圖像引導放射治療技術在宮頸癌調強放射治療中的應用研究

陳善鳳 葉銘蘭 雷海紅 黃家滿 陳伙輝

宮頸癌是嚴重威脅女性健康的一種惡性疾病,近年來發病率呈現逐漸升高的趨勢,放射治療是其重要治療手段,有80%的宮頸癌患者在治療過程中需進行放射治療。調強放射治療(intensity modulation radiation therapy,IMRT)技術具有靶區高劑量和正常器官低受量的優勢,在宮頸癌治療中被廣泛應用［1］。但由于腹盆腔部特殊的生理結構,治療時容易出現擺位誤差,從而影響靶區劑量,降低治療效果［2］。圖像引導放射治療(image guided radiation therapy,IGRT)［3］利用影像設備獲取患者體位圖像與計劃圖像進行驗證,保證腫瘤治療劑量,降低正常組織損傷,提高治療效果。在進行放射治療計劃設計時除了要考慮靶區及器官的運動,還要結合擺位誤差水平以給定合適的外放邊界。本研究希望通過IGRT 技術應用于宮頸癌調強放射治療患者中,分析其擺位誤差水平、總結經驗,給出合適的外放邊界(Margin),從而更好地指導臨床工作,提高治療效果。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2019 年4 月～2020 年12 月在本院接受調強放射治療的60例宮頸癌患者,年齡40～75 歲,中位年齡56 歲,患者均行動方便,具有較好的配合放射治療擺位能力。

1.2 方法

1.2.1 掃描方法 患者取仰臥位,平躺在腹部碳纖維固定板上,使用熱塑體模固定,在體膜頭腳兩端邊界分別畫線標志,然后進行CT 模擬定位掃描(掃描層厚3～5 mm),掃描范圍從胸椎12 下緣到恥骨聯合下3 cm。由放射治療醫生勾畫靶區及危及器官,靶區劑量46 Gy/23 F～50 Gy/25 F。

1.2.2 圖像采集設備 Varian CX 直線加速器,TiGRT IVS 放射治療圖像引導系統。IVS 系統采用數字平板探測器加載在直線加速器上,具有分辨率高面積大的優點,集成了膠片及電子射野影像裝置(EPID)的射野記錄與驗證功能,能快速實現患者的位置驗證,并能夠進行實時擺位誤差計算及一鍵修正,節省擺位時間。圖像配準范圍為24 cm×24 cm,誤差精度可達0.5 mm。

1.2.3 圖像驗證方法 在對患者進行擺位后對其盆腔部放射治療計劃中心拍攝0～90°的位置驗證片,然后將實時拍攝位置圖像與放射治療計劃定位CT 圖像進行配準,主要以骨性結構配對,第1 次配準圖像必須由放射治療醫生、物理師和治療師共同通過,本次研究未考慮旋轉誤差。配準完成后系統可自動計算出每次擺位的三維誤差值,分別記錄患者左右(X 軸)、頭腳(Y 軸)和前后(Z 軸)3 個軸向的擺位誤差。首次治療前2 次都進行位置驗證,之后每周都進行一次EPID 位置驗證,即患者治療的第1、2、6、11、16、21 次拍攝治療前驗證片,誤差超出要求使用在線體位校正功能進行校正,誤差校正后進行第2 次EPID 拍片,得出校正后的誤差。

治療床自動移位的準確性會直接影響擺位誤差的糾正［4,5］,根據IGRT 技術的質量控制要求,臨床應用前已對TiGRT IVS 系統治療床自動移位功能的準確性進行了驗證,符合IGRT 質量控制標準。

1.3 觀察指標 分析宮頸癌調強放射治療的擺位誤差,估計外放邊界,并分析校正前后誤差值。所采集誤差數據經統計后使用擴邊公式估算邊界外放。利用擺位誤差估算腫瘤靶區(CTV)到計劃靶區(PTV)外放范圍大小,根據文獻van Herk 等［6］所提出的外放邊界公式分別估算出X 軸、Y 軸、Z 軸3 個方向的MPTV 值,即MPTV=2.5×Σ+0.7×δ。式中Σ 表示所有患者個體化系統誤差的標準差,δ 表示隨機誤差標準差［7］。

1.4 統計學方法 采用SPSS17.0 統計學軟件進行統計分析。計量資料以均數±標準差()表示,采用t檢驗。P＜0.05 表示差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 誤差分析 60例宮頸癌患者首次治療前2 次都進行拍攝正側位擺位圖像,隨后每周進行一次驗證片拍攝,共獲得720 張實時位置驗證圖像,與放射治療計劃重建圖像進行比較得到誤差數據,共記錄360 組誤差數據。X 軸、Y 軸和Z 軸向的擺位誤差分別為(-0.12±0.99)、(0.27±1.62)、(-0.72±1.56) mm。在所有的誤差測定值中,X軸向＜3mm的占94.7%(341/360),X軸向＜5mm 的 占100.0%(360/360)；Y 軸向＜3 mm 的 占81.4%(293/360),Y 軸 向＜5 mm 的 占90.6%(326/360)；Z 軸向＜3 mm 的占90.3%(325/360),Z軸向＜5 mm 的占96.4%(347/360)。其中Y 軸方向誤差較大,最大誤差絕對值達6.8 mm。見表1。

表1 360 組數據擺位誤差分析(,mm)

表1 360 組數據擺位誤差分析(,mm)

2.2 邊界外放值估計 MPTV 左右方向即X 軸所需擴邊值為2.73 mm,頭腳方向即Y 軸所需擴邊值為4.50 mm,前后方向即Z 軸所需擴邊值為4.30 mm。擴邊值Y 軸＞Z 軸＞X 軸。見表2。

2.3 校正前后擺位誤差對比 若擺位X 軸、Y 軸、Z 軸任一方向誤差(正值)超出≥3 mm,則使用在線體位自動校正功能進行校正,誤差校正后進行第2 次EPID 拍片,得出校正后的誤差為分次間誤差。擺位校正后的放射治療精確度明顯優于擺位校正前,因此有條件的單位可每次治療進行EPID 位置驗證。共有107組數據需要糾正,三個方向校正前后擺位誤差對比,差異均具有統計學意義(P＜0.05)。見表3。

表3 107 組數據校正前后擺位誤差對比(,mm)

表3 107 組數據校正前后擺位誤差對比(,mm)

注：校正前后對比,P＜0.05

3 討論

患者擺位誤差來源于分次治療擺位過程中的系統誤差和隨機誤差,系統誤差是指實際治療位置和模擬定位時位置的差異,隨機誤差是指每次治療時重復性的差異［8］。系統誤差用所有分次的擺位誤差的平均值表示,隨機誤差用所有分次的擺位誤差的標準差表示。同時三個軸向系統誤差增大,隨機誤差也隨之變大。表1 統計結果顯示,宮頸癌擺位在Y 軸方向誤差較大,這與梁廣立等［9］、倪曉雷等［10］的結果相似。

調強放射治療技術具有精確定位、精確靶區、精確放射治療的“三精”特點,靶區周圍劑量跌落梯度大,其優勢必須以高精度的臨床質量保證為前提。IGRT技術推動了放射治療的精確化進展,使用擺位圖像與計劃CT 圖像進行配準,獲取患者的擺位誤差,有利于放射治療過程中治療師及時采取相應措施進行誤差修正［11,12］。目前較為常用的IGRT 設備主要有錐形束CT 和EPID 兩種,EPID 設備因成本低、操作簡單、圖像質量好、獲取圖像方便快捷等特點,使得其仍然是大多醫院采用的測量擺位誤差的設備。

本研究從首次治療至放射治療結束每周都進行了擺位驗證,研究實踐結果顯示1 個療程只進行初次拍片位置驗證是不可取的,每周甚至更多次進行位置驗證,觀察治療中擺位誤差的變化,找到誤差發生顯著變化的時間及原因,才能為臨床放射治療提供指導,才能真正實現用IGRT。研究采用的TiGRT IVS 放射治療圖像引導系統雖未能直接獲取旋轉誤差,但采集圖像范圍可達24 cm×24 cm,也能從匹配圖像中看出是否有旋轉誤差,滿足宮頸癌放射治療要求。

本文使用擴邊公式估算結果顯示,本院在X 軸、Y 軸、Z 軸3 個方向上邊界外放可控制在5 mm 左右,啟用在線校正功能后可控制在3 mm 內,更好地提高了患者的治療效果。通過對擺位誤差進行分析,合適的邊界即可降低靶區遺漏的可能,亦可避免盲目外擴邊界而使周圍正常組織受到不必要的照射,增加放射治療副反應,也使調強放射治療的優越性得到充分的發揮。

擺位誤差受到不同放射治療單位、不同的固定裝置、不同的放射治療相關設備、不同的患者人群及不同的放射治療師群體等因素的影響。因此,每一個放射治療單位應該利用本單位現有的影像引導放射治療設備,根據不同的校正策略設置符合本單位實際的放射治療外擴邊界。通過每周進行位置驗證,及時發現和糾正誤差,對于放射治療后期體型變化較大者建議醫生采取重新塑膜定型,調整后續放射治療計劃等質量控制措施,提高放射治療質量。通過這次研究,圖像引導技術應用于宮頸癌調強放射治療具有重要作用與意義,并確定了本院宮頸癌調強放射治療計劃的靶區外放邊界,為實現精確放射治療提供了科學依據。