鼻咽癌調(diào)強放療擺位誤差對劑量分布影響的研究

石錦平 謝秋英 張利文 何燕燕

三維適形調(diào)強放療(intensity-modulated radiotherapy,IMRT)的劑量梯度陡峭 ,高劑量區(qū)緊緊包繞靶區(qū),對擺位精確度及其驗證的要求高,因此,放療擺位引入的誤差往往導(dǎo)致腫瘤及其周圍正常組織實際接受的劑量與初始計劃不一致。擺位誤差是影響放療精度的重要因素,即使是固定較好的頭頸部腫瘤也難以避免[1]。本文應(yīng)用千伏級錐形束 CT系統(tǒng)分析鼻咽癌放療擺位誤差對劑量分布影響的研究。

1 資料與方法

1.1 資料

經(jīng)病理學(xué)檢查確診的鼻咽癌患者 6例,男性 4例,女性 2例。年齡 34～71歲,中位年齡 57歲,全部為早期病例(T1～T2N0M0)。KPS評分均 ≥70分。患者全程采用三維適形調(diào)強放療。

1.2 儀器設(shè)備

Philips16排螺旋大孔徑放療專用 CT模擬掃描機、瓦里安 Trilogy直線加速器、瓦里安 OBI(On Board Image)的 CBCT圖像采集與處理平臺以及瓦里安 E-clipse治療計劃系統(tǒng) 8.6版本 。

1.3 擺位固定及計劃設(shè)計

采用 MedTech頭頸肩固定架及患者取仰臥位,頭墊枕于舒適體位,熱塑膜固定。在螺旋 Philips的 CT掃描機下進行 CT模擬定位。三維激光燈擺位,面膜上標(biāo)記“+”字線與激光“+”字重合,作為標(biāo)記點建立參考系,螺旋 CT掃描。CT掃描范圍自頭頂露空層至鎖骨頭,圖像分辨率為 512×512,層厚 3 mm,掃描圖像傳至 Eclipse 8.6治療計劃系統(tǒng),放射物理師將醫(yī)生勾畫的靶區(qū)輸入治療計劃系統(tǒng),制定并優(yōu)化放療計劃。

1.4 在線分析

放療前用定位時制作的頭頸肩“T”形熱塑面模固定患者頭頸部,三維激光燈擺位。采集 kV CBCT圖像,每次 CBCT掃描時間約 1min,掃描范圍為 Y軸方向上 15 cm,掃描中心為放療等中心點 ,采集 CT參數(shù)為電壓 120 kv,掃描視野 FOV45 cm,機架旋轉(zhuǎn)角度178°至 182°,全分辨率重建模式。每例患者均掃描 33次,圖像分辨率為 512×512,重建層厚 3 mm。CBCT在不同機架角度獲取一系列圖像,重建成三維容積圖像,再形成斷層圖像,并與輸入的三維 CT圖像進行匹配,每例患者均掃描 33次。后者與計劃 CT圖像進行自動配準(zhǔn)和手動配準(zhǔn),分別記錄左右 X軸 、頭腳 Y軸及前后 Z軸方向上的平移矢量,采用該矢量調(diào)整治療床為患者實施放療。

1.5 在線 CBCT圖像與計劃 CT圖像手動配準(zhǔn)

鼻咽癌腫塊與周圍的骨性結(jié)構(gòu)關(guān)系密切,其CBCT圖像和計劃 CT圖像手動配準(zhǔn),通常以患側(cè)癌腫周圍的骨性結(jié)構(gòu)如梨骨、翼突、莖突、枕骨和頸椎為參照模板。擬照射的鼻咽癌腫塊與枕骨基底部和頸椎前緣關(guān)系更密切、下頜骨位置易活動,另外手動配準(zhǔn)時首先考慮枕骨基底部和頸椎的吻合情況,其次考慮下頜骨吻合情況。鼻咽癌患者如果反復(fù)出現(xiàn)配準(zhǔn)效果不理想,說明患者的頭部與可塑面膜和或頭枕之間吻合情況較差,或者病變及其周圍結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化,如患者明顯消瘦等,此時需要重新定位。

1.6 匹配方式

匹配方式也可采用骨性自動匹配,匹配設(shè)定范圍包括腫瘤及其周圍骨組織。擺位誤差即為 CBCT腫瘤等中心和計劃 CT腫瘤等中心之間的三維方向差異。每次照射前獲取 x、y、z方向誤差,應(yīng)用專用軟件計算出偏移矢量,移動治療床校正,進行治療。

1.7 治療計劃

在 Eclipse計劃系統(tǒng)中設(shè)計逆向調(diào)強治療計劃和位置驗證計劃。治療采用 7個照射野方案,入射角分別為 0°、50°、100°、150°、300°、250°、200°。處方劑量GTV:70 Gy,2.12 Gy/次 ×33次。 GTV=GTVnx+GTVnd。GTVnx:鼻咽原發(fā)大體腫瘤靶區(qū)及融合增強MRI檢查顯示的鼻咽部腫瘤區(qū)和咽后淋巴結(jié)融合在模擬計劃 CT上勾畫出靶區(qū)。GTVnd是增強 CT或 MRI顯示的頸部轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)。照射范圍從顱底到鎖骨上,應(yīng)用調(diào)強劑量的計劃設(shè)計,將每名患者最終的治療計劃射野參數(shù)移植到 CBCT圖像中,模擬在實際治療中三維方向的誤差;不需再次優(yōu)化,計算劑量,機器跳數(shù)不發(fā)生改變,僅等中心坐標(biāo)的變化,照射參數(shù)與原計劃一致,劑量分布的改變反映出擺位誤差對靶區(qū)和危及器官受照劑量影響。

2 結(jié)果

6例 198次錐形束 CT中 X、Y、Z方向系統(tǒng)誤差和隨機誤差見表 1。

表1 6例錐形束CT中系統(tǒng)誤差和隨機誤差表(mm)

靶區(qū)及危及器官劑量分布變化情況見表 2。

表2 靶區(qū)及危及器官劑量分布變化情況(%)

3 討論

鼻咽癌三維適形調(diào)強放射治療實施過程中,存在不同程度的系統(tǒng)誤差與隨機誤差。系統(tǒng)誤差主要由CT模擬機、模擬機、加速器等設(shè)備精度及外置激光燈誤差、光距尺的誤差等綜合原因造成,通過機器的 QA可予以校準(zhǔn)。隨機誤差主要與患者擺位相關(guān),如:人體不自主運動,生理性呼吸運動、技術(shù)員的擺位技術(shù)等不確定性因素引起,擺位誤差在治療計劃中直接影響了PTV外放邊界 Margin的大小[2～5]。OBI系統(tǒng)目前主要在臨床主要用于患者治療位置的修正,CBCT掃描圖像雖然增加 6 min左右驗證擺位時間,但可實時校準(zhǔn)擺位誤差,為精確放療提供可靠的保障。與 EPID系統(tǒng)相比,OBI系統(tǒng)有著圖像清晰;采集、配準(zhǔn)方便;患者吸收劑量較小;自動化程度高優(yōu)點。由于射線為 KV線質(zhì)的緣故,不僅可進行 DR圖像與 DRR圖像的二維骨性標(biāo)記配準(zhǔn),而且可進行 CT圖像的三維低密度組織(如實體腫瘤)配準(zhǔn),進一步提高了圖像在三維方向的配準(zhǔn)精度。通過 CBCT的專用軟件能精確計算出每次等中心的三維方向上的實際誤差值,同時能清楚顯示此時照射區(qū)內(nèi)所有組織、器官的三維結(jié)構(gòu)的變化。

本文采用 CBCT對 6例患者的掃描在 X、Y、Z方向分別為 (-0.52±1.2)mm、(-0.22±2.51)mm、(-0.53±1.21)mm。所有誤差均 ＜2mm。范乃斌等[6]報道頭頸部腫瘤面膜固定擺位平均誤差為 (2.47±0.96)mm。Hurkma等[7]研究指出 CBCT測定等中心位移的隨機誤差頭頸部腫瘤 ＜2 mm。

圖像引導(dǎo)放療(image guided radiation therapy,IGRT)[8]優(yōu)點:可以減小計劃靶區(qū)的范圍,縮小敏感組織體積,提高腫瘤劑量,對誤差進行在線修正增加腫瘤控制率。ICRU24號報告,靶區(qū)照射劑量的變化劑量偏離5%就有可能使原發(fā)灶失控或并發(fā)癥增加,在誤差較小的鼻咽癌調(diào)強放療中,校正擺位誤差所引起的劑量改變是有必要的。在臨床上可允許的擺位誤差范圍內(nèi),GTV的劑量變化范圍在(-1.51～12.18)%。危及器官,單次劑量變化均超過 10%,左晶體劑量變化范圍為(-12.45～0.13)%,右晶體劑量變化范圍為(-17.87～-0.08)%,脊髓劑量變化范圍為(-0.18～8.20)%,腦干劑量變化范圍為(-5.40～6.55)%。如果不進行擺位誤差的校準(zhǔn),有可能造成正常組織超量。王鑫、胡超蘇研究表明在正常組織中,腮腺貼近靶區(qū),與脊髓和腦干相比,它所受到的劑量對擺位誤差非常敏感,劑量增加超過原計劃 10%的機會明顯增加[9]。在鼻咽癌調(diào)強放療中,擺位誤差雖能保證在 2 mm以內(nèi),但如不校正誤差,對腫瘤靶區(qū)劑量和正常組織器官所受劑量也將受到不同程度影響[10]。

本文主要分析采用計劃系統(tǒng)比較擺位誤差后的劑量差異,結(jié)果僅是相對劑量的對比,而腫瘤靶區(qū)隨治療時間延長靶體積變小未予以考慮,將來的研究中,將患者實時 CBCT掃描設(shè)置模擬 CT同樣條件的圖像,傳至計劃系統(tǒng)勾畫出靶區(qū)在線的劑量對比,更能準(zhǔn)確的反映每次擺位誤差對劑量的影響。鼻咽癌三維適形調(diào)強放射治療實施過程中有一定程度的擺位誤差是確實存在的,應(yīng)用 CBCT進行在線擺位誤差糾正,可明顯減少擺位系統(tǒng)誤差和隨機誤差,提高靶區(qū)及周圍器官所受劑量的準(zhǔn)確性,為臨床放射治療提供質(zhì)量保證。

[1] K am MK,Chau R M,Suen J,et al.Intensitymodulated radiotherapy in nasopharyngeal carcinom dose in error advantage over convention-p lans and feasibility of dose escalation〔J〕.Phys,2003,56(1):145.

[2] E Astreinidou,A Bel,CPJ.Adequate margins for random setup uncertainties in Head-and-neck IMRT〔J〕.Intl JRadiation Oncology Biology Physics,2005,61:938.

[3] Van Herk M.Errors and margins in radiotherapy oncology〔J〕.Semin Radiation Oncology,2004,14(1):52.

[4] Kutcher GJ,Mageras GS,Liebel SA.Control correction and modeling of setup errors and organ motion〔J〕.Semin Radiation Oncology,1995,5:134.

[5] Van Herk M,Remeijer P,Lebesque JV.Inclusion of geometric uncertainties in treatment plan evaluation〔J〕.Intl J Radiation Oncology Biology Physics,2002,52:1407.

[6] 范乃斌,夏廷毅,孫慶選,等.面罩固定不同標(biāo)記法在重精度比較〔J〕.中華放射腫瘤雜志,2000,9(3):215.

[7] Hurkma,Remeijer P,Lebesque JV,etal.Set-up verification using portal images:review of current clinical practice〔J〕.Radiotherapy Oncology,2001,589(2):105.

[8] 戴建榮,胡逸民.圖像放療的引導(dǎo)方式〔J〕.中華放射腫瘤學(xué)雜志,2006,15:132.

[9] 王 鑫,胡超蘇,應(yīng)紅梅.擺位系統(tǒng)誤差對鼻咽癌放療劑量分布的影響〔J〕.中國癌癥雜志,2008,18(8):620.

[10] 胡逸民.適形調(diào)強放射治療.見胡逸民主編腫瘤放射物理學(xué)〔M〕.北京:原子能出版社,1999:594.