錐形束CT 引導(dǎo)下擺位誤差對行調(diào)強(qiáng)放射治療直腸癌患者實際受照劑量的影響

楊雨巖，蘇萌萌，賀慧芳

1 北京大學(xué)國際醫(yī)院放療科 （北京 102206）；2 北京大學(xué)人民醫(yī)院放療科（北京 100044）；3 瓦里安醫(yī)療器械貿(mào)易（北京）有限公司 （北京 100176）

隨著放射治療技術(shù)的發(fā)展，調(diào)強(qiáng)放射治療（intensity-modulated radiation therapy，IMRT）成為臨床實行精確放射治療的主要方式，其能夠同時滿足靶區(qū)劑量和高適形度要求，降低危及器官受照劑量，更好地保護(hù)正常組織[1-3]。但精確放射治療所帶來的陡峭劑量跌落梯度更需患者在治療過程中配合保持體位的一致性，因為微小的擺位誤差和器官的位置變化均可對靶區(qū)和危及器官的劑量產(chǎn)生顯著影響，且此類影響無法避免[4-5]。在當(dāng)前臨床應(yīng)用中，基于錐形束CT（cone-beam CT，CBCT）的圖像引導(dǎo)放射治療可輔助治療師實現(xiàn)更精確的患者擺位，盡可能減少擺位誤差的影響，確保輻射劑量傳輸[6]?；诖?，本研究探討CBCT 引導(dǎo)下擺位誤差對行IMRT 直腸癌患者實際受照劑量的影響，現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2021 年2 月至2022 年12 月于北京大學(xué)國際醫(yī)院行IMRT 的12 例直腸癌患者作為研究對象。其中男7 例，女5 例；年齡45～89 歲，中位年齡66 歲。本研究已獲得醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會審核批準(zhǔn)，患者均自愿參與研究且已簽署知情同意書。

納入標(biāo)準(zhǔn)：經(jīng)組織病理學(xué)診斷為直腸癌，臨床分期為Ⅱ～Ⅲ期。排除標(biāo)準(zhǔn)：合并嚴(yán)重的內(nèi)科疾??；合并其他部位惡性腫瘤。

1.2 方法

1.2.1 CT 模擬掃描及圖像傳輸

患者取仰臥位，采用體板加熱塑模腹盆網(wǎng)進(jìn)行體位固定，雙手抱肘置于前額。在GE 16 排大孔徑螺旋CT 掃描機(jī)下行自由呼吸CT 增強(qiáng)掃描定位。掃描層厚為5 mm，掃描范圍為膈頂上5 cm 至坐骨結(jié)節(jié)，分辨率為512×512，并將3D-CT 圖像傳輸至Eclipse 13.5 治療計劃系統(tǒng)。

1.2.2 靶區(qū)勾畫和計劃設(shè)計

靶區(qū)勾畫參照腫瘤放射治療協(xié)作組織的要求，由同一名副高級職稱醫(yī)師勾畫臨床靶區(qū)（clinical tumor volume，CTV），CTV 邊界三維外擴(kuò)5 mm 形成計劃靶區(qū)（planning tumor volume，PTV）。在CT 圖像上逐層勾畫小腸、結(jié)腸、膀胱、左右股骨頭等正常組織。靶區(qū)處方劑量為95%PTV 50.4 Gy/28 次，1.8 Gy/次。由物理師在Eclipse 13.5 治療計劃系統(tǒng)上設(shè)計治療計劃，計劃完成后生成驗證計劃，通過劑量驗證后采用Varian True Beam 醫(yī)用直線加速器實施治療。

1.2.3 圖像獲取、匹配與校正

采用Varian True Beam 醫(yī)用直線加速器在治療前通過CBCT 掃描獲取容積影像，經(jīng)重建得到橫斷面、冠狀面和矢狀面影像，并采用骨性自動匹配聯(lián)合手動微調(diào)匹配將CBCT 影像與計劃設(shè)計的定位CT 影像進(jìn)行配準(zhǔn)，直至使CBCT 獲取的影像與定位CT 影像的骨性解剖結(jié)構(gòu)在3 個方位上獲得最佳重疊為止，記錄擺位誤差?；颊咴谥委熯^程中前5 次每次均進(jìn)行CBCT 掃描，以后每周掃描1 次。在治療過程中，9 例患者進(jìn)行了9 次CBCT 掃描，3 例患者進(jìn)行了8 次CBCT 掃描，共進(jìn)行了105 次CBCT 掃描。

1.2.4 生成模擬計劃并分析結(jié)果

通過兩種方法模擬分次間擺位誤差對劑量分布的影響，且此兩種方法中處方劑量和優(yōu)化條件等均不改變，將配準(zhǔn)圖像后得到的擺位誤差帶入原治療計劃（Plan_O，即患者治療時所用計劃），僅改變治療中心坐標(biāo)，重新計算劑量。（1）分別在X、Y、Z方向?qū)γ坷颊叩臄[位誤差取平均值，然后將得到的平均值加入治療計劃系統(tǒng)生成計劃，模擬引入平均擺位誤差的劑量分布（Plan_A）。（2）若CBCT 次數(shù)為N，將原計劃復(fù)制為N 個計劃，且每個計劃的治療中心相對于原計劃治療中心的位移為每次CBCT 影像配準(zhǔn)后所得的擺位誤差，然后將N 個計劃的計劃劑量進(jìn)行疊加后取平均（Plan_F）。

1.3 觀察指標(biāo)

比較Plan_O 和模擬計劃（Plan_A 和Plan_F）之間的靶區(qū)PTVD98（98%的靶區(qū)體積所接受的劑量）、D95（95%的靶區(qū)體積所接受的劑量）、D2（2%的靶區(qū)體積所接受的劑量）、Dmean（平均劑量）、V50.4（接受50.4 Gy 劑量靶區(qū)所占的百分體積），膀 胱V30、V40、V50，小 腸Dmax、V20、V30、V40，結(jié)腸Dmax、V20、V30、V40及左右股骨頭V20、V30、V40的差異。

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理

采用SPSS 24.0 統(tǒng)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。計量資料以±s表示，采用t檢驗。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 擺位誤差

受患者自身狀況影響（如膀胱和直腸的充盈程度及其他器官的蠕動），105 次CBCT 在X、Y、Z方向的擺位誤差在一定范圍內(nèi)波動，且在Z正方向的擺位誤差次數(shù)多于負(fù)方向，見圖1。X、Y、Z方向擺位誤差分別為（-0.08±2.19）mm、（-1.99±3.80）mm、（-2.69±2.13）mm，且誤差分布區(qū)間分別為-5.20～6.00 mm、-7.70～8.90 mm、-3.70～7.70 mm，見表1。

表1 X、Y、Z 方向的擺位誤差

圖1 所有患者的擺位誤差

2.2 擺位誤差對靶區(qū)及危及器官劑量的影響

Plan_F 與Plan_O 相比，靶區(qū)D98、D95、D2、Dmean和V50.4差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），且Plan_F 中 靶 區(qū)D98、D95、Dmean和V50.4均 減 少，D2稍有增加；危及器官劑量學(xué)參數(shù)中除膀胱V30，左右股骨頭V20、V30、V40外，其他參數(shù)差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），且均有增加，見表2～3。Plan_A 和Plan_O 相比，靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)除D2差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）外，其他參數(shù)均減少且差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；危及器官劑量學(xué)參數(shù)除小腸V30、V40和左右股骨頭V20、V30、V40外，其他參數(shù)均有所增加且差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），見表4～5。

表2 Plan_F 與Plan_O 靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)比較（±s）

表2 Plan_F 與Plan_O 靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)比較（±s）

注：PTV 為計劃靶區(qū)

PTV Plan_O Plan_F t P D98（cGy）4 997.27±31.22 4 731.16±144.35 7.14 0.000 D95（cGy）5 052.05±19.02 4 922.51±78.99 6.38 0.000 D2（cGy）5 270.68±44.21 5 291.26±48.28 -5.25 0.000 Dmean（cGy）5 168.73±22.52 5 148.3±27.66 4.58 0.001 V50.4（%）95.93±1.47 90.95±3.03 6.75 0.000

表3 Plan_F 與Plan_O 危及器官劑量學(xué)參數(shù)比較（±s）

表3 Plan_F 與Plan_O 危及器官劑量學(xué)參數(shù)比較（±s）

危及器官 Plan_O Plan_F t P膀胱V30（%）81.38±12.49 91.43±31.80 -1.35 0.210 V40（%）47.29±11.14 52.08±12.37 -5.56 0.000 V50（%）18.14±6.23 23.51±7.93 -5.66 0.000小腸Dmax（cGy）5 192.71±36.97 5 284.07±115.97 -3.28 0.007 V20（%）60.91±18.05 63.14±18.67 -2.67 0.019 V30（%）35.62±15.96 38.06±16.09 -3.80 0.004 V40（%）17.32±12.34 19.71±13.52 -3.49 0.002結(jié)腸Dmax（cGy）5 251.95±63.29 5 302.07±77.04 -3.22 0.008 V20（%）59.22±27.05 61.58±27.77 -2.82 0.015 V30（%）40.73±24.94 42.21±25.67 -3.38 0.005 V40（%）24.33±18.48 26.04±19.5 -2.75 0.006左股骨頭V20（%）55.21±22.09 54.54±22.82 0.84 0.559 V30（%）9.17±7.23 10.08±9.96 -0.84 0.344 V40（%）0.63±0.87 1.23±1.62 -2.35 0.065右股骨頭V20（%）50.48±21.31 48.99±20.59 2.05 0.051 V30（%）9.19±7.84 9.42±8.71 -0.38 0.598 V40（%）0.70±1.07 1.00±1.50 -1.39 0.086

表4 Plan_A 與和Plan_O 靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)比較（±s）

表4 Plan_A 與和Plan_O 靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)比較（±s）

注：PTV 為計劃靶區(qū)

PTV Plan_O Plan_A t P D98（cGy）4 997.27±31.22 4 807.69±115.37 5.91 0.000 D95（cGy）5 052.05±19.02 4 971.72±54.48 5.48 0.000 D2（cGy）5 270.68±44.21 5 304.44±93.62 -1.85 0.091 Dmean（cGy）5 168.73±22.52 5 158.88±27.54 2.34 0.040 V50.4（%）95.93±1.47 91.9±2.57 5.14 0.000

表5 Plan_A 與Plan_O 危及器官劑量學(xué)參數(shù)比較（±s）

表5 Plan_A 與Plan_O 危及器官劑量學(xué)參數(shù)比較（±s）

危及器官 Plan_O Plan_F t P膀胱V30（%）81.38±12.49 83.73±11.5 -4.31 0.001 V40（%）47.29±11.14 52.01±12.44 -5.24 0.000 V50（%）18.14±6.23 23.58±8.05 -5.89 0.000小腸Dmax（cGy）5 192.71±36.97 5 271.2±111.63 -2.94 0.013 V20（%）60.91±18.05 63.71±18.79 -2.44 0.042 V30（%）35.62±15.96 36.72±14.62 -0.85 0.428 V40（%）17.32±12.34 18.55±11.65 -0.84 0.282結(jié)腸Dmax（cGy）5 251.95±63.29 5 309.3±78.35 -3.30 0.007 V20（%）59.22±27.05 61.34±27.81 -2.51 0.024 V30（%）40.73±24.94 42.08±25.73 -2.93 0.011 V40（%）24.33±18.48 25.9±19.62 -2.33 0.021左股骨頭V20（%）55.21±22.09 54.26±23.21 0.95 0.451 V30（%）9.17±7.23 9.82±10.07 -0.61 0.511 V40（%）0.63±0.87 0.99±1.49 -1.60 0.186右股骨頭V20（%）50.48±21.31 48.62±21.12 2.05 0.052 V30（%）9.19±7.84 9.29±8.9 0.00 0.848 V40（%）0.70±1.07 0.80±1.52 0.00 0.586

2.3 模擬計劃與原計劃靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)的相對偏差

假設(shè)模擬計劃的靶區(qū)參數(shù)為S，原計劃靶區(qū)參數(shù)為O，根據(jù)相對偏差計算方法（S-O）/O×100%，計算得出模擬計劃與原計劃靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)的相對偏差。除靶區(qū)D2外，靶區(qū)其余參數(shù)與原計劃比均減少，見圖2。

圖2 模擬計劃與原計劃靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)的相對偏差

3 討論

IMRT 要求精確的模擬定位、精準(zhǔn)的計劃設(shè)計和治療實施[7]。在整個過程中，每個環(huán)節(jié)的細(xì)微誤差均可導(dǎo)致患者實際接收劑量出現(xiàn)偏差。擺位誤差包括系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，系統(tǒng)誤差與加速器和輔助設(shè)備的機(jī)械誤差有關(guān)，如激光燈、治療床的移動誤差等；隨機(jī)誤差與患者本身體態(tài)變化、器官運(yùn)動及治療師的擺位質(zhì)量有關(guān)[8-9]。越來越多的直腸癌患者采用IMRT 時需治療師在圖像引導(dǎo)下進(jìn)行精準(zhǔn)的患者擺位，以確保準(zhǔn)確的輻射劑量傳輸，否則可能因直腸癌靶區(qū)形狀及位置特殊，使周圍腸道和膀胱受到更高的照射劑量而產(chǎn)生無法逆轉(zhuǎn)的放射損傷[10-11]。CBCT 已被廣泛應(yīng)用于臨床放射治療中，不僅能夠通過位置校正減少患者定位與治療時位置的差異，還能夠有效減少分次治療中的擺位誤差，保證腫瘤靶區(qū)在照射野內(nèi)，提高靶區(qū)控制率，降低周圍正常組織的照射劑量[12]。

直腸癌患者術(shù)后的IMRT 一般需持續(xù)1 個月左右。在此期間，患者的形態(tài)、定位及治療時肌肉的松緊度、腸道的充盈度均可影響靶區(qū)的受照劑量，此類誤差無法避免。因此，盡量減少擺位誤差、提高擺位準(zhǔn)確性是目前放射腫瘤學(xué)界不斷研究的課題之一[13-14]。關(guān)于擺位誤差對靶區(qū)及危及器官劑量的影響已有很多研究[15]。通常放射治療計劃完成后，靶區(qū)與周圍的小腸、膀胱等危及器官之間劑量跌落較為陡峭，既滿足靶區(qū)高劑量的要求，又使正常組織受到最少的劑量照射。所以，在治療過程中微小的位置偏差也可導(dǎo)致整個靶區(qū)劑量的不足，還會增加正常組織受損風(fēng)險[16-18]。

本研究通過回顧性分析12 例直腸癌患者共計105 次CBCT 的擺位誤差，評估了擺位誤差對患者實際劑量分布的影響。兩種模擬計劃結(jié)果均顯示，擺位誤差使靶區(qū)V50.4、D98、D95和Dmean較原計劃均有降低，膀胱、小腸和結(jié)腸的受照劑量均有增加，這與劉大海等[19]的研究結(jié)果類似。在治療中，雖要求患者遵醫(yī)囑盡量使放射治療時膀胱的狀態(tài)與CT 定位時保持一致，但每次治療時并不能保證與定位時完全一致，且由于分次間和單次內(nèi)位置的變化，靶區(qū)的位置亦存在不確定性。目前，直腸癌患者常規(guī)放射治療方式為1 次/d，5 次/周，前5 次治療前均行CBCT，后續(xù)每周1 次CBCT。若增加CBCT 頻率，則可減少擺位誤差對靶區(qū)劑量的影響，但同時亦需考慮多次CBCT 對正常組織器官造成的輻射劑量升高[20]。鑒于本科室加速器和治療床的局限，本研究僅考慮了患者3 個方向的誤差，未能模擬旋轉(zhuǎn)誤差情況，希望在今后的研究中逐步完善。

綜上所述，擺位誤差的存在會降低計劃質(zhì)量，靶區(qū)及危及器官實際受照劑量與原計劃存在差異，若能在CBCT 引導(dǎo)下根據(jù)擺位誤差數(shù)值總結(jié)出誤差規(guī)律，輔助醫(yī)師調(diào)整GTV 的外擴(kuò)范圍，在臨床允許的情況下，適當(dāng)調(diào)整CBCT 次數(shù)和計劃次數(shù)，可對患者進(jìn)行更加精準(zhǔn)的個性化治療。