頭頸部腫瘤調(diào)強(qiáng)放療擺位誤差和邊界優(yōu)化分析

白逸川 江明祥 時(shí)建芳 孫欽飛 胡攀峰

頭頸部腫瘤臨床發(fā)病率逐漸升高，由于頭頸部解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜且其周邊存在重要組織器官，所以放射治療具有很大挑戰(zhàn)性。隨著技術(shù)的進(jìn)步，三維適形技術(shù)尤其是調(diào)強(qiáng)放療（IMRT）可以降低頭頸部正常組織器官的輻射損害，提高放療的準(zhǔn)確性和精確度，但擺位誤差亦難以避免［1-2］。圖像引導(dǎo)（IG）技術(shù)在一定程度上能夠降低并糾正放療的擺位誤差［3］，但臨床實(shí)際使用較為繁冗且可能增加額外輻射劑量。在線校正方案可以對(duì)系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差進(jìn)行校正，但面對(duì)眾多的患者及有限的放療機(jī)器，實(shí)踐也較為困難［4］。若采用離線校正，則可較為便捷地校正系統(tǒng)誤差、縮小邊界，其中無(wú)動(dòng)作等級(jí)（NAL）協(xié)議應(yīng)用最為廣泛，被推薦為標(biāo)準(zhǔn)離線協(xié)議［5］。本研究使用千伏級(jí)錐形束斷層掃描（kVCBCT）對(duì)接受IMRT的頭頸部腫瘤患者的平移擺位誤差進(jìn)行測(cè)量分析，同時(shí)使用NAL協(xié)議對(duì)臨床靶區(qū)（CTV）至計(jì)劃靶區(qū)（PTV）的邊界進(jìn)行優(yōu)化。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選取2017年2月至2019年5月本院收治的頭頸部腫瘤患者268例，其中根治性治療131例、輔助性治療137例，男152例、女116例，平均年齡（58.6±1.2）歲。（1）納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡≤70歲；②根據(jù)美國(guó)癌癥聯(lián)合委員會(huì)第7版腫瘤分期為I-IVB（T1-T4，N0-N3，M0），東部腫瘤協(xié)作組（ECOG）體能狀態(tài)評(píng)分為0～2；③接受IMRT放療。（2）排除標(biāo)準(zhǔn)：①病情危重者；②存在放療禁忌證；③存在殘疾無(wú)法配合者。共獲得圖像2850張，其中校正前1425張和校正后1425張，均進(jìn)行X軸、Y軸和Z軸三個(gè)方向的位移測(cè)量。本研究經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者均簽署知情同意書。

1.2 放射治療 （1）操作方法：使用不同能量（6 MV和15 MV）線性加速器（Elekta Synergy），16排大孔徑螺旋CT模擬機(jī)（GE Healthcare）進(jìn)行CT模擬，自頭頂至胸骨進(jìn)行對(duì)比增強(qiáng)CT掃描，切片厚度為2.5 mm。（2）位置設(shè)定：進(jìn)行CT模擬前將患者置于仰臥位置，在面罩上對(duì)準(zhǔn)激光且于中線的縱向和橫向激光交叉處標(biāo)記三個(gè)點(diǎn)，在橫向端標(biāo)記兩個(gè)點(diǎn)；在靠近骨性標(biāo)記（例如下頜角、頦）的位置做標(biāo)記，并采用不透射線的滾珠軸承貼紙（基準(zhǔn)）表示；其均為CT的參考點(diǎn)。相對(duì)于這些標(biāo)志，患者在設(shè)置過(guò)程中與計(jì)劃的等中心線對(duì)齊。（3）后續(xù)處理：CT模擬獲得的數(shù)據(jù)首先通過(guò)DICOM網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)捷喞ぷ髡荆枥L出不同目標(biāo)體積（整體腫瘤體積、CTV和PTV）以及CT數(shù)據(jù)集每個(gè)軸向切片上的風(fēng)險(xiǎn)器官，通過(guò)在CTV的各個(gè)方向上增加5 mm的邊界生成PTV。（4）治療系統(tǒng)：使用Monaco 3D Treatment系統(tǒng)（Elekta），根據(jù)CT參考點(diǎn)（基準(zhǔn)點(diǎn)）將患者重新安置于線性加速器上，依據(jù)計(jì)劃等中心在X軸、Y軸、Z軸三個(gè)方向上移動(dòng)治療床。

1.3 圖像配準(zhǔn) 放療前5日通過(guò)kV-CBCT［X射線容積成像（XVI版本5.0.2 b72）］驗(yàn)證患者的位置，之后的治療過(guò)程中每周檢查一次患者擺位的重復(fù)性。在感興趣區(qū)域（剪貼板）完成圖像配準(zhǔn)，通過(guò)匹配解剖學(xué)界標(biāo)例如CT參考圖像的骨骼和軟組織，進(jìn)行圖像分析。使用模板匹配技術(shù)比較參考圖像和XVI圖像，使用不同的濾鏡與對(duì)比度改變工具改善圖像質(zhì)量，兩者的照射野邊緣均通過(guò)自動(dòng)設(shè)置進(jìn)行匹配，然后在三維方向上平移調(diào)整匹配模板，以使模板與XVI上的解剖學(xué)界標(biāo)呈現(xiàn)出最佳對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算機(jī)由此生成XVI相對(duì)于參考圖像的位移/設(shè)置誤差。擺位誤差反映患者相對(duì)于這些標(biāo)記的位移。

1.4 等中心校正協(xié)議 前5次每日治療分割的等中心治療前在線校正限制擺位誤差＞5 mm，在線校正后等中心回到原始位置用于下一次分割，否則治療即是在未校正的位置下進(jìn)行。起初5次連續(xù)分割的平均誤差均于第6次分割時(shí)進(jìn)行校正，接下來(lái)的分割中固定校正的等中心直至治療結(jié)束，之后每周對(duì)校正的等中心位置進(jìn)行確認(rèn)，并對(duì)殘留的擺位誤差進(jìn)行記錄分析。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析 記錄三個(gè)方向（X軸：右-左，Y軸：上-下，Z軸：前-后）的位移數(shù)據(jù)，計(jì)算每個(gè)軸上的平均差作為每位患者每張XVI圖像中測(cè)得的誤差平均值；系統(tǒng)誤差為前5日即校正前的誤差平均值及每周數(shù)據(jù)的平均值，總體系統(tǒng)誤差（∑）為每位患者平均誤差的標(biāo)準(zhǔn)差；總體隨機(jī)誤差（σ）為每位患者誤差標(biāo)準(zhǔn)差的平均值。根據(jù)van Herk公式估計(jì)PTV的邊界，分析體重減輕（＜5% vs ≥5%）對(duì)患者擺位誤差的影響。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 23.0統(tǒng)計(jì)軟件。計(jì)數(shù)資料以n（%）表示，組間比較采用χ2檢驗(yàn)；計(jì)量資料以（±s）表示，組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 校正前后三個(gè)方向上系統(tǒng)誤差≥3 mm、隨機(jī)誤差≥3 mm、擺位邊界≥5 mm所占比例比較 校正后比校正前顯著降低，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見(jiàn)表1。

2.2 校正前后三個(gè)方向上系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、邊界比較 見(jiàn)表2。

表2 校正前后三維方向上系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、邊界比較（cm）

2.3 體重減輕對(duì)患者擺位誤差的影響 根治性治療131例，其中體重減輕＜5%患者60例，體重減輕≥5%患者71例；輔助性治療137例，其中體重減輕＜5%患者65例，體重減輕≥5%患者72例；兩種治療方式比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），具有可比性。體重減輕＞5%的患者在Z軸、X軸兩個(gè)方向的系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差均有所增加，但5 mm PTV邊界足夠彌補(bǔ)擺位誤差。

3 討論

調(diào)強(qiáng)放療技術(shù)，是一種較為理想的頭頸部腫瘤治療方式，一方面改善局部的腫瘤控制，減少口干綜合征等副作用，另一方面可以提高患者的生活質(zhì)量。通過(guò)IMRT實(shí)現(xiàn)理想的劑量適形要求，在治療計(jì)劃和圖像配準(zhǔn)過(guò)程中提高相應(yīng)的準(zhǔn)確性，因?yàn)闇p少的目標(biāo)勾畫可導(dǎo)致擺位誤差［6］。頭頸部腫瘤放療的擺位誤差，始終是臨床診療中需要重視的問(wèn)題，有學(xué)者報(bào)道分析了首次分割中所需要攝像的數(shù)量（N值）以檢測(cè)系統(tǒng)誤差［7］。在首次驗(yàn)證之后每周成像可有效降低N值，同時(shí)保證相同的準(zhǔn)確度［8］。吳彬［9］研究指出，頭頸部腫瘤經(jīng)過(guò)3次分割后系統(tǒng)位移配準(zhǔn)與進(jìn)行的其他分割平均誤差的相關(guān)性良好，前五次分割的平均誤差并未顯示出額外的優(yōu)勢(shì)。

本研究中采用5次分割的kV-CBCT掃描，隨后每周進(jìn)行掃描，結(jié)果顯示5 mm的邊界和前5張每日?qǐng)D像能夠顯著降低治療過(guò)程中的擺位誤差。現(xiàn)代線性加速器的射野影像裝置已經(jīng)作為幾何不確定性的常規(guī)檢測(cè)，在每一放療單元評(píng)估這些不確定性的程度，為CTV設(shè)置適宜的邊界。不同的統(tǒng)計(jì)目標(biāo)，邊界存在多樣性，邊界M（2.5Σ+0.7σ）可以確保90%的患者CTV接受至少95%的放射劑量［10］，MITRASINOVIC等［11］基于＞99%CTV接受至少95%的劑量得到不同的公式：M=2.0Σ+0.7σ。在放射劑量方面，系統(tǒng)誤差比隨機(jī)誤差產(chǎn)生的影響更大，分割放療中的幾何不確定性具有系統(tǒng)性和隨機(jī)性，但合適的攝像方案能夠簡(jiǎn)單地將兩者分離，使得自定義理想的邊界成為可能。

本研究預(yù)測(cè)在頭頸部的輻射有必要設(shè)置5 mm的邊界以彌補(bǔ)擺位偏差，這與文獻(xiàn)報(bào)道和臨床經(jīng)驗(yàn)一致［12］。在線校正方案力求全面的誤差校正，系統(tǒng)方案包括特異的工具如圖像引導(dǎo)放射治療（IGRT），但考慮到設(shè)備的可行性和有限的人力資源，大多數(shù)診療機(jī)構(gòu)無(wú)法進(jìn)行每日的IGRT操作。離線校正技術(shù)追求的是系統(tǒng)誤差的降低和減少邊界，涉及的工具和程序可在配備成像的治療機(jī)構(gòu)中輕易實(shí)施，NAL方案由于需要更少的圖像和工作量，因此比其他方案更有效。該方案先前已被應(yīng)用于頭頸部放療中，CLARK等［13］量化分析了頭頸部放療的擺位誤差，并從理論上研究了離線校正方案的影響。一項(xiàng)回顧性研究和蒙特卡洛模擬表明，使用NAL方案能夠獲得1 mm的準(zhǔn)確度，由于隨機(jī)擺位誤差較小，離線驗(yàn)證方案在頭頸部放射治療中非常有效。本研究證實(shí)，離線NAL方案可有效減少頭頸部放射治療中的系統(tǒng)誤差，從而可能將患者的PTV降低至5 mm。為克服擺位誤差給治療帶來(lái)的影響，自CTV增加5 mm的邊界是較為安全的，在CTV所有方向上設(shè)置3 mm的邊界獲得相應(yīng)的PTV亦足以解決擺位誤差的問(wèn)題。

本文研究對(duì)象采用了根治性和輔助性兩種治療方式，根治性治療由于原發(fā)性腫瘤或瘤體縮小等因素會(huì)產(chǎn)生明顯體積變化，輔助性治療體重減少的患者更多，同時(shí)經(jīng)過(guò)手術(shù)治療引起局部解剖結(jié)構(gòu)的變化在一定程度上可能影響系統(tǒng)誤差。通過(guò)分析擺位誤差不確定性差異，結(jié)果顯示不同治療方式之間患者的體重變化、擺位誤差及邊界比較，均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），治療的強(qiáng)度是否會(huì)影響擺位誤差，還需進(jìn)一步的研究加以證實(shí)。體重減輕在頭頸部放療中理想上可增加擺位不確定性，因熱塑面罩下的移動(dòng)幅度增加或后頸部脂肪組織減少，均會(huì)增加系統(tǒng)性的前后位移。田娟秀等［14］研究顯示，體重減輕與擺位誤差無(wú)顯著相關(guān)性；SCHULER等［15］指出，體重減輕可使接受放療的喉癌患者擺位偏移更高，從而需要增加PTV的設(shè)置；HAN等［16］研究發(fā)現(xiàn)，體重減輕＞5%可使系統(tǒng)誤差在前后和橫向方向上稍微增加，但擺位誤差相關(guān)的PTV邊界仍在5 mm以內(nèi)，這與本研究結(jié)果相一致。

綜上所述，圖像引導(dǎo)的kV-CBCT能夠?qū)︻^頸部腫瘤患者放療的擺位誤差進(jìn)行有效地評(píng)價(jià)，離線NAL方案能夠?qū)[位誤差進(jìn)行校正而無(wú)需每日線上成像，減輕了操作負(fù)擔(dān)，通過(guò)在CTV的各個(gè)方向上增加5 mm邊界得到PTV足以彌補(bǔ)擺位誤差帶來(lái)的問(wèn)題。