機載千伏級CBCT監測鼻咽癌IMRT擺位誤差的分析

王樹超 張軍寧 邰國梅 彭 欽 查燕燕 任 朋 劉凱麗

鼻咽癌IMRT通過產生高度適合靶區形狀的劑量分布，解決了靜止靶區的劑量適形問題，但是由于放療是以分次照射方式進行的，即使很好的體位固定也難以保證治療體位的重復性，在患者接受分次治療過程中仍存在擺位誤差，即實際治療位置與參考位置的差異。而較小擺位誤差亦可導致靶區劑量不足或正常組織劑量增加，本實驗利用機載KV-CBCT實時監測早期鼻咽癌患者調強放療擺位誤差的變化，在此基礎上分析體重指數、體重變化對擺位誤差的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集2009年4月至2010年2月在蘇州大學附屬第一醫院就診的早期初治鼻咽癌患者15例，所有患者均經病理檢查證實為低分化鱗癌，年齡≤65歲，其中男性11例，女性4例，卡氏評分(karnofsky performance status，KPS)≥80。患者放療前未接受過任何抗腫瘤治療、無遠處轉移。所有患者放療前輔助檢查與處理：血常規、肝腎功能、胸部正側位片、腹部B超、鼻咽部和頸部增強CT和MIR掃描、放療前口腔病處理。患者按1992年福州分期標準Ⅰ期4例(26.67%)，Ⅱ期11例(73.33%)。

1.2 方法

1.2.1 固定體位和CT掃描 患者取仰臥位，雙手置于體側，在模擬定位機下采用頭頸肩熱塑面罩固定于碳素纖維底板上。為避免頭頸肩膜變形引起擺位誤差，采取上午制模，下午行CT掃描，并記錄掃描參數。為減小系統誤差，通常在CT模擬掃描時確定治療中心點，通過在熱塑膜上標記與激光燈重合的“+”字線，建立三維參考系，通常選擇第4、5頸椎下緣作為中心平面。掃描范圍上界達頭頂，下界達鎖骨頭下2 cm。鼻咽及頸部擬治療區域以層間距0.3 cm薄層掃描，其余區域層間距0.5 cm掃描。將CT圖像經網絡傳輸至CMS XIO治療計劃系統進行患者信息及坐標系登記，在工作站進行數據重建并確認。

1.2.2 勾畫靶區和危及器官 根據ICRU50號和ICRU62號報告的定義勾畫靶區及危及器官[1,2]。

1.2.3 制定計劃 在CMS XIO治療計劃系統(treatment planning system，TPS)里為每位患者制定逆向IMRT計劃，采用9個基本野方案。按上海腫瘤醫院內部資料給予處方劑量和靶區劑量的上下限、危及器官的劑量上限，利用逆向設計軟件自動計算照射子野數、劑量權重，通過劑量體積直方(dose volume histogram，DVH)圖評定計劃并進行優化。

1.2.4 獲取X線容積影像 待副主任以上職稱的主管醫師確認后，將治療計劃傳輸至治療中心工作站，同時將患者的計劃CT圖像一并傳至治療中心工作站。第一次及以后療程中每周測量一次擺位誤差時，要求物理師及副主任以上職稱的主管醫師參加擺位，按治療計劃提供的等中心標記擺位，并用加速器機載KV-CBCT 進行掃描，獲取X線容積影像(XVI)，使用full fan濾線器，重建矩陣512×512，重建層厚0.3 cm；根據醫科達IGRT協作組的標準設置掃描參數(preset)：Head and neck half-cw/cc (100kv，36.1mAs,S20過濾板)，結合模擬定位CT的掃描參數進行掃描。機架從22°到-178°逆時針行200°范圍的弧形掃描。

1.2.5 測定擺位誤差 OBI系統將掃描部位的容積圖像重建為CT 斷層圖像，并與治療計劃CT 圖像進行3D/3D 自動和(或)手動匹配，獲得患者在左右、頭腳、腹背方向及水平面旋轉的擺位偏差數值。CBCT配準區域(Clipbox)選取范圍采用醫科達IGRT協作組的標準，上界到眉弓，下界到第5頸椎下緣，左右界到兩側耳內緣，前界到鼻尖，后界到枕骨后緣。配準方法：因為頭頸部固定良好，變異較小，多采用在自動匹配的基礎上進行手工匹配方法，重點考慮PTV和頸椎中等區域，選擇骨匹配為主的方式進行匹配[3]。匹配完成后計算機即可自動得出擺位誤差。

1.2.6 糾正擺位誤差及實施治療 通過制導移動治療床,自動糾正線性誤差和旋轉誤差后開始放射治療。若誤差≥0.5 cm,尋找原因，并按糾正后的，進行KV-CBCT掃描，以獲得從未糾正位置情況下，患者的擺位誤差。激光燈標志“+”進行放療。但保留原始計劃標志點，以后每周仍按原始計劃標志點擺位。

1.2.7 評價體重指數對擺位誤差影響 體重指數(body mass index，BMI)是目前國際上常用的衡量人體胖瘦程度指標，能間接表示皮下脂肪厚度。18～25是正常，理想體重指數是18.5～22.9，當BMI≥25時認為超重。根據放療前不同體重指數，將患者分為BMI<25組和BMI≥25組,觀察超重對首次擺位誤差的絕對值、整個放療過程中的系統擺位誤差及隨機擺位誤差的影響。

1.3 統計學方法

本實驗采用SPSS 13.0統計軟件進行統計學分析，兩樣本均數的比較按照方差是否齊性選用t檢驗，兩變量之間的相關性采用直線回歸的相關性分析，不同變量對樣本的影響采用逐步回歸方法分析，P<0.05有統計學意義。

2 結果

2.1 誤差數據分析

采用Rosenthal等[4]推薦的方法，將系統誤差與隨機誤差分開研究。系統誤差為所有分次擺位誤差的平均值，反映實際治療和模擬定位間差異；隨機誤差為所有分次擺位誤差的標準差，反映分次放療之間差異。本研究建立以計劃中心點為中心的三維坐標系分析擺位誤差，分別X軸表示左右方向，Y軸表示頭腳方向,Z軸表示腹背方向，實際擺位中心點在坐標系中往背部、往患者左側、往頭部移位為正，水平面沿順時針方向旋轉矢量值為正。所有測量樣本中擺位中心點平均位置在腹背、頭腳、左右方向的坐標為(-0.1833 cm,-0.0322 cm,0.0967 cm)；95%的可信區間分別為[-0.2117 cm，-0.1549 cm]，[-0.0768 cm,0.0124 cm]，[0.0563 cm,0.1371 cm]；水平面旋轉的均值為-0.8333°,95%的可信區間[-1.0987°,-0.5687°]。對第1次到第6次的擺位誤差數據分別進行矢量位移分析，結果發現擺位中心點在腹背方向上隨療程進行向腹側移位；在頭腳方向上向腳側移位；在左右方向上向左側移位；在旋轉方向上向逆時針方向移位，見圖1。

圖1 各個方向擺位誤差描述性統計量

2.2 BMI對首次擺位誤差絕對值的影響

本研究發現，首次擺位誤差絕對值的平均值在腹背、頭腳、左右方向及水平面旋轉方向，BMI≥25組分別為BMI<25組的93.33%、110.00%、200.00%、223.90%(P值分別為0.956、0.579、0.039和0.022)。故BMI≥25患者在左右方向及水平面旋轉首次擺位誤差絕對值較BMI<25患者明顯增大，見圖2。

圖2 BMI<25組和BMI≥25組患者首次擺位誤差絕對值的比較

2.3 BMI對系統擺位誤差和隨機擺位誤差的影響

BMI<25組的系統擺位誤差在左右方向和水平面旋轉方向小于BMI≥25組(P<0.05)。故BMI≥25患者在左右方向及水平面旋轉的系統誤差較BMI<25患者明顯(圖3)。BMI<25組在腹背、頭腳、左右方向和水平面旋轉的隨機擺位誤差與BMI≥25組無明顯差別(P>0.05)，體重指數對隨機擺位誤差無明顯影響,見圖4。

圖3 BMI<25組和BMI≥25組患者系統誤差比較

圖4 BMI<25組和BMI≥25組患者隨機誤差比較

2.4 體重變化對擺位誤差的影響

在放療療程中，大多數患者有體重下降情況。將每次KV-CBCT掃描前測定的體重與放療前體重相比較，得到體重減少率。從放療開始到放療結束，所有測量次數中平均體重減少率為4.25%，95%的可信區間為[3.355%，5.155%]，最大值13.33%，最小值-2.17%。將測得的擺位誤差按體重減少率分6組，其中小于0.00%組：16次；0.00%～2.00%組：13次；2.00%～4.25%組：15次；4.25%～6.00%組：8次；6.00%～10.00%組：13次；大于10.00%組：10次。計算每組體重減少率和各個方向擺位誤差的平均值，數據分析發現，腹背方向及旋轉的擺位誤差與體重下降率呈相關性(P值均小于0.05，|r|分別為0.420和0.437)；左右方向及頭腳方向擺位誤差與其無明顯相關性(P值分別為0.106和 0.104，|r|分別為0.188和0.189)。說明放療過程中體重下降會明顯引起實際擺位中心點沿腹背方向往腹側移位及水平面逆時針旋轉，且當體重減少達7.10%，擺位中心點向腹側偏移可達0.2 cm，見圖5,6。

圖5 腹背、頭腳、左右方向誤差均值隨體重減少率的變化情況

圖6 旋轉誤差均值隨體重減少率的變化情況

3 討論

擺位誤差是實際治療位置和治療參考位置即定位CT位置的差異。擺位誤差包括系統誤差和隨機誤差[5]。系統誤差通常產生于治療計劃準備期間，主要由于在放射治療機上不能完全重復治療計劃所需的位置，造成實際治療的平均位置和計劃需要的位置之間的差異，可采取相應質量控制和質量保證措施糾正使之減小。隨機誤差通常產生于治療計劃執行期間，主要因患者體位變化及器官運動造成分次治療之間重復性的差異引起。這兩者對劑量分布具有不同的影響，因為系統誤差存在于治療全程，引起等劑量線整體偏離靶區；而隨機誤差具有偶然性，可使得高劑量區范圍縮小和邊緣變得模糊。通過影像學介入在影像引導下放療設備使實時測定、糾正擺位誤差成為可能，并可在此基礎上推算系統誤差和隨機誤差[6]，同時可分析其形成相關因素，以減小對放療的影響。目前測量、糾正放療擺位誤差的方法有以下幾種，①射野驗證片或DRR片只能依靠二維重建，利用骨性標志進行比較；②EPID雖具有實時優勢，但患者吸收劑量高，圖像清晰分辨較低，不能進行旋轉誤差的糾正；③治療療程中利用CT模擬機測量缺乏實時性，不能得到因治療室與模擬CT室的差異引起的誤差；④機載MV-CBCT利用加速器的高能X線實時成像，對軟組織分辨率差；⑤機載KV-CBCT不僅可以實時形成骨和軟組織分辨率均很高的三維容積圖像，而且圖像與計劃CT圖像成像條件更為接近，可以通過自動或加手動方式與計劃CT圖像在線匹配，進行靶區和周圍器官的大小、形狀、位置匹配；精準糾正放療體位改變引起線性和旋轉誤差，監測和通過相應措施糾正治療過程中腫瘤或正常組織變形所帶來的劑量學變化。相比較而言，機載KV-CBCT具有較好的精確性。

本研究發現患者機體本身有多種因素會影響擺位時體位的重復性，如皮下脂肪層的厚度、肌肉張力和重力作用以及患者體位的舒適性，自我控制能力等[6]。BMI是1個能間接表示皮下脂肪厚度客觀指標。本研究結果發現:①BMI≥25患者左右方向及旋轉的擺位誤差的絕對值較BMI<25患者明顯偏大；②其左右方向和旋轉的系統擺位誤差較明顯。Yan等[7]提出的自適應放療( adaptive radiation therapy)即在每個患者整個放療過程的早期用影像工具測量每日的擺位誤差,對擺位誤差進行統計分析,決定是否需要修改放療計劃。如果需要則進行相應修改,而后按修改好的計劃繼續治療。我們發現BMI≥25患者首次擺位誤差幅度在左右方向及水平面旋轉方向較BMI<25患者明顯偏大，有必要結合實際擺位情況，調整原來依賴群體性數據制定的計劃，即自適應放療，獲得個體化的治療計劃。 鼻咽癌放射治療的療程長，大多數為40～50天，療程中絕大數患者可因疾病本身和治療反應等原因出現體重的變化。潘才佳[8]通過EPID研究體重變化對擺位誤差的影響，發現體重減輕5 kg以上可導致面罩松動，引起擺位誤差加大。我們每周行CBCT測量擺位誤差同時監測體重的變化，在此基礎上研究擺位誤差與體重變化的關系，本研究結果顯示：患者體重減輕會引起擺位中心點向腹側移位和水平面呈逆時針方向旋轉，BMI≥25鼻咽癌調強放療患者有必要進行自適應放療,且體重下降超7.10%，中心點往腹側移位可達0.2 cm。因此鼻咽癌IMRT中應定期測量體重，對體重減輕超過7.10%患者，可通過KV-CBCT等圖像引導放療設備測量擺位誤差，若位置偏移明顯，予以重新制模固定體位；必要時每次分次放療前進行KV-CBCT掃描糾正誤差。

[1] ICRU Report 50：Prescribing,recording,and reporting photon beam therapy〔S〕.Bethesda,MD：International Commission on Radiation Units and Measurements,1993：1～72.

[2] ICRU Report 62：Prescribing,recording,and reporting photon beam therapy (supplement to ICRU Report 50)〔S〕.Bethesda,MD:International Commission on Radiation Units and Measurements,1999.

[3] Lee N,Xia P,Quivey JM,et al.Intensity-modulated radiotherapy in the treatment of nasopharyngeal carcinoma：an update of the UCSF experience〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Phys,2002,53(1):12.

[4] Gierga DP,Chen GTY,Kung JH,et al.Quantification of respiration-induced abdominal tumor motion and its impact on IMRT dose distributions〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Phys,2004,58(5):1584.

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[7] Yan J,Wong F,ViCINⅠ J,et al.Adaptive modification of treatment planning to minimize the deleterious effects of treatment setup errors〔J〕.Int J Radia Oncol Biol Phys,1997,38(1):197.

[8] 潘才佳.應用電子射野裝置實時糾正鼻咽癌調強放療擺位誤差的研究〔J〕.中華放射腫瘤學雜志，2009，18(5)：341.