基于劑量重建分析擺位誤差對(duì)海馬保護(hù)性全腦預(yù)防照射的劑量學(xué)影響

柏正璐，陳雪梅，李軍（通信作者）

江蘇省蘇北人民醫(yī)院 （江蘇揚(yáng)州 225000）

全腦放射治療是針對(duì)各種顱外腫瘤患者腦轉(zhuǎn)移最有效的治療手段之一，但其在控制腫瘤的同時(shí)，會(huì)對(duì)海馬體造成損傷。海馬體是人體的記憶存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)，其損傷可致患者的記憶力下降，嚴(yán)重可導(dǎo)致癡呆[1-3]。相關(guān)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，與全腦放射治療對(duì)照組相比，海馬保護(hù)性全腦預(yù)防照射可顯著改善患者在放射治療結(jié)束后認(rèn)知功能方面的障礙，并提高患者的生活質(zhì)量[4-5]。

由于海馬解剖位置的復(fù)雜性和特殊性以及臨床對(duì)其耐受劑量的限制，使計(jì)劃中海馬周?chē)鷧^(qū)域的劑量梯度變化很大，這對(duì)患者擺位提出了更高精度的要求。相關(guān)研究表明，頭頸部腫瘤患者較其他部位患者的擺位誤差稍小，一般不超過(guò)3 mm[6]。本研究根據(jù)實(shí)際情況，將擺位誤差引入海馬保護(hù)性全腦預(yù)防性照射放射治療計(jì)劃中，重新計(jì)算分布劑量，分析腫瘤靶區(qū)及周?chē)＜捌鞴俚膭┝渴軘[位誤差的影響，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 病例選擇

選取我院2021 年12 月至2022 年8 月收治的10 例自愿接受海馬保護(hù)的腦轉(zhuǎn)移患者，其中肺癌腦轉(zhuǎn)移6 例，直腸癌腦轉(zhuǎn)移1 例，乳腺癌腦轉(zhuǎn)移3 例。

1.2 定位及靶區(qū)勾畫(huà)

對(duì)接受放射治療的患者制作體位固定熱塑膜，選擇頭部熱塑膜和合適型號(hào)的頭枕將其固定，體位為仰臥位，使用GE 大孔徑CT 進(jìn)行增強(qiáng)定位CT 掃描，層厚2.5 mm；掃描后圖像經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳至聯(lián)影UIH治療計(jì)劃系統(tǒng)并與同層厚的MRI 圖像融合。

臨床靶區(qū)（clinical target volume，CTV）勾畫(huà)為患者的全腦組織，計(jì)劃靶區(qū)（planning target volume，PTV）為CTV 外擴(kuò)3 mm 并減去海馬保護(hù)區(qū)；危及器官勾畫(huà)包括晶體、眼球及海馬組織，其中海馬組織在融合影像MRI T1加權(quán)序列進(jìn)行勾畫(huà)，將外擴(kuò)5 mm 區(qū)域定義為海馬保護(hù)區(qū)。

1.3 計(jì)劃設(shè)計(jì)

使用聯(lián)影UIH 治療計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)，選用6 MV X 線(xiàn)，常規(guī)機(jī)架0°～360°共面雙全弧容積調(diào)強(qiáng)放射治療（volumetric modulated arc therapy，VMAT），治療床角度為0°，準(zhǔn)直器角度為10°和350°。計(jì)劃靶區(qū)PTV 處方總劑量為30 Gy（3 Gy×10 次）；危及器官劑量限值要求如下：海馬Dmax≤24 Gy、眼球Dmax≤30 Gy、晶體Dmax≤8 Gy。優(yōu)化后的計(jì)劃符合臨床執(zhí)行要求。

1.4 系統(tǒng)擺位誤差的模擬

復(fù)制原計(jì)劃，通過(guò)移動(dòng)X、Y、Z 坐標(biāo)來(lái)改變射野等中心位置，分別模擬患者在左、右、背、腹、頭、腳6 個(gè)方向上的擺位誤差，即左右方向?qū)?yīng)為X 正負(fù)方向，背腹方向?qū)?yīng)為Y 正負(fù)方向，頭腳方向?qū)?yīng)為Z 正負(fù)方向；分別將X、Y、Z 移動(dòng)±l、±3、±5 mm，每次只對(duì)單一方向上的誤差進(jìn)行模擬，保留原計(jì)劃的通量計(jì)算結(jié)果，重新計(jì)算得到引入擺位誤差后靶區(qū)和危及器官的劑量分布。

1.5 評(píng)估方法

分析中心移動(dòng)前、后不同擺位誤差下所得VMAT 計(jì)劃和原計(jì)劃的劑量變化，計(jì)劃評(píng)估指標(biāo)包括PTV 的D95%、均勻性指數(shù)（homogeneity index，HI）、適形度指數(shù)（conformity index，CI）、海馬Dmax、晶體Dmax、劑量變化。其中劑量變化=（D系統(tǒng)擺位誤差-D原計(jì)劃）/D原計(jì)劃×100%。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS 25.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在三維6 個(gè)方向上分別對(duì)模擬系統(tǒng)擺位誤差前后的靶區(qū)和危及器官劑量進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，P＆lt;0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)劑量分布變化

表1 列出了當(dāng)6 個(gè)方向擺位誤差分別為1、3、5 mm 時(shí)靶區(qū)劑量分布的改變，用劑量變化均值表示。國(guó)際輻射單位與測(cè)量委員會(huì)24 號(hào)報(bào)告指出，靶區(qū)照射劑量偏離5%就有可能使原發(fā)灶失控或并發(fā)癥增加。本研究結(jié)果顯示，當(dāng)擺位誤差不超過(guò)5 mm 時(shí)，在三維6 個(gè)方向上PTVD95%的劑量偏差均不超過(guò)2%，頭方向劑量變化最大，劑量學(xué)指標(biāo)變化在臨床可接受范圍內(nèi)，說(shuō)明PTV 的外擴(kuò)范圍合理。當(dāng)擺位誤差為1 mm 時(shí)，靶區(qū)D95%劑量變化在頭腳方向有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＆lt;0.05），其他方向沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＆gt;0.05）；當(dāng)擺位誤差為3 mm 時(shí)，在頭腳和背方向有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＆lt;0.05）；當(dāng)擺位誤差為5 mm 時(shí)，在三維6 個(gè)方向均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＆lt;0.05）。HI 最大變化不超過(guò)2%，CI 100%最大變化不超過(guò)5%。

表1 靶區(qū)劑量變化均值（%）

2.2 危及器官劑量分布變化

表2 為不同擺位誤差下海馬最大劑量的變化均值結(jié)果，由圖1～3 可更明顯地看出三維6 個(gè)方向上擺位誤差對(duì)海馬最大劑量偏差的影響。本研究結(jié)果顯示，當(dāng)擺位誤差為1 mm 時(shí)，背方向（Y 正方向）的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他方向，海馬最大劑量變化超過(guò)5%；當(dāng)擺位誤差為3 mm 和5 mm 時(shí)，頭方向（Z 正方向）影響最大，變化均值分別為17.02%和28.16%。當(dāng)擺位誤差為1 mm 和3 mm 時(shí)，海馬最大劑量在三維6 個(gè)方向上劑量變化有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＆lt;0.05）。

圖1 1 mm 擺位誤差下海馬最大劑量變化分布圖

表2 海馬最大劑量變化均值（%）

表3 為不同擺位誤差對(duì)晶體最大劑量的影響，晶體最大劑量的變化在背方向最小，且變化沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＆gt;0.05）。當(dāng)擺位誤差為1 mm 時(shí)，腳方向的劑量偏差最大，為7.75%，其他方向劑量偏差均小于5%；當(dāng)擺位誤差為3 mm 時(shí)，除背方向外，其他方向的劑量偏差均大于10%；當(dāng)擺位誤差為5 mm 時(shí)，腳方向的最大劑量偏差達(dá)73.34%，說(shuō)明擺位誤差對(duì)晶體的劑量影響十分顯著，微小的擺位誤差就可導(dǎo)致很大的劑量偏差。

表3 晶體最大劑量變化均值（%）

圖2 3 mm 擺位誤差下海馬最大劑量變化分布圖

圖3 5 mm 擺位誤差下海馬最大劑量變化分布圖

2.3 實(shí)際擺位誤差統(tǒng)計(jì)

在實(shí)際治療中，對(duì)每例患者進(jìn)行首次擺位，且之后每周選兩天進(jìn)行錐形束CT（cone-beam CT，CBCT）擺位掃描，每例患者可得到5 次擺位誤差數(shù)據(jù)。其中左右方向最大誤差為3.2 mm，背腹方向最大誤差為4.6 mm，頭腳最大誤差為3.4 mm。10 例患者全過(guò)程中的擺位誤差結(jié)果如表4 所示。

表4 10例基于錐形束CT 進(jìn)行放射治療患者的5次不同方向偏移情況（mm，±s）

表4 10例基于錐形束CT 進(jìn)行放射治療患者的5次不同方向偏移情況（mm，±s）

患者序號(hào) 左右偏移 背腹偏移 頭腳偏移1 0.22±1.03 0.90±2.38 -0.76±1.09 2-0.45±1.22 -0.90±1.87 0.52±1.32 3-1.05±1.08 0.60±1.23 -2.30±1.55 4 0.31±1.41 1.30±2.10 0.28±1.61 0.27±0.84 0.70±0.93 -1.50±0.31 6-0.55±0.79 0.51±1.41 1.31±0.64 7 0.60±1.17 0.33±1.05 0.60±0.80 5 0.73±1.42 -1.32±0.42 0.82±0.41 9-1.55±2.27 0.90±1.99 0.92±0.30 10 0.34±1.63 -1.40±0.65 -1.20±0.53 8

3 討論

通過(guò)對(duì)10 例海馬保護(hù)性全腦照射患者的擺位誤差統(tǒng)計(jì)和相關(guān)研究表明，頭頸部腫瘤患者最大擺位誤差在3 mm 左右，較少部分超過(guò)3 mm[6]。本研究通過(guò)手動(dòng)移動(dòng)等中心坐標(biāo)，在三維6 個(gè)方向分別模擬1、3、5 mm 的擺位誤差，重新計(jì)算得到新計(jì)劃的劑量分布，結(jié)果顯示，當(dāng)擺位誤差不超過(guò)5 mm時(shí)，計(jì)劃靶區(qū)PTVD95%劑量偏差不超過(guò)2%，說(shuō)明擺位誤差對(duì)靶區(qū)劑量影響較小，臨床靶區(qū)CTV 外擴(kuò)3 mm 生成實(shí)際計(jì)劃靶區(qū)PTV 是合理的；表2、3 中危及器官的數(shù)據(jù)表明，當(dāng)擺位誤差超過(guò)3 mm 時(shí)，除晶體背方向外，海馬和晶體最大劑量偏差均超過(guò)5%，說(shuō)明擺位誤差對(duì)危及器官的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于靶區(qū)，這是因?yàn)楹ｑR位于臨床靶區(qū)中且耐受最大劑量值要小于臨床靶區(qū)照射量，而晶體耐受最大劑量為800 cGy，臨床實(shí)際照射中可能會(huì)要求更低。經(jīng)VMAT 優(yōu)化后的計(jì)劃，為達(dá)到靶區(qū)和危及器官限值，海馬和晶體區(qū)附近往往會(huì)形成很高的劑量梯度[7-9]，且隨著擺位誤差的增大，劑量變化越明顯，這對(duì)精確擺位提出更高的要求。我們建議針對(duì)海馬保護(hù)性全腦照射放射治療患者，在考慮到擺位誤差情況下，除臨床靶區(qū)應(yīng)外擴(kuò)3 mm 外，對(duì)靶區(qū)附近限量值較低的危及器官進(jìn)行相應(yīng)的外擴(kuò)，對(duì)外擴(kuò)后危及器官的受量進(jìn)行評(píng)估來(lái)降低實(shí)際危及器官照射量。

通過(guò)對(duì)X、Y、Z 三個(gè)方向擺位誤差的模擬，本研究發(fā)現(xiàn)危及器官（海馬和晶體）因擺位誤差發(fā)生的劑量變化差異最大發(fā)生在Z 方向，可能因?yàn)楹ｑR位于臨床靶區(qū)內(nèi)，晶體在臨床靶區(qū)邊緣，且均處于中間層面，頭腳方向的偏差帶來(lái)1 個(gè)層面的劑量偏差[10-11]。本研究只模擬了單一擺位誤差帶來(lái)的影響，在臨床實(shí)際中可能存在3 個(gè)擺位誤差的疊加，因此建議將擺位誤差控制在更低范圍內(nèi)，建議增加CBCT 進(jìn)行輔助擺位，以減小擺位誤差帶來(lái)的劑量偏差，尤其需要注意頭腳方向的擺位誤差。