系統(tǒng)擺位誤差對保護(hù)海馬腦預(yù)防照射的劑量學(xué)影響

王攀，陳俊杰，趙婷，楊萬福，孔偉，葉紅強(qiáng)，尚鈞

寧夏醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院腫瘤醫(yī)院放療科，寧夏銀川750004

前言

腦預(yù)防性照射作為小細(xì)胞肺癌患者的標(biāo)準(zhǔn)治療手段，可有效降低腦轉(zhuǎn)移的發(fā)生率，提高患者生存率，但患者后期容易出現(xiàn)神經(jīng)認(rèn)知功能障礙［1］，造成遠(yuǎn)期的認(rèn)知功能損傷，臨床研究表明，位于海馬回的神經(jīng)干細(xì)胞在神經(jīng)認(rèn)知功能中有著至關(guān)重要的作用，且神經(jīng)干細(xì)胞對放射線的敏感性很強(qiáng)，這也是大多數(shù)肺癌腦預(yù)防照射患者治療后期出現(xiàn)不同程度神經(jīng)認(rèn)知功能障礙的主要原因［2-5］。為保護(hù)患者治療后期的認(rèn)知功能，提高生存質(zhì)量，提出了保護(hù)海馬的肺癌腦預(yù)防照射［6-7］。目前能實(shí)現(xiàn)保護(hù)海馬的放療技術(shù)主要有螺旋斷層放療系統(tǒng)（Tomotherapy,TOMO）、容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療（Volumetric Modulated Arc Radiotherapy, VMAT）和調(diào)強(qiáng)適形放療（Intensity-Modulated Radiotherapy, IMRT），本機(jī)構(gòu)采用的是Pinnacle 放療計(jì)劃系統(tǒng)中的IMRT 技術(shù)設(shè)計(jì)放療計(jì)劃，由于海馬在全腦組織中解剖位置的復(fù)雜性和特殊性，為滿足海馬劑量限量，海馬體周圍的劑量梯度變化很大，高劑量梯度對治療過程中患者擺位精度提出了更高的要求，因此很有必要研究擺位誤差引起的劑量偏差。有研究表明與隨機(jī)誤差相比，系統(tǒng)擺位誤差對劑量影響更顯著，且頭頸部腫瘤擺位誤差大多分布在3 mm 以下，很少出現(xiàn)大于3 mm 的情況［8-10］。基于此，本研究分析了1、3、5 mm 共3種系統(tǒng)擺位誤差對保護(hù)海馬腦預(yù)防照射劑量分布的影響。

1 材料與方法

1.1 病例選取

隨機(jī)選取寧夏醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院腫瘤醫(yī)院2018年～2019年小細(xì)胞肺癌患者20例，所有患者均未發(fā)生腦轉(zhuǎn)移。

1.2 定位及靶區(qū)勾畫

20 例患者均采取仰臥位，熱塑面罩固定，應(yīng)用Philips大孔徑CT掃描定位，掃描層厚3 mm。在相同體位下，20例患者均行頭部核磁掃描，掃描層厚3 mm。將CT 定位圖像與MRI圖像進(jìn)行圖像融合，由放療科醫(yī)生在定位CT 圖像中勾畫臨床靶區(qū)（Clinical Target Volume,CTV）和危及器官（海馬、眼球、眼晶體、視神經(jīng)、視交叉），全腦CTV 外放3 mm 為計(jì)劃靶區(qū)（Planning Target Volume,PTV），海馬外放5 mm 為海馬劑量跌落區(qū)域。

1.3 計(jì)劃設(shè)計(jì)

在Pinnacle計(jì)劃系統(tǒng)上，分別為20例患者設(shè)計(jì)IMRT計(jì)劃，選用6 MV X 射線，采用9 個(gè)均分共面野（200°、240°、280°、320°、0°、40°、80°、120°、160°）和1個(gè)帶有90°床腳的非共面野照射，根據(jù)每個(gè)計(jì)劃的不同情況給予準(zhǔn)直器一定的角度。處方劑量為2.5 Gy×10次，危及器官劑量限值：海馬≤10 Gy、眼球≤9 Gy、晶體≤8 Gy、視神經(jīng)≤30 Gy、視交叉≤30 Gy。

1.4 系統(tǒng)擺位誤差的模擬

在Pinnacle 計(jì)劃系統(tǒng)中，通過移動(dòng)放療計(jì)劃的等中心，分別模擬患者在三維6 個(gè)方向（左/右、頭/腳、腹/背）上的系統(tǒng)擺位誤差。移動(dòng)等中心后的計(jì)劃，在不做通量計(jì)算的情況下，重新計(jì)算劑量分布。每例患者在原計(jì)劃的基礎(chǔ)上共生成18 例計(jì)劃，所有患者共生成360例計(jì)劃。

1.5 計(jì)劃評(píng)估

移動(dòng)等中心前后，比較不同系統(tǒng)擺位誤差下，CTV和危及器官劑量分布的變化情況，分析X、Y和Z方向的系統(tǒng)擺位誤差對靶區(qū)和危及器官劑量影響的靈敏度差異?；颊哂?jì)劃評(píng)估指標(biāo)有：CTV D90（90%靶區(qū)所接受的劑量），海馬、眼球、晶體、視神經(jīng)和視交叉最大劑量（Dmax）。劑量變化=（D系統(tǒng)擺位誤差-D原計(jì)劃）/D原計(jì)劃×100%。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

使用SPSS 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，在三維6 個(gè)方向上分別對模擬系統(tǒng)擺位誤差前后的靶區(qū)和危及器官劑量進(jìn)行配對樣本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 靶區(qū)劑量分布變化

表1列出了1、3 和5 mm 系統(tǒng)擺位誤差下CTV D90劑量變化百分值以及靶區(qū)劑量變化的配對t檢驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)系統(tǒng)擺位誤差為1、3和5 mm時(shí)，CTV D90在三維6 個(gè)方向上的劑量變化均值均＜2%，且在腳方向劑量變化最大，其次是頭方向；誤差為1 mm 時(shí)，除了腳方向，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），其余5 個(gè)方向的，沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；誤差為3 mm 時(shí)，頭腳方向，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；誤差為5 mm 時(shí)，頭腳方向和背部方向，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

表1 CTV D90劑量變化均值（%）Tab.1 The mean percent dose deviation of CTV D90(%)

20 例放療計(jì)劃在三維6 個(gè)方向上的靶區(qū)劑量變化結(jié)果見圖1～圖3，由圖可更明顯地看出三維6 個(gè)方向上的系統(tǒng)擺位誤差對靶區(qū)CTV D90劑量影響的敏感度，腳方向的擺位誤差對靶區(qū)劑量影響最敏感，頭方向次之。

圖1 1 mm系統(tǒng)誤差CTV D90劑量變化分布圖Fig.1 Dose deviation distribution of CTV D90 for 1 mm systematic setup errors

2.2 危及器官劑量分布變化

表2列出了三維6 個(gè)方向的系統(tǒng)擺位誤差引起的海馬體劑量變化百分值以及海馬劑量變化的配對t檢驗(yàn)結(jié)果。系統(tǒng)擺位誤差為1 mm 時(shí)，左右方向和頭腳方向海馬體劑量變化均值均大于3%，且頭腳方向劑量變化均值大于左右方向，腹背方向海馬劑量變化均值小于3%；系統(tǒng)擺位誤差為3 mm 和5 mm時(shí)，海馬在三維6 個(gè)方向的劑量變化百分值均超過10%；除1 mm 誤差下背部方向，無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義外（P＞0.05），其余擺位誤差下所有方向，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）。

表2 原計(jì)劃和模擬計(jì)劃間的海馬劑量變化百分值（%）Tab.2 Mean percent dose deviation of the hippocampus between simulation plan and normal plan(%)

表3為劑量變化頻率分布結(jié)果。系統(tǒng)誤差為1 mm時(shí)，海馬、眼球和晶體的劑量變化超過3%的頻率均超過了30%，劑量變化超過5%的頻率均超過了10%，視神經(jīng)和視交叉均未出現(xiàn)劑量變化超過5%的情況，說明1 mm 系統(tǒng)擺位誤差對海馬、眼球和晶體的劑量變化影響非常顯著。當(dāng)系統(tǒng)擺位誤差為3 mm時(shí)，所有危及器官（海馬、眼球、晶體、視神經(jīng)、視交叉）劑量變化超過3%的頻率均大于20%，海馬體劑量變化超過10%的頻率達(dá)到了97.62%，左右眼球和左右晶體劑量變化超過10%的頻率分別是69.05%、66.67%、30.95%和25.00%，只有視交叉劑量變化未超過10%。當(dāng)系統(tǒng)擺位誤差為5 mm 時(shí)，所有危及器官（海馬、眼球、晶體、視神經(jīng)、視交叉）劑量變化超過3%的頻率均大于40%，海馬體、眼球劑量變化超過10%的頻率超過了89%，左右晶體、左右視神經(jīng)劑量變化超過10%的頻率分別是52.38%、44.05%、26.19%和23.81%，視交叉劑量變化超過10%的頻率達(dá)到了2.38%。隨著擺位誤差的增加，造成危及器官劑量變化也越來越大。

表3 危及器官劑量變化頻率分布（%）Tab.3 Probability of organs-at-risk dose deviation(%)

3 討論

由于海馬解剖結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和特殊性，為達(dá)到保護(hù)海馬的目的，防止放療后發(fā)生認(rèn)知功能損傷，在放療計(jì)劃設(shè)計(jì)的過程中，海馬區(qū)會(huì)形成很高的劑量梯度，高劑量梯度對放療的精確擺位提出了更高的要求，臨床研究表明3%～5%的劑量改變會(huì)降低腫瘤的控制率以及增加正常組織的并發(fā)癥［11-16］，因此研究擺位誤差對劑量的影響具有非常重要的意義。

相關(guān)研究表明隨機(jī)誤差所引起的劑量偏差具有隨機(jī)性，在分次治療的過程中隨機(jī)誤差在各個(gè)方向是隨機(jī)出現(xiàn)的，對劑量分布影響較小，而系統(tǒng)誤差會(huì)引起劑量線的整體偏移，對患者治療效果產(chǎn)生較大的影響［17-20］。臨床研究發(fā)現(xiàn)頭頸部患者的擺位誤差基本在3 mm 左右，很少出現(xiàn)超過3 mm 的情況［21-22］，基于此筆者只研究了1、3和5 mm 系統(tǒng)擺位誤差對劑量的影響。

通過模擬系統(tǒng)擺位誤差發(fā)現(xiàn)1、3和5 mm 系統(tǒng)擺位誤差引起的CTV 在三維6 個(gè)方向的劑量變化均值均小于2%。誤差為1 mm時(shí)，只有腳方向，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；誤差為3 mm時(shí)，頭腳方向，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；誤差為5 mm 時(shí)，頭腳方向和背部方向，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），說明系統(tǒng)擺位誤差對靶區(qū)劑量影響較小，CTV 外擴(kuò)3 mm 形成的PTV 足以保證靶區(qū)接受足夠的處方劑量的照射。而針對危及器官的研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)系統(tǒng)擺位誤差為1mm 時(shí)，海馬區(qū)劑量變化超過3%的頻率為57.14%，超過5%劑量變化的頻率為26.19%；眼球及眼晶體的劑量變化均超過了5%且頻率均大于10.00%；當(dāng)系統(tǒng)擺位誤差為3 mm時(shí)，海馬、眼球、眼晶體和視神經(jīng)的劑量變化均超過了10%，僅視交叉的劑量變化未超過10%；當(dāng)系統(tǒng)擺位誤差為5 mm 時(shí)，所有危及器官的劑量變化均超過了10%。對比靶區(qū)和危及器官受系統(tǒng)擺位誤差的影響結(jié)果發(fā)現(xiàn)：系統(tǒng)擺位誤差達(dá)到5 mm 時(shí)，靶區(qū)CTV 劑量變化結(jié)果均值仍小于2%；系統(tǒng)擺位誤差僅為1 mm時(shí)，引起海馬、眼球和晶體劑量變化超過3%的頻率超過了30%。說明系統(tǒng)擺位誤差對危及器官（尤其是海馬、眼球和眼睛體）造成的劑量變化影響大于CTV，造成以上這種結(jié)果的主要原因是：（1）CTV 和海馬之間的高劑量梯度變化。由于海馬體位于CTV之內(nèi)，為滿足靶區(qū)處方劑量覆蓋率的同時(shí)達(dá)到保護(hù)海馬的臨床要求，會(huì)在海馬體周圍形成高劑量梯度；（2）眼球和眼晶體位于靶區(qū)和海馬體的附近，且眼球臨床劑量限值要低于900 cGy，因此眼球周圍的劑量梯度變化也很大，對系統(tǒng)擺位誤差同樣很敏感。

對比靶區(qū)和海馬在三維6 個(gè)方向的對系統(tǒng)擺位誤差的敏感度發(fā)現(xiàn)CTV 和海馬均在頭腳方向誤差敏感度最大，這與海馬在全腦組織中的解剖結(jié)構(gòu)有關(guān)。因此，在實(shí)際治療的過程中尤其需要注意頭腳方向的擺位誤差，對保護(hù)海馬的全腦預(yù)防性照射患者可以考慮采用圖像引導(dǎo)放療技術(shù)或者自適應(yīng)技術(shù)來減少擺位誤差，提高治療的精確度。

本研究所選取的患者數(shù)量有限，且患者均來于寧夏醫(yī)科大學(xué)總院腫瘤醫(yī)院，在患者病歷選取上可能存在局限性；僅僅討論了患者治療過程中引起劑量偏差的一個(gè)因素，對可能引起劑量偏差的其他因素（隨機(jī)誤差、葉片間的漏射等）缺乏系統(tǒng)性的研究，在今后的研究中應(yīng)系統(tǒng)地考慮以上因素對劑量偏差的影響。