頭頸部腫瘤調強放療擺位誤差和邊界優化分析

白逸川 江明祥 時建芳 孫欽飛 胡攀峰

頭頸部腫瘤臨床發病率逐漸升高，由于頭頸部解剖結構復雜且其周邊存在重要組織器官，所以放射治療具有很大挑戰性。隨著技術的進步，三維適形技術尤其是調強放療（IMRT）可以降低頭頸部正常組織器官的輻射損害，提高放療的準確性和精確度，但擺位誤差亦難以避免［1-2］。圖像引導（IG）技術在一定程度上能夠降低并糾正放療的擺位誤差［3］，但臨床實際使用較為繁冗且可能增加額外輻射劑量。在線校正方案可以對系統誤差和隨機誤差進行校正，但面對眾多的患者及有限的放療機器，實踐也較為困難［4］。若采用離線校正，則可較為便捷地校正系統誤差、縮小邊界，其中無動作等級（NAL）協議應用最為廣泛，被推薦為標準離線協議［5］。本研究使用千伏級錐形束斷層掃描（kVCBCT）對接受IMRT的頭頸部腫瘤患者的平移擺位誤差進行測量分析，同時使用NAL協議對臨床靶區（CTV）至計劃靶區（PTV）的邊界進行優化。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選取2017年2月至2019年5月本院收治的頭頸部腫瘤患者268例，其中根治性治療131例、輔助性治療137例，男152例、女116例，平均年齡（58.6±1.2）歲。（1）納入標準：①年齡≤70歲；②根據美國癌癥聯合委員會第7版腫瘤分期為I-IVB（T1-T4，N0-N3，M0），東部腫瘤協作組（ECOG）體能狀態評分為0～2；③接受IMRT放療。（2）排除標準：①病情危重者；②存在放療禁忌證；③存在殘疾無法配合者。共獲得圖像2850張，其中校正前1425張和校正后1425張，均進行X軸、Y軸和Z軸三個方向的位移測量。本研究經醫院醫學倫理委員會批準，所有患者均簽署知情同意書。

1.2 放射治療 （1）操作方法：使用不同能量（6 MV和15 MV）線性加速器（Elekta Synergy），16排大孔徑螺旋CT模擬機（GE Healthcare）進行CT模擬，自頭頂至胸骨進行對比增強CT掃描，切片厚度為2.5 mm。（2）位置設定：進行CT模擬前將患者置于仰臥位置，在面罩上對準激光且于中線的縱向和橫向激光交叉處標記三個點，在橫向端標記兩個點；在靠近骨性標記（例如下頜角、頦）的位置做標記，并采用不透射線的滾珠軸承貼紙（基準）表示；其均為CT的參考點。相對于這些標志，患者在設置過程中與計劃的等中心線對齊。（3）后續處理：CT模擬獲得的數據首先通過DICOM網絡傳輸到輪廓工作站，描繪出不同目標體積（整體腫瘤體積、CTV和PTV）以及CT數據集每個軸向切片上的風險器官，通過在CTV的各個方向上增加5 mm的邊界生成PTV。（4）治療系統：使用Monaco 3D Treatment系統（Elekta），根據CT參考點（基準點）將患者重新安置于線性加速器上，依據計劃等中心在X軸、Y軸、Z軸三個方向上移動治療床。

1.3 圖像配準 放療前5日通過kV-CBCT［X射線容積成像（XVI版本5.0.2 b72）］驗證患者的位置，之后的治療過程中每周檢查一次患者擺位的重復性。在感興趣區域（剪貼板）完成圖像配準，通過匹配解剖學界標例如CT參考圖像的骨骼和軟組織，進行圖像分析。使用模板匹配技術比較參考圖像和XVI圖像，使用不同的濾鏡與對比度改變工具改善圖像質量，兩者的照射野邊緣均通過自動設置進行匹配，然后在三維方向上平移調整匹配模板，以使模板與XVI上的解剖學界標呈現出最佳對應關系，計算機由此生成XVI相對于參考圖像的位移/設置誤差。擺位誤差反映患者相對于這些標記的位移。

1.4 等中心校正協議 前5次每日治療分割的等中心治療前在線校正限制擺位誤差＞5 mm，在線校正后等中心回到原始位置用于下一次分割，否則治療即是在未校正的位置下進行。起初5次連續分割的平均誤差均于第6次分割時進行校正，接下來的分割中固定校正的等中心直至治療結束，之后每周對校正的等中心位置進行確認，并對殘留的擺位誤差進行記錄分析。

1.5 數據統計與分析 記錄三個方向（X軸：右-左，Y軸：上-下，Z軸：前-后）的位移數據，計算每個軸上的平均差作為每位患者每張XVI圖像中測得的誤差平均值；系統誤差為前5日即校正前的誤差平均值及每周數據的平均值，總體系統誤差（∑）為每位患者平均誤差的標準差；總體隨機誤差（σ）為每位患者誤差標準差的平均值。根據van Herk公式估計PTV的邊界，分析體重減輕（＜5% vs ≥5%）對患者擺位誤差的影響。

1.6 統計學方法 采用SPSS 23.0統計軟件。計數資料以n（%）表示，組間比較采用χ2檢驗；計量資料以（±s）表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗。以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 校正前后三個方向上系統誤差≥3 mm、隨機誤差≥3 mm、擺位邊界≥5 mm所占比例比較 校正后比校正前顯著降低，差異有統計學意義（P＜0.05）。見表1。

2.2 校正前后三個方向上系統誤差、隨機誤差、邊界比較 見表2。

表2 校正前后三維方向上系統誤差、隨機誤差、邊界比較（cm）

2.3 體重減輕對患者擺位誤差的影響 根治性治療131例，其中體重減輕＜5%患者60例，體重減輕≥5%患者71例；輔助性治療137例，其中體重減輕＜5%患者65例，體重減輕≥5%患者72例；兩種治療方式比較，差異無統計學意義（P＞0.05），具有可比性。體重減輕＞5%的患者在Z軸、X軸兩個方向的系統誤差和隨機誤差均有所增加，但5 mm PTV邊界足夠彌補擺位誤差。

3 討論

調強放療技術，是一種較為理想的頭頸部腫瘤治療方式，一方面改善局部的腫瘤控制，減少口干綜合征等副作用，另一方面可以提高患者的生活質量。通過IMRT實現理想的劑量適形要求，在治療計劃和圖像配準過程中提高相應的準確性，因為減少的目標勾畫可導致擺位誤差［6］。頭頸部腫瘤放療的擺位誤差，始終是臨床診療中需要重視的問題，有學者報道分析了首次分割中所需要攝像的數量（N值）以檢測系統誤差［7］。在首次驗證之后每周成像可有效降低N值，同時保證相同的準確度［8］。吳彬［9］研究指出，頭頸部腫瘤經過3次分割后系統位移配準與進行的其他分割平均誤差的相關性良好，前五次分割的平均誤差并未顯示出額外的優勢。

本研究中采用5次分割的kV-CBCT掃描，隨后每周進行掃描，結果顯示5 mm的邊界和前5張每日圖像能夠顯著降低治療過程中的擺位誤差。現代線性加速器的射野影像裝置已經作為幾何不確定性的常規檢測，在每一放療單元評估這些不確定性的程度，為CTV設置適宜的邊界。不同的統計目標，邊界存在多樣性，邊界M（2.5Σ+0.7σ）可以確保90%的患者CTV接受至少95%的放射劑量［10］，MITRASINOVIC等［11］基于＞99%CTV接受至少95%的劑量得到不同的公式：M=2.0Σ+0.7σ。在放射劑量方面，系統誤差比隨機誤差產生的影響更大，分割放療中的幾何不確定性具有系統性和隨機性，但合適的攝像方案能夠簡單地將兩者分離，使得自定義理想的邊界成為可能。

本研究預測在頭頸部的輻射有必要設置5 mm的邊界以彌補擺位偏差，這與文獻報道和臨床經驗一致［12］。在線校正方案力求全面的誤差校正，系統方案包括特異的工具如圖像引導放射治療（IGRT），但考慮到設備的可行性和有限的人力資源，大多數診療機構無法進行每日的IGRT操作。離線校正技術追求的是系統誤差的降低和減少邊界，涉及的工具和程序可在配備成像的治療機構中輕易實施，NAL方案由于需要更少的圖像和工作量，因此比其他方案更有效。該方案先前已被應用于頭頸部放療中，CLARK等［13］量化分析了頭頸部放療的擺位誤差，并從理論上研究了離線校正方案的影響。一項回顧性研究和蒙特卡洛模擬表明，使用NAL方案能夠獲得1 mm的準確度，由于隨機擺位誤差較小，離線驗證方案在頭頸部放射治療中非常有效。本研究證實，離線NAL方案可有效減少頭頸部放射治療中的系統誤差，從而可能將患者的PTV降低至5 mm。為克服擺位誤差給治療帶來的影響，自CTV增加5 mm的邊界是較為安全的，在CTV所有方向上設置3 mm的邊界獲得相應的PTV亦足以解決擺位誤差的問題。

本文研究對象采用了根治性和輔助性兩種治療方式，根治性治療由于原發性腫瘤或瘤體縮小等因素會產生明顯體積變化，輔助性治療體重減少的患者更多，同時經過手術治療引起局部解剖結構的變化在一定程度上可能影響系統誤差。通過分析擺位誤差不確定性差異，結果顯示不同治療方式之間患者的體重變化、擺位誤差及邊界比較，均無統計學意義（P＞0.05），治療的強度是否會影響擺位誤差，還需進一步的研究加以證實。體重減輕在頭頸部放療中理想上可增加擺位不確定性，因熱塑面罩下的移動幅度增加或后頸部脂肪組織減少，均會增加系統性的前后位移。田娟秀等［14］研究顯示，體重減輕與擺位誤差無顯著相關性；SCHULER等［15］指出，體重減輕可使接受放療的喉癌患者擺位偏移更高，從而需要增加PTV的設置；HAN等［16］研究發現，體重減輕＞5%可使系統誤差在前后和橫向方向上稍微增加，但擺位誤差相關的PTV邊界仍在5 mm以內，這與本研究結果相一致。

綜上所述，圖像引導的kV-CBCT能夠對頭頸部腫瘤患者放療的擺位誤差進行有效地評價，離線NAL方案能夠對擺位誤差進行校正而無需每日線上成像，減輕了操作負擔，通過在CTV的各個方向上增加5 mm邊界得到PTV足以彌補擺位誤差帶來的問題。