基于IGRT的宮頸癌調(diào)強(qiáng)放射治療擺位誤差對(duì)劑量學(xué)影響的探討

薛艷青，王 楓，鄭慶增，張建春，申夏夏，朱曉華

（1.北京老年醫(yī)院放射治療科，北京 100095；2.北京全域醫(yī)療技術(shù)有限公司，北京 100013）

0 引言

宮頸癌是女性最常見(jiàn)的生殖道惡性腫瘤，其發(fā)病率僅次于乳腺癌。據(jù)2014年世界衛(wèi)生組織報(bào)告，我國(guó)女性宮頸癌的發(fā)病率和死亡率位居世界第二位。早期宮頸癌大部分選擇手術(shù)治療，中晚期、不能耐受手術(shù)的宮頸癌患者通常采用綜合治療，即同步放化療聯(lián)合腔內(nèi)照射。調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)治療宮頸癌的優(yōu)勢(shì)日益突出，在保護(hù)膀胱、直腸、股骨頭等危及器官的前提下能夠給予腫瘤靶區(qū)致死劑量，從而達(dá)到治愈腫瘤的目的[1]。雖然放射治療作為目前治療宮頸癌的有效方法廣泛應(yīng)用于臨床，但由擺位誤差導(dǎo)致的精度降低成為治療成敗的關(guān)鍵。調(diào)強(qiáng)放射治療過(guò)程中存在的機(jī)械誤差、不同體位固定技術(shù)的擺位誤差、患者治療過(guò)程中的不自主運(yùn)動(dòng)等因素都在不同程度上影響放射治療精度，從而影響放療計(jì)劃的實(shí)施，降低腫瘤控制率[2]。為了進(jìn)一步提高放射治療精度，越來(lái)越多的方法和改善技術(shù)不斷出現(xiàn)，如圖像引導(dǎo)調(diào)強(qiáng)放射治療（image guided radiation therapy，IGRT）和圖像引導(dǎo)的自適應(yīng)放射治療（adaptive radiation therapy，ART）等。其中IGRT技術(shù)利用治療前采集的患者kV級(jí)錐形束CT（cone beam CT，CBCT）三維圖像與治療計(jì)劃的CT圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，從而得到實(shí)時(shí)的患者擺位誤差，以指導(dǎo)技術(shù)員進(jìn)行誤差校準(zhǔn)，從而達(dá)到精確治療的目的。

本研究主要探討圖像引導(dǎo)下的宮頸癌調(diào)強(qiáng)放射治療，總結(jié)宮頸癌患者放射治療的擺位誤差并通過(guò)計(jì)劃系統(tǒng)重新生成計(jì)劃與原計(jì)劃進(jìn)行對(duì)比，分析擺位誤差對(duì)劑量分布的影響。

1 資料與方法

1.1 病例基本資料

入組2014年7月至2015年12月病理確診為中晚期的宮頸癌患者20例，年齡范圍為43～67歲，中位年齡55歲，根據(jù)國(guó)際婦產(chǎn)科聯(lián)盟（International Federation of Gynecology and Obstetrics，F(xiàn)IGO）分期標(biāo)準(zhǔn)，10例ⅢB期、7例ⅡB期、2例ⅢA期、1例ⅡA期。20例患者均無(wú)放射治療禁忌證并簽署了知情同意書，患者KPS評(píng)分≥70分，心、肝、腎功能均無(wú)異常。

1.2 計(jì)劃CT圖像獲取

20例宮頸癌患者均采用CT模擬定位，取仰臥位，體部熱塑網(wǎng)膜配合專用體架固定體位，每位患者掃描前均由家屬簽字再行靜脈注射碘海醇后做增強(qiáng)掃描，掃描范圍從T8至S5，層厚為5 mm。掃描完成后將CT圖像通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸至Pinnacle9.2放射治療計(jì)劃系統(tǒng)。醫(yī)生根據(jù)經(jīng)驗(yàn)并參考相關(guān)影像資料進(jìn)行靶區(qū)勾畫，然后物理師進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)。

1.3 計(jì)劃設(shè)計(jì)參數(shù)

宮頸癌通常采用7野照射。要求95%計(jì)劃靶區(qū)（planning target volume，PTV）體積最低的照射劑量45 Gy，每次 1.8～2 Gy，共 25 次，接受≥45 Gy的體積占總體積的百分比用V45表示，以此類推，要求膀胱和直腸 V45＜50%，股骨頭 V45＜5%，小腸 V30＜40%、V40＜30%，結(jié)腸最大劑量Dmax小于47 Gy。在綜合考慮各種因素后給予適當(dāng)?shù)姆执蝿┝?，盡可能使靶區(qū)達(dá)到目標(biāo)設(shè)定的劑量，以提高腫瘤的局部控制率。危及器官的劑量受PTV大小、患者病情、腫瘤的病理情況等的影響，靶區(qū)越大危及器官應(yīng)給予較高的耐受劑量。

評(píng)估治療計(jì)劃由腫瘤醫(yī)師和物理師共同完成，主要依據(jù)劑量體積直方圖（dose volume histogram，DVH）和等劑量分布圖及靶區(qū)適形度和均勻性。點(diǎn)劑量分析是醫(yī)生常用的方法，要求劑量熱點(diǎn)不能落在膀胱或直腸壁上，PTV內(nèi)無(wú)劑量冷點(diǎn)。20個(gè)病例均按以上要求設(shè)置目標(biāo)函數(shù)，優(yōu)化過(guò)程中盡量達(dá)到醫(yī)生要求。

1.4 CBCT圖像獲取及配準(zhǔn)

本文采用醫(yī)科達(dá)Synergy-M型IGRT加速器的機(jī)載影像系統(tǒng)進(jìn)行CBCT掃描。打開(kāi)X線容積成像（X-ray volume images，XVI）系統(tǒng)，采用 M20 準(zhǔn)直器、F1濾線器，曝光條件為120 kV、80 mA，機(jī)架掃描角度為-180～180°，掃描長(zhǎng)度上下 13 cm，包括膀胱、直腸、宮旁淋巴結(jié)、宮頸、陰道及股骨頸等正常組織。在完成首次擺位后，將患者擺位獲得的影像與計(jì)劃CT圖像進(jìn)行配準(zhǔn)融合，根據(jù)骨性標(biāo)志和腫瘤靶區(qū)的形態(tài)和位置，采用自動(dòng)和手動(dòng)2種匹配方式配準(zhǔn)得到患者的 X（左右）、Y（頭腳）、Z（腹背）三維平移誤差以及旋轉(zhuǎn)擺位誤差。旋轉(zhuǎn)誤差超過(guò)3°需考慮重新擺位，由于其主要與治療床的穩(wěn)定性有關(guān)，常規(guī)操作不會(huì)超過(guò)3°，故本文只討論平移誤差對(duì)治療精度的影響。

掃描后XVI系統(tǒng)顯示實(shí)時(shí)影像，自動(dòng)和手動(dòng)配準(zhǔn)計(jì)劃CT圖像和實(shí)時(shí)CBCT圖像，通過(guò)XVI系統(tǒng)計(jì)算出具體誤差。平移方向的誤差若超過(guò)一定范圍（體部一般5 mm）則需要重新擺位，盡量減小擺位誤差。每個(gè)患者均連續(xù)3次采集放射治療前的CBCT圖像，計(jì)算3次采集到的擺位誤差的平均值。

1.5 生成模擬計(jì)劃

20例宮頸癌患者每周進(jìn)行1次IGRT治療，分別記錄校正前、校正后和治療后3種誤差。校正前誤差為首次擺位后的誤差，校正后誤差為擺位誤差糾正后的誤差，治療后誤差為治療結(jié)束后的誤差。擺位誤差又分為系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，一般情況下，若誤差超過(guò)約定范圍，則需校正后患者方能進(jìn)行治療。將校正后XVI系統(tǒng)得到的誤差反向輸入計(jì)劃系統(tǒng)，在計(jì)劃系統(tǒng)上改變照射野等中心參數(shù)并引入三維方向上的擺位誤差數(shù)據(jù)，其他參數(shù)不變，重新計(jì)算劑量，但不重新優(yōu)化，照射野的角度及目標(biāo)函數(shù)等參數(shù)與原計(jì)劃完全一致。腫瘤靶區(qū)和危及器官劑量線分布的改變只反映擺位誤差的影響，相當(dāng)于只改變患者體位。這種含有誤差而生成的計(jì)劃稱為模擬計(jì)劃。

1.6 模擬計(jì)劃評(píng)估

利用DVH對(duì)原計(jì)劃與模擬計(jì)劃的PTV、危及器官的受照劑量進(jìn)行劑量學(xué)統(tǒng)計(jì)分析。評(píng)估參數(shù)包括：PTV的Dmax、最小劑量Dmin和平均劑量Dmean。評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)包括PTV的均勻性指數(shù)（homogeneity index，HI）和適形度指數(shù)（conformity index，CI），其范圍為 0～1，等于1時(shí)最理想，等于0時(shí)最差[3]。

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

擺位誤差數(shù)據(jù)用系統(tǒng)誤差±隨機(jī)誤差（xˉ±s）表示。運(yùn)用SPSS 17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。誤差分析采用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 擺位誤差分析

20例宮頸癌患者調(diào)強(qiáng)放射治療中每周進(jìn)行1次CBCT掃描（共5次），校正前和校正后均為100次，治療后65次，20例患者共行265次CBCT掃描。圖1、2為1例患者進(jìn)行IGRT治療時(shí)采集的配準(zhǔn)后的圖像（包括橫斷面、冠狀面和矢狀面3個(gè)斷層圖），通過(guò)骨性標(biāo)志來(lái)觀察重合程度。表1～3分別為校正前、校正后和治療后的擺位誤差值。擺位誤差的統(tǒng)計(jì)數(shù)值均為絕對(duì)值，其中分次間誤差指治療時(shí)患者解剖位置與模擬計(jì)劃之間的差別，分次內(nèi)誤差指患者治療過(guò)程中因器官運(yùn)動(dòng)或體位移動(dòng)導(dǎo)致的位移誤差。因此擺位校正前和校正后的誤差可為分次間誤差，校正后與治療后的誤差可為分次內(nèi)誤差。X、Y、Z方向分次間誤差分別為（2.65±1.11）mm/（1.37±0.75）mm、（5.36±2.60）mm/（1.89±1.49）mm、（2.95±1.26）mm/（1.50±0.62）mm。表 2、3數(shù)據(jù)表明，治療過(guò)程中宮頸癌的擺位誤差在頭腳方向最大，校正前最大值達(dá)到了12.21 mm。這是由于模擬定位與治療時(shí)膀胱及直腸的充盈程度有所不同導(dǎo)致的分次間頭腳方向誤差較大[4]。

圖1 IGRT冠狀面和橫斷面掃描圖像

圖2 IGRT冠狀面和矢狀面掃描圖像

表1 20例宮頸癌患者校正前擺位誤差mm

表2 20例宮頸癌患者校正后擺位誤差mm

表3 20例宮頸癌患者治療后擺位誤差mm

2.2 擺位誤差對(duì)PTV照射劑量的影響

擺位誤差使PTV的Dmin和Dmean分別減少139.29和48.19 cGy，表明擺位誤差明顯降低了95%的PTV體積受照劑量，與原計(jì)劃相比偏差為5.12%[（98.63±1.90）%VS（93.51±1.78）%]，詳見(jiàn)表 4。

表4 擺位誤差對(duì)PTV照射劑量的影響

2.3 擺位誤差對(duì)相關(guān)危及器官劑量學(xué)參數(shù)的影響

誤差修正降低了膀胱和直腸的受量，但對(duì)小腸受照劑量無(wú)明顯改變，詳見(jiàn)表5。因股骨頭離靶區(qū)較遠(yuǎn)，本研究未詳細(xì)討論股骨頭受照劑量問(wèn)題，而結(jié)腸因患者個(gè)體差異及腫瘤大小不同不能進(jìn)行系統(tǒng)的評(píng)估。

表5 擺位誤差對(duì)相關(guān)危及器官劑量學(xué)參數(shù)的影響%

2.4 評(píng)估劑量變化

將得到的擺位誤差數(shù)據(jù)輸入計(jì)劃系統(tǒng)，在原計(jì)劃的CT圖像上按原有條件重新計(jì)算，生成模擬計(jì)劃。分析原計(jì)劃與模擬計(jì)劃的PTV和危及器官受量，醫(yī)生根據(jù)DVH和患者計(jì)劃斷層圖像，初步判斷PTV的靶區(qū)適形度和劑量均勻性。1例患者的原計(jì)劃和模擬計(jì)劃在同一個(gè)CT層面圖的等劑量分布如圖3所示。由圖3可看出，原計(jì)劃靶區(qū)適形度較好，而模擬計(jì)劃適形度變差，且出現(xiàn)高量。該對(duì)比表明擺位誤差不僅使PTV劑量降低，還增加了危及器官的受照體積，同時(shí)影響了靶區(qū)適形度和均勻性。

圖3 1例患者原計(jì)劃和模擬計(jì)劃的等劑量分布

3 討論

放射治療過(guò)程中，每一流程都存在一定誤差。誤差不可避免，只能盡量減小。系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差構(gòu)成了患者分次治療過(guò)程中的擺位誤差。雖然調(diào)強(qiáng)放射治療精度較高，但在治療過(guò)程中，擺位的重復(fù)性差異和腫瘤周圍正常器官的移動(dòng)與變化仍是限制放射治療精度提高的因素，較小的誤差都會(huì)導(dǎo)致靶區(qū)或危及器官劑量較大的改變。ICRU24號(hào)報(bào)告表明：靶區(qū)照射劑量分布偏離5%就有可能使原發(fā)灶失控或并發(fā)癥增加[5-7]。治療過(guò)程中擺位誤差過(guò)大會(huì)導(dǎo)致靶區(qū)劑量不足或漏照、危及器官劑量過(guò)高，影響療效，還可能導(dǎo)致患者嚴(yán)重的放射反應(yīng)，降低生存率和后期的生存質(zhì)量。

本研究中20例患者的數(shù)據(jù)表明，宮頸癌調(diào)強(qiáng)放射治療擺位誤差在X、Y和Z方向上有較大的差別：兩側(cè)骨性結(jié)構(gòu)限制了X方向的誤差，因此，X方向誤差相對(duì)較小；Y方向誤差最大，直腸和膀胱的充盈程度是Y方向誤差的主要因素；而Z方向的誤差主要由呼吸及器官運(yùn)動(dòng)造成。校正前和治療后X、Y和Z方向線性誤差比較，治療后各方向均顯著低于校正前。同時(shí)擺位誤差使PTV體積劑量降低，并且增加了膀胱、直腸等危及器官的受量。

由于條件限制，本研究中沒(méi)有詳細(xì)探討宮頸癌患者分次間膀胱和直腸的充盈程度對(duì)靶區(qū)的影響，而是采取在治療前的固定時(shí)間喝水以保證膀胱的充盈度，在每天的相近時(shí)間治療以保證直腸的充盈度。在實(shí)際治療中，腫瘤靶體積的變化也是影響劑量變化的一個(gè)因素。而影響膀胱、直腸和腫瘤靶體積的實(shí)際劑量因素比較多也比較復(fù)雜，這些因素導(dǎo)致的劑量變化及其他影響有待進(jìn)一步探索與研究。另外，本研究中未具體探討旋轉(zhuǎn)誤差對(duì)宮頸癌的調(diào)強(qiáng)放射治療劑量的影響，但在實(shí)際放射治療擺位時(shí)，為減少旋轉(zhuǎn)誤差對(duì)治療劑量的影響，要求患者任一方向旋轉(zhuǎn)角度大于等于3°時(shí)，需重新擺位并掃描通過(guò)后再實(shí)施調(diào)強(qiáng)放射治療[8-9]。

綜上所述，在放射治療過(guò)程中應(yīng)充分考慮擺位誤差對(duì)患者劑量的影響，利用IGRT技術(shù)來(lái)減少患者治療時(shí)的擺位誤差，可提高腫瘤治療精度，從而保證患者安全有效地進(jìn)行放射治療。本研究通過(guò)對(duì)宮頸癌患者的擺位誤差進(jìn)行分析，為下一步確定計(jì)劃靶區(qū)（planning target volume，PTV）合適的外擴(kuò)邊界打下基礎(chǔ)。