 28例,男性 16例,女性 12例。年齡 25～81歲,中位年齡60歲。胸部腫瘤 15例,腹部腫瘤 13例。

1.2 擺位固定

患者均取仰臥位,用體部固定架,真空墊及熱塑網膜固定,由兩名技師應用激光燈嚴格按胸腹部擺位規(guī)范擺位。

1.3 擺位誤差值的獲取和在線校正

胸腹部 CBCT掃描參數(shù)為:100～120 KV,M 20射野準直器,旋轉掃描角度 182°～260°開始,至 100°～180°結束。在患者擺位后進行第一次掃描,獲取一組校正前的 X線容積圖像(x-ray volumetric images,XVI),通過處理軟件將 XVI與計劃 CT圖像的靶中心進行匹配,獲得患者 X(左右)、Y(頭腳 )、Z(前后)3個方向的線性擺位誤差和分別繞 X、Y、Z軸旋轉形成的U、V、W旋轉擺位誤差。將得到的這 6個自由度的擺位誤差數(shù)據,輸入 6自由度治療床進行誤差校正,校正后再掃描一次 CBCT,獲得另一組校正后的 XVI,并重新匹配。

1.4 統(tǒng)計方法

應用 SPSS 17.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據分析。計算所有患者的個體擺位誤差(每位患者的擺位誤差)和群體擺位誤差(全組患者的擺位誤差)。根據 Stroom等[2,3]的定義:個體系統(tǒng)誤差以該患者每次擺位誤差平均值表示,個體隨機誤差以該患者每次擺位誤差標準差表示;個體系統(tǒng)誤差和隨機誤差均數(shù)分別表示群體系統(tǒng)誤差和隨機誤差。擺位外擴邊界值(MPTV),按van Herk等[4,5]的推理公式 MPTV=2.5∑+0.7δ計算,意義為使 99%臨床靶區(qū)至少達到 95%的處方劑量,∑為系統(tǒng)誤差的標準差,δ為隨機誤差的標準差。

2 結果

28例患者共獲得 668組 XVI圖像,得出 X、Y、Z、U、V、W 6個自由度方向在校正前后的擺位誤差數(shù)據各 334組,校正后各方向誤差值均較校正前明顯變小。校正前后 28例患者的群體擺位誤差見表 1,計算得出X、Y、Z方向的 MPTV值,校正后較校正前分別減少2.81、7.18、4.79mm,見表 2。

表1 28例患者校正前后群體擺位誤差比較(系統(tǒng)誤差 ±隨機誤差)

表2 校正前后擺位擴邊的估計 (mm)

3 討論

放射治療是惡性腫瘤的主要治療手段之一,IMRT是 1種高精度的放療,靶區(qū)內劑量能按處方要求分布,高劑量區(qū)緊緊包繞靶區(qū),劑量梯度變化較大。但是在放射治療程中,由于擺位誤差的存在,可能造成靶區(qū)漏照,也可能使得高劑量區(qū)移到危險器官的區(qū)域內,造成嚴重并發(fā)癥或后遺癥。ICRU24號報告指出靶區(qū)照射劑量偏離 5%就有可能使原發(fā)灶失控或并發(fā)癥增加[6]。因此,能否降低放射治療中的擺位誤差是精確放療成敗的關鍵。胸腹部腫瘤較之頭頸部腫瘤易受呼吸運動、體位固定、皮膚牽拉、輪廓改變、體表標志清晰度等諸多原因影響,造成擺位重復性差,擺位誤差較大,而且胸腹部腫瘤的靶區(qū)范圍通常比較大,擺位誤差對放療中腫瘤受量影響大,因此,為提高腫瘤受量,減輕正常組織的反應,需要更加精確的放療。

圖像引導放療(IGRT)是三維適形放療(3D-CRT)和調強放療(IMRT)之后又一新的放療技術。該技術最大的特征為:在分次擺位時和(或)治療中采集圖像和(或)信號,引導此次治療和(或)后續(xù)分次治療[7]。本研究應用的醫(yī)科達 Synergy IGRT加速器配備了千伏級錐形束 CT(KV-CBCT)和 6自由度治療床,可以實時在線校正等中心三維方向線性擺位誤差和相應的旋轉擺位誤差。本研究中,校正前的 MPTV值在 Y軸最大,達到了 8.5mm,經分析我們認為,胸腹部放療擺位雖然采用了真空墊和熱塑網膜固定,但是由于胸腹部呈圓桶狀,擺位時患者身體與真空墊和熱塑網膜之間的相對位置很難保持一致,是導致頭腳方向誤差較大的主要原因。經過在線校正,校正后的 MPTV值都在 1.5 mm以內,Y軸更是減少了 7.18 mm,使得放療的精確性大大提高。

總之,應用 IGRT機載 KV-CBCT進行在線校正,可以有效減小胸腹部腫瘤放療中出現(xiàn)的擺位誤差,提高放療的精確性,而且該系統(tǒng)的射線利用率較高,患者接受的射線劑量較少。但是 KV-CBCT仍有其不足之處,它所獲取的 XVI圖像較之先進的診斷 CT還有較大差距,XVI和計劃CT獲取的圖像僅為某一時段的圖像,這 2個不同時段獲取的圖像不完全相同,呼吸活動、空腔臟器充盈度的影響,治療期間腫瘤退縮,患者輪廓的改變,這些因素都會造成匹配時產生誤差。而且胸腹部腫瘤在放療中,靶區(qū)位置隨著呼吸、心跳還會產生運動,也增加了放療的不確定性。如何克服這些不利因素,提高放療的精確性,還有待進一步的研究。

[1] 殷蔚伯,余子豪,徐國鎮(zhèn),等主編.腫瘤放射治療學〔M〕.第 4版.北京:中國協(xié)和醫(yī)科大學出版社,2008:149.

[2] Stroom JC,de Boer JC,Hujzenga H,et al.Inclusion of geometrical nucertainties in radiotherapy treatment p lanning by means of coverage probability〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Phys,1999,43:905.

[3] Stroom JC,Heijmen BJ.Geometrical uncertainties,radiotherapy p lanningmargins,and the ICRU-62 report〔J〕.Radiother Oncol,2002,64:75.

[4] van Herk M,Remeijer P,Lebesque JV.Inclusion of geometric uncertainties in treatment plan evaluation〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Phys,2002,52(5):1407.

[5] van Herk M,Remeijer P,Lebesque JV.Errors andmargins in radiotherapy〔J〕.Semin Rasiat Oncol,2004,14:52.

[6] 胡逸民主編.腫瘤放射物理學〔M〕.第 1版.北京:原子能出版社,1999:613～615.

[7] 戴建榮,胡逸民.圖像引導放療的實現(xiàn)方式〔J〕.中華放射腫瘤學雜志,2006,15(2):132.