頭頸部腫瘤擺位誤差對調(diào)強放療計劃的影響

鄭 茁 陳傳本 陳荔莎 張 瑜 費召東

放射治療聯(lián)合化療是頭頸部腫瘤的主要治療手段之一。調(diào)強放射治療(IMRT)則代表了現(xiàn)代放射治療最主要的技術(shù)進步之一。它借助計算機，利用非均等強度射線束對劑量進行優(yōu)化，最終獲得較好的劑量分布［1］。調(diào)強放療計劃實施時劑量分布在理論上能以高幾何精度形式被傳遞到患者體內(nèi)，但實際操作中卻受到分次間擺位誤差等不確定因素影響，模糊了靶區(qū)邊緣的劑量分布［2］。鑒于調(diào)強放療劑量梯度在腫瘤邊緣的高梯度變化(high dose gradients)，在IMRT計劃的執(zhí)行過程中，受擺位誤差引起的劑量分布改變會比常規(guī)放療更為明顯，由此可能導(dǎo)致意想不到的并發(fā)癥或因腫瘤邊緣劑量不足而引起復(fù)發(fā)。在本研究中，通過應(yīng)用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(jù)，研究擺位誤差對調(diào)強放療計劃的影響。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

2010年1月至2010年9月205例頭頸部腫瘤患者在我院接受束流調(diào)強放療。其中男150例，女55例;年齡19～82歲，中位49歲。初診鼻咽癌122例，復(fù)發(fā)鼻咽癌55例;初診喉癌5例，喉癌術(shù)后1例;初診鼻腔癌5例，術(shù)后3例;下咽癌4例;舌癌2例;上頜竇癌2例;腮腺癌術(shù)后2例;口底癌1例;扁桃體癌1例;原發(fā)灶不明右頸淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移癌1例;甲狀腺癌術(shù)后殘留1例。

1.2 放療前準備

205例患者均取仰臥位，頭墊C/B枕于舒適體位，采用頭頸肩T形熱塑面罩固定。根據(jù)調(diào)強放射治療照射范圍選擇參考等中心層面，采用三維激光燈標記一前、兩側(cè)等中心體表標記，并行層厚3mm定位增強CT掃描。增強掃描圖像通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)接媱澫到y(tǒng)。在計劃系統(tǒng)應(yīng)用融合軟件行MRI-CT融合后勾畫靶區(qū)。

1.3 擺位誤差的測量

所有患者均接受(Synergy、瑞典醫(yī)科達公司)直線加速器束流調(diào)強放療，該治療床為6維治療床，可以在線糾正左右(X軸)、頭腳(Y軸)和前后(Z軸)3個方向的平移擺位誤差及以X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)所形成的旋轉(zhuǎn)擺位誤差。每位患者治療前及治療中每周1次(共6次)行CBCT掃描并獲取圖像。所獲得的容積CT圖像與計劃容積CT圖像進行骨性匹配。由醫(yī)科達的XVI軟件獲得左右(X軸)、頭腳(Y軸)和前后(Z軸)3個方向的平移擺位誤差及以X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)所形成的旋轉(zhuǎn)擺位誤差，并以等中心點作為參考點移動治療床來校正擺位誤差。

1.4 擺位誤差引起劑量變化的獲取

根據(jù)XVI(X線容積圖像)軟件獲得的擺位誤差數(shù)據(jù)，在計劃軟件(Philips公司Pinnacle 8.0版)上通過調(diào)整機架、準直器、治療床來模擬擺位誤差重新評估治療計劃。評價指標包括原發(fā)腫瘤計劃靶區(qū)(GTV-T-P)的平均劑量(Dm)、包含95%體積的劑量(D95);腦干(D1%)及D1cc;脊髓(D1%)及D1cc;雙側(cè)腮腺的平均劑量Dm及V30。

1.5 統(tǒng)計學(xué)處理

應(yīng)用SPSS16.0軟件和采用配對t檢驗及方差分析進行統(tǒng)計分析。顯著性檢驗均為雙側(cè)檢驗，顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 CBCT配準后6個自由度的擺位誤差

205例頭頸部腫瘤患者CBCT配準后6個自由度的擺位誤差見表1。Y軸、Z軸平移誤差較X軸平移誤差大(P=0.013)。Y軸旋轉(zhuǎn)所形成的旋轉(zhuǎn)擺位誤差較X、Z軸大(P＜0.001)。

表1 205例頭頸部腫瘤患者CBCT配準后6個自由度的擺位誤差)

表1 205例頭頸部腫瘤患者CBCT配準后6個自由度的擺位誤差)

自由度 擺位誤差(mm或度)95%CI X軸平移誤差Y軸平移誤差Z軸平移誤差X軸旋轉(zhuǎn)誤差Y軸旋轉(zhuǎn)誤差Z軸旋轉(zhuǎn)誤差1.02±0.83 1.28±1.08 1.27±1.06 0.79±0.67 1.00±0.82 0.73±0.68 0～3.0 0～4.09 0.15～4.0 0～2.20 0～3.17 0～2.09

2.2 擺位誤差引起的劑量學(xué)變化

205例頭頸部腫瘤患者擺位誤差引起的劑量學(xué)變化見表2。原發(fā)腫瘤計劃靶區(qū)Dm差異無統(tǒng)計學(xué)意義，D95變化差異有統(tǒng)計學(xué)意義，但其平均變化率僅為2.18%。患者腦干(D1%)、脊髓(D1%及D1cc)及右腮腺(Dm)受量變化差異亦有統(tǒng)計學(xué)意義。

表2 205例頭頸部腫瘤患者擺位誤差引起的劑量學(xué)變化

2.3 DVH圖(劑量體積直方圖)變化及CT斷面等劑量線偏移

比較了患者原始計劃與擺位誤差模擬校正后計劃DVH圖及CT斷面等劑量線的偏移圖，表明基于CBCT條件下測得的擺位誤差對患者實際照射過程中靶區(qū)及危險器官的放射劑量有影響。其中1例患者擺位誤差校正前后DVH圖(圖1)及CT斷面等劑量線的偏移。(圖2)。

3 討論

放射治療劑量的精確非常重要，盡管目前很少有臨床證據(jù)說明調(diào)強放射治療應(yīng)該精確到什么樣的程度，但通常能接受的是劑量給量精度應(yīng)控制在5%以內(nèi)［3］。ICRU24號報告，靶區(qū)照射劑量的變化劑量偏離5%就有可能使腫瘤放療的有效率下降及正常組織并發(fā)癥的發(fā)生率增加［4］?？梢韵嘈?，與常規(guī)放療相比，調(diào)強放射治療采用的是比較陡峭的梯度劑量，而且這種陡峭的劑量分布臨近腫瘤和重要器官邊界，因此劑量的不確定性比較大。

治療擺位的目的在于重復(fù)模擬定位時的體位，并加以固定，以期達到重復(fù)計劃設(shè)計時確定的靶區(qū)、危險器官和射野的空間位置關(guān)系，保證射線束對準靶區(qū)照射。但實際情況是盡管采取各種輔助擺位裝置，并嚴格按照操作規(guī)程擺位，擺位誤差可能有數(shù)毫米，甚至更大［5～7］。如Gilbeau等研究發(fā)現(xiàn)頭頸部治療IMRT實施過程中存在2～5mm的擺位誤差［5］。由于IMRT腫瘤邊緣劑量梯度陡峭，其可能導(dǎo)致腫瘤及周邊組織劑量偏離處方劑量的可能性更高。

當(dāng)前大多數(shù)臨床診療中心針對擺位誤差，采用的處理方法是根據(jù)ICRU60號報告，為補償器官和患者移動及擺位不精確的影響，在腫瘤靶區(qū)及臨床靶區(qū)外放一定的間距而形成計劃靶區(qū)(plan target volume，PTV)，該間距的寬度足以保證即使存在靶區(qū)運動和擺位誤差的情況，靶區(qū)亦不會漏照。盡管這種方法簡單易行，但卻是非常消極的，因為這是以擴大照射范圍，累及更多的正常組織尤其是危險器官的受照為代價的。更為積極的處理方法應(yīng)是采用某種技術(shù)手段探測擺位誤差，并采取相應(yīng)的措施予以應(yīng)對。當(dāng)前一些學(xué)者提出對于分次治療間的擺位誤差，可采用在線較位或自適應(yīng)放療技術(shù)。

Han等［8］利用每日螺旋CT掃描圖像評估頭頸部腫瘤IMRT實施過程中的擺位誤差對腮腺及脊髓計劃劑量變化的影響。如果不對擺位誤差校正，每日腮腺中位劑量及脊髓最大照射劑量均較原計劃明顯增加。O’Daniel等［9］設(shè)計了一項研究探討建立在每日CT影像引導(dǎo)的校正頭頸部腫瘤調(diào)強放療擺位誤差的獲益情況。若未進行三維影像引導(dǎo)放療，病灶同側(cè)腮腺和對側(cè)腮腺照射劑量比原計劃劑量分別增加3Gy和1Gy。使用三維影像引導(dǎo)放療，可以使91%的患者腮腺所受的平均劑量降低。Wang等［10］研究了鼻咽癌CBCT引導(dǎo)的IMRT在線校正效應(yīng)，從不同水平評估擺位誤差和計劃靶區(qū)邊界的變化。他們發(fā)現(xiàn)未校正前，計劃靶區(qū)邊界偏差約5～6mm，在線校正后，這種偏差可以減少到3mm。

筆者基于本中心現(xiàn)有條件下，采用直線加速器匹配的CBCT于患者治療前掃描，掃描后獲取圖像經(jīng)XVI軟件獲得左右(X軸)、頭腳(Y軸)和前后(Z軸)3個方向的平移擺位誤差及以X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)所形成的旋轉(zhuǎn)擺位誤差。根據(jù)XVI軟件獲得的擺位誤差數(shù)據(jù)，在本院放療計劃軟件上通過調(diào)整機架、準直器、治療床來模擬擺位誤差重新評估治療計劃。筆者發(fā)現(xiàn)受擺位誤差的影響，患者腦干、脊髓受量變化差異有統(tǒng)計學(xué)意義，腮腺受量變化差異亦有統(tǒng)計學(xué)意義，但都沒有超出規(guī)定的劑量限定。原發(fā)腫瘤計劃靶區(qū)平均受量差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義，其D95統(tǒng)計結(jié)果有明顯差異，但平均變化率僅為2.18%，未達到所認可的能夠影響局控精度5%甚至以上。而且患者放射治療過程中，隨著技術(shù)員對患者的熟悉以及擺位的熟練程度，患者分次治療間的擺位誤差有可能減小。

Lee等［11］分析了10例患者由于放療過程中靶區(qū)與危及器官變形及移位影響腮腺實際受量情況。他們發(fā)現(xiàn)每次放療腮腺實際受量與原計劃劑量相差約15%。10例患者腮腺原計劃受照劑量約29.7Gy，但實際放療結(jié)束時腮腺的累計受照劑量為32.7Gy，增幅約為10%。Hansen等［12］同樣報道了13例頭頸部腫瘤調(diào)強放療研究結(jié)果，12例患者GTV-P和CTV-1-P劑量較初始計劃劑量有所降低，分別降低0.8～6.3 Gy和0.2～7.4Gy，13例患者脊髓和11例患者腦干的最大劑量較初始計劃劑量均有所增加，分別為0.2～15.4Gy和0.6～8.1Gy。

本研究采用CBCT監(jiān)測整個放療過程中的不確定性，包括放療過程中靶區(qū)與危險器官變形及移位，實現(xiàn)適應(yīng)性放射治療，可能比單純用于監(jiān)測分次治療間的擺位誤差更有意義。通過CBCT掃描測量擺位誤差并模擬擺位誤差對患者腫瘤靶區(qū)及正常組織放療受量的影響，認為調(diào)強放療中擺位誤差無論對靶區(qū)還是正常組織的劑量分布都產(chǎn)生影響，而正常組織的劑量和靶區(qū)相比受擺位誤差的影響更大。因此，在調(diào)強計劃中對危險器官的劑量評估要充分考慮到擺位誤差的影響。

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