螺旋斷層放射治療胰腺癌擺位誤差分析

何 蕾，孫顯松，于 浪，王欣海，胡 克，邱 杰，張福泉

(中國醫(yī)學科學院 北京協(xié)和醫(yī)學院 北京協(xié)和醫(yī)院 放射治療科， 北京 100730)

胰腺癌(pancreatic carcinoma)是一種惡性程度高、預后差的消化系統(tǒng)惡性腫瘤。因胰腺鄰近大血管，腫瘤發(fā)展迅速，早期診斷困難，大部分患者確診時已失去手術(shù)切除的機會。所以，放射治療是晚期胰腺癌的主要治療手段之一，并且對腫瘤的局部控制、緩解疼痛等治療效果明顯，國內(nèi)外多數(shù)專家、學者早已達成共識[1]。螺旋斷層放射治療[(helical) tomotherapy,HT]是一種全新的技術(shù)，具有獨特的同源雙束設計，實現(xiàn)了集高精度放射線療法(intensity modulated radiation therapy,IMRT)和影像引導放射治療(image guide radiation therapy,IGRT)于一體的放療設備[2]。為保證腫瘤靶區(qū)照射的精準，保護臨近危及器官，治療前均用兆伏級電子計算機斷層掃描(megavoltage computed tomography, MVCT)掃描獲取的圖像與定位CT圖像進行配準，以達到更好的修正擺位誤差的目的[3]。本文對23例接受螺旋斷層調(diào)強放射治療的胰腺癌患者的影像引導擺位誤差數(shù)據(jù)進行整理分析，計算臨床靶區(qū)(clinical target volume, CTV)到計劃靶區(qū)(planning target volume,PTV)的邊界(margin)外放。

1 材料與方法

1.1 研究對象

選取2015年5月至2019年7月在北京協(xié)和醫(yī)院放療科應用tomotherapy治療的胰腺癌患者23例，其中女11例、男12例，年齡19～82歲，中位年齡64歲。患者一般情況較好，所有患者KPS評分≥70分。

1.2 方法

1.2.1 CT定位和計劃設計：患者仰臥位，雙手抱肘置于頭上，采用熱塑成形體部固定架對患者體位進行體位固定，在膜體上勾畫出3個“十字”標記線作為擺位治療標記。用16排80 cm大孔徑CT模擬機(Briliance公司)，層厚5 mm，進行定位掃描，將獲取圖像傳送至Eclipse治療計劃系統(tǒng)(瓦里安公司)上由醫(yī)生進行靶區(qū)及危及器官的勾畫，并設定劑量及分割方式、危及器官限量等。傳輸至tomotherapy4.2.3計劃系統(tǒng)進行治療計劃設計，經(jīng)臨床醫(yī)生批準后，行劑量驗證，驗證通過后即可實施治療。

1.2.2 數(shù)據(jù)獲?。悍派渲委熐坝蓛擅紟煱凑諗[位要求進行擺位，每次治療前均行一次MVCT掃描。再將掃描后獲取的MVCT與定位CT圖像進行自動配準。首次治療由主管醫(yī)生觀察自動配準圖像在橫斷面、矢狀面和冠狀面上與定位CT上相應的配準區(qū)域是否獲得最佳重疊，如自動配準不理想時可進行人工配準。首先根據(jù)骨性標記將已掃描獲取的MVCT圖像與定位CT圖像進行配準，然后根據(jù)兩幅圖像中的靶區(qū)和危及器官的實際重疊情況進行手動調(diào)整和修正，最終依據(jù)人工配準結(jié)果進行治療，并記錄最終獲取的患者每次在左右(X軸)、頭腳(Y軸)、腹背(Z軸)方向和橫斷面旋轉(zhuǎn)(cross-section rotation, roll)方向的誤差值。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理及PTV邊界外放范圍的計算：所有患者的擺位誤差數(shù)據(jù)均用Excel軟件分析，計算出每例患者所有分次的擺位誤差的平均值和標準差。根據(jù)Mckenzie[4]推薦的公式margin=2.5∑+0.7σ計算X、Y和Z3個方向上的靶區(qū)外放邊界值。

2 結(jié)果

2.1 擺位誤差

23例胰腺癌患者共行592次MVCT掃描，其中X、Y、Z方向的平均誤差分別為(-0.51±2.77)mm、(-1.14±6.35)mm、(6.01±4.43)mm(表1,2)。

2.2 Margin值分析

根據(jù)外擴間距值得公式M=2.5∑+0.7σ得出在三維X、Y和Z方向由CTV向PTV外擴值分別為5.16、9.90和7.53 mm(表3)。因此，臨床治療中在X、Y和Z3個方向推薦的邊界外放值分別5、10和8 mm。

表1 23例胰腺癌患者在X、Y和Z 3個方向的平均誤差值百分比Table 1 Mean percentage error values of 23 pancreatic cancer patients in the three directions of X, Y, and Z (total number=592)

表2 23例胰腺癌患者在X、Y、Z 3個方向的平均誤差和roll的旋轉(zhuǎn)誤差值Table 2 Average error of 23 pancreatic cancer patients in X, Y, and Z directions and the value of roll’s rotation error

"-" indicates movement in theX,Y, andZaxes respectively to the right, foot, and back.

表3 擺位誤差值和PTV外擴marginTable 3 Positioning error value and PTV external expansion margin

3 討論

Tomotherapy每次治療前行MCVT圖像掃描可實現(xiàn)在線配準，并直觀了解患者當次治療前的靶區(qū)和危及器官間的位置關(guān)系及靶區(qū)體積的情況，進行在線的位置修正，可有效提高腫瘤治療的精度，減輕患者毒副反應[5-6]。但過多外放會導致靶區(qū)周圍更多的正常組織受到照射，所以合適的外放是放療過程中的關(guān)鍵參數(shù)。

Mami等人的研究在每次治療前進行圖像引導下的胰腺癌患者的誤差分析，X、Y和Z3個方向的PTV的M值分別是8.9、9.8和11 mm，在Y方向誤差值較大的主要原因是由呼吸運動導致胰腺位置變化大造成的[7]。這與本研究的結(jié)果一致，因此建議在今后的胰腺癌放射治療中引入4DCT(four-dimensional computed tomography)技術(shù)。它應用呼吸門控技術(shù)進行CT圖像的采集、放療計劃設計和放射治療，可檢測在呼吸周期中腫瘤移動的幅度和方向[8-9]。由于tomotherapy實際治療位置與擺位位置有700 mm的距離，所以首次治療時治療床板的沉降數(shù)值較大， 待初次治療時床下沉的校正值系統(tǒng)自動記錄，在以后的治療中進行修正，從而減少Z方向的擺位誤差[10-11]。

計算靶區(qū)安全邊界外放時，Mckenzie等人結(jié)合DVH參數(shù)和靶區(qū)覆蓋等討論margin的外放,得出CTV到PTV外擴邊界至少應為M=2.5Σ+0.7σ[4]。Van Herk也做了相同的研究，其推薦的公式為M=2.5Σ+0.7δ-3，算出的外放邊界比Mckenzie等的算法小，并將呼吸運動引起的胰腺位置誤差計算在內(nèi)[12]?？紤]到研究未引入4DCT技術(shù)到放射治療中及脫靶的風險，所以采用前者的研究結(jié)果進行margin計算。

綜上所述，tomotherapy自帶的MVCT圖像引導系統(tǒng)可有效修正胰腺癌患者在治療前的隨機誤差和擺位誤差，計算出胰腺癌放射治療在X、Y和Z三維方向上靶區(qū)邊界外放(margin)邊界值5、10和8 mm，為精準放療的實施提供了依據(jù)。