宮頸癌患者調(diào)強放療中放療設(shè)備間的系統(tǒng)誤差探究

方涌文 劉鏢水 肖亮杰 王宇留 姚文燕 林曉生 林承光 方鍵藍華南國家腫瘤實驗室中山大學(xué)腫瘤防治中心放療科，廣州 510060

當(dāng)今時代腫瘤放療過程中，調(diào)強放療（intensity-modulated radiotherapy，IMRT）已成為惡性腫瘤的主要治療方式之一。但是在患者日常治療中由于放療設(shè)備的系統(tǒng)誤差、分次間放療師的擺位隨機誤差、分次間患者腫瘤靶區(qū)相對皮膚位置的改變、分次內(nèi)患者不自主運動引起的體位改變等等，有研究者發(fā)現(xiàn)放療設(shè)備系統(tǒng)誤差越大，對劑量分布的影響就越明顯，指出平移方向誤差大于3 mm或旋轉(zhuǎn)方向誤差在3°以上就會導(dǎo)致靶區(qū)應(yīng)受照劑量降低，靶區(qū)周圍危及器官受照劑量升高，并且危及器官的所受影響更明顯［1-4］。國際放射單位和測量委員會（International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU）24號報告指出靶區(qū)應(yīng)受照劑量變化值偏離最佳劑量5%就有可能使患者腫瘤放療的治療效果下降及腫瘤復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移概率、正常組織并發(fā)癥發(fā)生率增加。隨著放療設(shè)備的發(fā)展，圖像引導(dǎo)放射治療（image-guided radiotherapy，IGRT）如錐形束CT（cone beam CT，CBCT）等技術(shù)逐漸應(yīng)用于腫瘤患者的日常治療中；宮頸癌是女性常見的婦科腫瘤之一，對于中晚期宮頸癌患者手術(shù)的意義并不明顯，中晚期宮頸癌主要靠放化療等治療手段來延長患者生存時間甚至治愈，精確的放療步驟及設(shè)備是患者治療效果的保證［5］；基于此，本研究主要探討宮頸癌患者IMRT中不同治療直線加速器系統(tǒng)誤差與隨機誤差并探究降低甚至消除系統(tǒng)誤差的方法。

材料和方法

1、一般資料

回顧性隨機選擇2019年10月至2021年11月在中山大學(xué)腫瘤防治中心Varian Vital_Beam加速器和Elekta Versa_HD加速器接受IMRT的宮頸癌患者320例，一共960次CBCT擺位誤差數(shù)據(jù)。入選標(biāo)準(zhǔn)：年齡32～75歲；KPS評分大于80分；ⅡB～ⅣB分期的宮頸癌手術(shù)后患者；仰臥上臂上舉外展自如；漲尿功能正常；患者無通氣功能障礙，無慢性心肺疾病。所選均為“廣泛性全子宮+雙附件切除+雙側(cè)淋巴結(jié)清掃+腹腔粘連松解術(shù)”術(shù)后患者，患者ⅡB期130例、ⅢA期7例、ⅢB期14例、ⅢC期151例、ⅣA期6例、ⅣB期12例。體位固定方法為真空袋個體化仰臥固定，先將真空袋放氣變軟后，患者平躺于真空袋的正中部，患者雙手“十字”交叉至于頭頂，雙腿稍張開便于真空袋固定到患者的會陰部，抽氣使真空袋塑形的同時讓真空袋與患者皮膚充分貼合，避免出現(xiàn)鏤空情況，使患者得到一個舒適性高且重復(fù)性好的體位與個體化仰臥真空袋固定裝置。

本研究經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)，批準(zhǔn)號：GYX2020-011，所有患者均簽署知情同意書。

2、方法和數(shù)據(jù)采集

放療計劃設(shè)計完成后，進入復(fù)位驗證階段；患者提前0.5～1.0 h喝500 ml飲用水進行復(fù)位驗證前的膀胱充盈度準(zhǔn)備，當(dāng)患者出現(xiàn)主觀漲尿感覺并通過膀胱測量儀進行測量后患者膀胱容量達到200 ml時，按照放療計劃的移床參數(shù)進行移床，為患者體位X線模擬定位機復(fù)位驗證。X線模擬定位機在透視下為患者拍攝0°與90°兩張正交的驗證片，接著將兩張正交的驗證片與計劃系統(tǒng)重建生成的數(shù)字重建放射影像（digitally reconstructured radiograph，DRR）進行匹配校正；復(fù)位驗證完成后在患者的身上用記號筆標(biāo)記患者的治療等中心體表的投影，方便之后放療實施前擺位工作的進行。在放療實施時先讓患者進行自身條件的準(zhǔn)備如飲水漲尿等，當(dāng)患者自身因素達標(biāo)后進行放療；患者每次放療前進行CBCT掃描校正體位，記錄并觀察前3次放療的CBCT校準(zhǔn)后的體位誤差數(shù)據(jù)。

3、統(tǒng)計學(xué)方法

結(jié) 果

1、Varian Vital_Beam和Elekta Versa_HD直線加速器擺位誤差的差異

Varian Vital_Beam和Elekta Versa_HD直線加速器在頭腳SI、左右LR、前后AP等平移方向的擺位誤差分析中，頭腳SI與前后AP兩個方向差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（均P＜0.05），左右LR方向差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）；在冠狀RTN、矢狀Pitch、橫斷Roll等旋轉(zhuǎn)方向的擺位誤差分析中，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（均P＜0.05），如表1所示。

表1 320例宮頸癌放療患者960次擺位Varian Vital_Beam和Elekta Versa_HD直線加速器的誤差差異（±s）

表1 320例宮頸癌放療患者960次擺位Varian Vital_Beam和Elekta Versa_HD直線加速器的誤差差異（±s）

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2、Varian Vital_Beam和Elekta Versa_HD直線加速器的系統(tǒng)誤差與隨機誤差

表2 320例宮頸癌放療患者960次擺位Varian Vital_Beam和Elekta Versa_HD直線加速器的系統(tǒng)誤差

表3 320例宮頸癌放療患者960次擺位Varian Vital_Beam和Elekta Versa_HD直線加速器的隨機誤差

3、各方向誤差頻數(shù)及比例分布分析

在3個平移方向誤差中頭腳SI方向誤差有36.77%大于3 mm，而前后AP方向最少，但13.54%大于3 mm，如表4所示；在旋轉(zhuǎn)誤差分析中，大部分的旋轉(zhuǎn)誤差在3°以內(nèi)，但是矢狀Pitch方向仍然有5.83%超過3°，如表5所示。

表4 320例宮頸癌放療患者960次擺位平移方向誤差頻數(shù)及比例分布[次（%）]

表5 320例宮頸癌放療患者960次擺位旋轉(zhuǎn)方向誤差頻數(shù)及比例分布[次（%）]

討 論

宮頸癌患者日常放療的擺位誤差是影響患者放療精度的主要因素之一［6-7］，在當(dāng)今時代評估患者擺位誤差的圖像引導(dǎo)放療驗證方式主要有：1、射野影像裝置（electronic portal imaging device，EPID）目前主要使用電子影像裝置來驗證患者分次間治療體位的精確度，通過周圍骨盆、腰椎以及尾骶椎等骨性結(jié)構(gòu)來減少擺位誤差；2、CBCT：三維重建患者分次內(nèi)CBCT掃描的影像，即可以用于平移方向誤差的校正，也可以用于旋轉(zhuǎn)方向誤差的校正，擺位更加準(zhǔn)確，從而減少正常組織受量［8］。有研究者研究不同部位腫瘤IGRT引導(dǎo)放療的擺位誤差，結(jié)果顯示，擺位誤差在x、y、z軸方向上，頭頸部分別為（-0.03±0.15）、（-0.03±0.16）和（0.00±0.13）mm，胸部分別為（-0.06±0.29）、（-0.02±0.56）和（0.07±0.32）mm，腹盆部分 別 為（-0.08±0.21）、（-0.03±0.59）和（0.01±0.26）mm，表明不同部位腫瘤的放療隨機誤差在頭腳方向均大于其他方向［9-10］。

本研究利用控制變量的方法從真空袋個體化固定的放療宮頸癌患者回顧性分析了Varian Vital_Beam和Elekta Versa_HD直線加速器的擺位誤差，利用系統(tǒng)誤差公式和隨機誤差公式進行分析，發(fā)現(xiàn)在頭腳SI、左右LR、前后AP、橫斷Roll方向的分析中，Varian Vital_Beam的系統(tǒng)誤差小于Elekta Versa_HD的系統(tǒng)誤差；而冠狀RTN、矢狀Pitch旋轉(zhuǎn)方向的系統(tǒng)誤差大于Elekta Versa_HD的系統(tǒng)誤差。Varian Vital_Beam與Elekta Versa_HD直線加速器頭腳SI方向的系統(tǒng)誤差與隨機誤差分別為0.29、0.23 cm和0.37、0.28 cm，均大于左右LR與前后AP兩個平移方向的誤差。在各方向誤差頻數(shù)及比例分布的分析中，頭腳SI平移方向誤差有36.77%大于3 mm，左右LR平移方向誤差有20.63%大于3 mm，而前后AP平移方向最少，但也占有13.54%大于3 mm；在矢狀Pitch旋轉(zhuǎn)方向占有5.83%超過3°；放療設(shè)備的系統(tǒng)誤差越大對劑量分布的影響就越明顯，平移方向的系統(tǒng)誤差大于3 mm或者旋轉(zhuǎn)方向的系統(tǒng)誤差大于3°就有可能導(dǎo)致靶區(qū)應(yīng)受照劑量降低，靶區(qū)周圍的危及器官所受劑量就會升高，且對危及器官的影響更加顯著。而ICRU 24號報告也指出靶區(qū)應(yīng)受照劑量變化值偏離最佳劑量5%就有可能使患者腫瘤放療的療效下降并且腫瘤復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移概率、正常組織并發(fā)癥發(fā)生率隨著增加。有研究者采用前瞻與回顧兩種方法分析了不同部位腫瘤的擺位誤差，指出分次間的治療擺位誤差在3 mm以下與治療部位無關(guān)；而在患者的放療中，從X線模擬定位機到治療直線加速器傳遞的系統(tǒng)誤差較大，最大達7 mm［11］；而又有研究者回顧了51例頭頸部患者放射治療前的318個驗證片，分析得到擺位的隨機誤差、系統(tǒng)誤差、總的誤差分別是0.4 cm、0.6 cm和0.7 cm［12］。

臨床放療中影響放療精度的誤差主要有2個因素，一是放療直線加速器和放療體位固定裝置造成的系統(tǒng)誤差，系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的因素有設(shè)備的運動摩擦損耗、環(huán)境的微小振動、日常的維護維修、激光定位系統(tǒng)的漂移、燈光野和射野的偏移、光柵和臂架轉(zhuǎn)動角度的不到位、床面的變形等等，對于相同體位固定裝置在同一部直線加速器治療的所有患者的放療分次間影響都是相同的，對個別患者將產(chǎn)生較大的影響；二是為患者和技術(shù)員治療擺位所造成的隨機誤差，出現(xiàn)在分次間的放療以及擺位誤差的方向隨機性，對所有患者的影響較小，反映了每天治療重復(fù)性的差異［13］。美國醫(yī)學(xué)物理學(xué)家協(xié)會（American Association of Physicists in Medicine，AAPM）建議的直線加速器質(zhì)量保證和質(zhì)量控制指標(biāo)顯示：任何位移誤差均應(yīng)小于2 mm，X線與電子線的劑量穩(wěn)定性應(yīng)小于3°［14］；而中山大學(xué)腫瘤防治中心宮頸癌患者放療實施前需在X線模擬定位機進行復(fù)位驗證，AAPM建議的常規(guī)模擬定位機質(zhì)量保證和質(zhì)量控制指標(biāo)任何位移誤差均小于2 mm，旋轉(zhuǎn)誤差角度應(yīng)均小于1°。正是由于類似的位移誤差和旋轉(zhuǎn)誤差的存在，導(dǎo)致患者放療無法達到百分百的預(yù)期療效；因此，患者放療的同時需要嚴(yán)格按照TG-142的指標(biāo)確保放療設(shè)備的準(zhǔn)確性，并盡可能降低放療設(shè)備的系統(tǒng)誤差；定期更新放療設(shè)備與技術(shù)，保證放療設(shè)備的最優(yōu)化；在X線模擬定位機的日常質(zhì)量保證和質(zhì)量控制中進一步提高要求，如旋轉(zhuǎn)角度的誤差控制在0.5°以內(nèi)等等?；颊叩姆暖煭h(huán)節(jié)越多，各個環(huán)節(jié)傳遞的系統(tǒng)誤差就可能越大，如X線模擬定位機的系統(tǒng)誤差可以降低，但是無法避免向直線加速器傳遞系統(tǒng)誤差，因此，在放療過程中的環(huán)節(jié)減少，有可能減低甚至消除設(shè)備間傳遞的系統(tǒng)誤差；對于這方面的探討，已經(jīng)有一段研究時間，并且已有一定的研究成果，接下來的研究將往減低甚至消除系統(tǒng)誤差的方向進展。李毅等［15］認(rèn)為，系統(tǒng)誤差可能因造成處方劑量線整體偏離靶區(qū)從而影響靶區(qū)劑量的累積，隨機誤差可能造成靶區(qū)邊緣劑量的參差不齊而增加靶區(qū)邊緣的復(fù)發(fā)。

綜上所述，不同放療設(shè)備存在的系統(tǒng)誤差有所差異，放療設(shè)備間的系統(tǒng)誤差會相互傳遞，在放療過程中的環(huán)節(jié)減少，有可能減低甚至消除設(shè)備間傳遞的系統(tǒng)誤差。