碳纖維體位固定板對(duì)宮頸癌放療劑量的影響

鄭倩倩,高文超,陳文彰△

(1.首都醫(yī)科大學(xué)石景山教學(xué)醫(yī)院/北京市石景山醫(yī)院放療科,北京 100043;2.解放軍總醫(yī)院第五醫(yī)學(xué)中心放療科,北京 100071)

宮頸癌是最為常見(jiàn)的女性惡性腫瘤,其發(fā)病率逐年升高,且發(fā)病人群逐漸趨于年輕化。調(diào)強(qiáng)放射治療已廣泛應(yīng)用于宮頸癌術(shù)后患者,靶區(qū)受照劑量的準(zhǔn)確性是保證宮頸癌放療質(zhì)量的關(guān)鍵因素[1-3]。宮頸癌放療患者的體位固定方式為碳纖維體位固定板和熱塑膜,由于靶區(qū)位置居中,常采用容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療或固定野均分調(diào)強(qiáng)放療,其射線(xiàn)有將近一半需穿過(guò)治療床和體位固定板才能到達(dá)患者體內(nèi),在此過(guò)程中劑量會(huì)衰減。為了減少劑量衰減,臨床上使用的治療床和體位固定板大多采用碳纖維材料,但是研究發(fā)現(xiàn)碳纖維材料對(duì)于劑量的衰減影響仍然不容忽視,國(guó)內(nèi)外已有眾多文獻(xiàn)報(bào)道碳纖維治療床對(duì)放療劑量的影響較大,建議放射治療計(jì)劃系統(tǒng)(TPS)中添加治療床模型,以保證放療劑量的準(zhǔn)確性[4-10],而有關(guān)碳纖維體位固定板的存在對(duì)放療劑量的影響研究較少。因此,本文通過(guò)XHA1400加速器和RayStation計(jì)劃系統(tǒng),探討碳纖維體位固定板對(duì)宮頸癌患者放療劑量的影響,為后期臨床工作中體位固定板模型的添加與否提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 材料與設(shè)備

新華碳纖維體位固定板:外殼為碳素纖維材料,內(nèi)部由泡沫填充;Philips 大孔徑CT;RayStation 9.0計(jì)劃系統(tǒng); XHA1400醫(yī)用電子直線(xiàn)加速器;測(cè)量設(shè)備:PTW UNIDOS E劑量?jī)x、PTW30013 0.6cc指型電離室;RW3型固體水; ArcCHECK計(jì)劃驗(yàn)證設(shè)備。

1.2 體位固定板模型建立及模型驗(yàn)證

1.2.1體位固定板模型建立

碳纖維體位固定板在Philips 大孔徑CT下進(jìn)行掃描,CT掃描圖像傳輸至RayStation計(jì)劃系統(tǒng),通過(guò)勾畫(huà)工具分別勾畫(huà)碳纖維體位固定板外殼及內(nèi)部泡沫輪廓,并分別測(cè)量CT值,以此CT值為基礎(chǔ)分別賦予外殼、內(nèi)部泡沫0.85 g/cm3、0.09 g/cm3的密度值,見(jiàn)圖1。

圖1 碳纖維體位固定板模型

1.2.2模型驗(yàn)證

Philips 大孔徑CT下掃描RW3型固體水模體,模體構(gòu)成如下:0.6cc電離室插入固體水中,并且上、下各放5 cm固體水。掃描完成后CT圖像傳輸?shù)絉ayStation計(jì)劃系統(tǒng),分別設(shè)計(jì)有板模型計(jì)劃、無(wú)板模型計(jì)劃,計(jì)劃條件:等中心照射,射野10 cm×10 cm,出束100 MU,射野角度分別為80°、60°、40°、20°、0°、340°、320°、300°、280°。將2種計(jì)劃下各自對(duì)應(yīng)的照射角度劑量進(jìn)行比較,得到模型板衰減系數(shù)fTPS,見(jiàn)圖2;XHA1400加速器下按照計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)劃條件進(jìn)行實(shí)際測(cè)量,得到實(shí)際板衰減系數(shù)f實(shí)測(cè)。比較fTPS、f實(shí)測(cè)二者偏差d,d=(f實(shí)測(cè)-fTPS)/ f實(shí)測(cè)。

圖2 有板模型模體計(jì)劃和無(wú)板模型模體計(jì)劃

1.3 宮頸癌無(wú)板模型計(jì)劃、有板模型計(jì)劃比較

1.3.1計(jì)劃設(shè)計(jì)

選取10例宮頸癌患者,使用RayStation計(jì)劃系統(tǒng)在不添加體位固定板模型的CT圖像上設(shè)計(jì)7野調(diào)強(qiáng)計(jì)劃,射野角度分別為180°、130°、80°、30°、330°、280°、230°,經(jīng)過(guò)計(jì)劃優(yōu)化、劑量計(jì)算,得到無(wú)板模型計(jì)劃。再將無(wú)板模型計(jì)劃移植到添加體位固定板模型的CT圖像上,直接進(jìn)行劑量計(jì)算,以保證子野數(shù)目、射野跳數(shù)等參數(shù)不變,得到有板模型計(jì)劃劑量。計(jì)劃處方劑量5 040 cGy/28 f,180 cGy/f。

1.3.2劑量參數(shù)評(píng)估

對(duì)于計(jì)劃靶區(qū)(planning target volume,PTV),比較有板模型計(jì)劃、無(wú)板模型計(jì)劃下的最大受照劑量(Dmax)、最小受照劑量(Dmin)、平均受照劑量(Dmean)、D2(2%的PTV體積受照射劑量)、D50(50%的PTV體積受照射劑量)、D98(98%的PTV體積受到的照射劑量)、適形性指數(shù)(conformity index,CI)、均勻性指數(shù)(homogeneity index,HI)等參數(shù)。對(duì)于危及器官(organ at risk,OAR),采用V30(接受300 cGy劑量照射的體積點(diǎn)比)、V40(接受400 cGy劑量照射的體積點(diǎn)比)、Dmean評(píng)估小腸及左、右股骨頭受照劑量,采用V40、V45(接受450 cGy劑量照射的體積點(diǎn)比)、V50(接受500 cGy劑量照射的體積點(diǎn)比)、Dmean評(píng)估膀胱和直腸受照劑量,采用Dmax評(píng)估脊髓受照劑量。HI=(D2-D98)/D50;CI=(Vt,ref×VT,ref)/(VT×Vref),其中Vt,ref為參考等劑量線(xiàn)所覆蓋的靶體積,VT為靶區(qū)體積,Vref為參考等劑量線(xiàn)所覆蓋的總體積。

1.3.3宮頸癌有板驗(yàn)證計(jì)劃、無(wú)板驗(yàn)證計(jì)劃比較

RayStation 計(jì)劃系統(tǒng)中分別建立無(wú)板模型、有板模型2種ArcCHECK驗(yàn)證模體,將10例宮頸癌患者的無(wú)板模型計(jì)劃分別移植到2種驗(yàn)證模體中,保證子野數(shù)目、射野跳數(shù)等參數(shù)不變,并進(jìn)行劑量計(jì)算得到2種驗(yàn)證計(jì)劃:無(wú)板模型驗(yàn)證計(jì)劃、有板模型驗(yàn)證計(jì)劃,見(jiàn)圖3。在XHA1400加速器下,將ArcCHECK驗(yàn)證模體置于新華體位固定板上執(zhí)行無(wú)板模型計(jì)劃,進(jìn)行計(jì)劃驗(yàn)證,見(jiàn)圖4。分析RayStation計(jì)劃系統(tǒng)中體位固定板模型的有、無(wú)對(duì)宮頸癌患者伽馬通過(guò)率的影響。

A:無(wú)板模型驗(yàn)證計(jì)劃;B:有板模型驗(yàn)證計(jì)劃。

圖4 ArcCHECK計(jì)劃驗(yàn)證

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié) 果

2.1 體位固定板模型驗(yàn)證

體位固定板在不同機(jī)架角度下的實(shí)際衰減系數(shù)在0.961～0.997,RayStation計(jì)劃系統(tǒng)中,不同機(jī)架角度下計(jì)算得到的fTPS與f實(shí)測(cè)接近,均d<0.3%,見(jiàn)表1。

表1 體位固定板在不同機(jī)架角度下的衰減系數(shù)

2.2 PTV劑量參數(shù)比較

對(duì)于PTV,計(jì)劃系統(tǒng)中體位固定板的加入,導(dǎo)致Dmean、Dmin、Dmax、D50、D2、D98的平均受照劑量分別下降55.10 cGy(1.06%)、41.80 cGy(0.97%)、67.50 cGy(1.21%)、54.50 cGy(1.04%)、65.70 cGy(1.21%)、51.10 cGy(1.05%),即計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)若不考慮體位固定板的存在,會(huì)使PTV受照劑量被高估1%左右;同時(shí),體位固定板的加入對(duì)CI、HI影響不大,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),見(jiàn)表2。

表2 有板模型計(jì)劃和無(wú)板模型計(jì)劃PTV劑量參數(shù)比較

2.3 OAR劑量參數(shù)比較

對(duì)于OAR,有板模型計(jì)劃的劑量體積(V30、V40、V45、V50)、Dmean、Dmax比無(wú)板模型計(jì)劃均有不同程度的降低,其中小腸、膀胱、直腸、左股骨頭、右股骨頭的劑量體積百分點(diǎn)降低范圍<3%,Dmean降低范圍<2%;脊髓Dmax偏低了2.3%,上述各個(gè)OAR劑量參數(shù)有板模型計(jì)劃與無(wú)板模型計(jì)劃比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),見(jiàn)表3。

表3 有板模型計(jì)劃和無(wú)板模型計(jì)劃OAR劑量參數(shù)比較

2.4 計(jì)劃驗(yàn)證伽馬通過(guò)率比較

無(wú)板模型驗(yàn)證計(jì)劃、有板模型驗(yàn)證計(jì)劃的伽馬通過(guò)率均3 mm/3%>95%、均2 mm/2%>90%;有板模型驗(yàn)證計(jì)劃的伽馬通過(guò)率均高于無(wú)板模型驗(yàn)證計(jì)劃,3 mm/3%通過(guò)率平均提高0.69%,2 mm/2%通過(guò)率平均提高1.50%,且差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),見(jiàn)表4。

表4 有板模型和無(wú)板模型驗(yàn)證計(jì)劃伽馬通過(guò)率比較

3 討 論

隨著放射治療技術(shù)的發(fā)展,對(duì)精準(zhǔn)放療的要求越來(lái)越高,影響放療精確度的因素較多,如制模階段的體位固定方式[11-12]、CT定位后的靶區(qū)勾畫(huà)范圍[13-14]、計(jì)劃設(shè)計(jì)階段的劑量計(jì)算算法[15-16]、治療階段的加速器機(jī)械、劑量精度等。張坤等[17]指出,TPS計(jì)算的放療劑量準(zhǔn)確度最好限制在3%左右,因此患者在實(shí)際治療過(guò)程中為保證計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算準(zhǔn)確度,應(yīng)盡可能地將各個(gè)誤差來(lái)源均考慮在內(nèi)。加速器治療床和體位固定板作為腫瘤放療過(guò)程中不可少的輔助固定裝置,因后斜射野對(duì)射線(xiàn)的衰減影響,大多數(shù)計(jì)劃系統(tǒng)加入了治療床模型以確保劑量準(zhǔn)確性,而體位固定板因厚度相對(duì)治療床較小,對(duì)射線(xiàn)的衰減要少得多,而常被忽略,這無(wú)疑對(duì)劑量計(jì)算的精確度引入了偏差,該偏差影響有多大,是否會(huì)影響患者治療效果,有待進(jìn)一步研究。因此,本文對(duì)新華碳纖維體位固定板進(jìn)行研究,探討RayStation計(jì)劃系統(tǒng)中新華碳纖維體位固定板的加入與否對(duì)宮頸癌患者放療劑量的影響。

目前國(guó)內(nèi)外大多數(shù)計(jì)劃系統(tǒng),如RayStation、Varian Eclipse等,在進(jìn)行劑量計(jì)算時(shí)均以外輪廓(Body)的勾畫(huà)范圍作為邊界,Body外不參與劑量計(jì)算(Body外默認(rèn)為空氣),而目前Body的勾畫(huà)主要通過(guò)計(jì)劃系統(tǒng)的半自動(dòng)勾畫(huà)工具或第三方自動(dòng)勾畫(huà)軟件進(jìn)行勾畫(huà),這2種Body勾畫(huà)方式均無(wú)法完整包裹體位固定板,導(dǎo)致未包裹的體位固定板默認(rèn)為空氣,即射線(xiàn)穿過(guò)時(shí)劑量不衰減,導(dǎo)致劑量計(jì)算不準(zhǔn)確。若要考慮體位固定板的影響,需要醫(yī)生或物理師對(duì)每層CT圖像的Body進(jìn)行手動(dòng)勾畫(huà)修改,此過(guò)程耗時(shí)費(fèi)力。因此本研究采用構(gòu)建虛擬體位固定板模型的方法,來(lái)模擬新華碳纖維體位固定板對(duì)射線(xiàn)的影響,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該模型準(zhǔn)確性。本研究結(jié)果顯示,新華體位固定板在不同機(jī)架角度下的實(shí)際衰減系數(shù)在0.961～0.997,射野角度越偏離中心軸,射線(xiàn)穿過(guò)板的路徑越長(zhǎng),衰減系數(shù)越大,與孔偉等[18]的研究結(jié)果一致,即為保證劑量計(jì)算的精確度,計(jì)劃系統(tǒng)需要考慮體位固定板對(duì)射線(xiàn)的影響。同時(shí)本研究結(jié)果還顯示,RayStation計(jì)劃系統(tǒng)中虛擬板模型衰減測(cè)試結(jié)果與實(shí)際板衰減具有良好的一致性,不同角度下的偏差均在0.3%以?xún)?nèi),驗(yàn)證了固定板模型的準(zhǔn)確性。

對(duì)于宮頸癌放療計(jì)劃,本研究以不添加板模型的計(jì)劃為基準(zhǔn),探討若計(jì)劃系統(tǒng)再加入板模型對(duì)放療劑量的影響。結(jié)果顯示,板模型的加入會(huì)使PTV、OAR受照劑量降低。對(duì)于PTV:計(jì)劃系統(tǒng)中加入體位固定板模型,將導(dǎo)致Dmean、Dmin、Dmax、D2、D98、D50的平均受照劑量降低1%左右,而對(duì)PTV的CI、HI影響不大,其中HI研究結(jié)果與孔偉等[18]一致,根據(jù)HI計(jì)算公式及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得D2、D98、D50的平均受照劑量均降低1%左右,近似等比例降低,因此對(duì)均勻性HI影響不大。對(duì)于OAR:體位固定板模型的加入導(dǎo)致OAR劑量體積百分點(diǎn)偏低,偏低范圍在3%以?xún)?nèi),影響其評(píng)估準(zhǔn)確性。因此在計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí),有必要考慮體位固定板對(duì)放療劑量的影響。

本研究還通過(guò)ArcCHECK分析測(cè)量了體位固定板模型對(duì)宮頸癌計(jì)劃驗(yàn)證的伽馬通過(guò)率影響。結(jié)果顯示,加入體位固定板模型的驗(yàn)證計(jì)劃伽馬通過(guò)率有明顯提高,與王曉春等[19]的實(shí)驗(yàn)結(jié)論一致,加入板模型后3 mm/3%通過(guò)率平均提高0.69%,2 mm/2%通過(guò)率平均提高1.50%。研究結(jié)果也進(jìn)一步表明計(jì)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮體位固定板的必要性。

綜上所述,體位固定板對(duì)宮頸癌放療劑量有一定的影響,在進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)建議考慮體位固定板的影響,以提高劑量計(jì)算精確度。同時(shí),本研究提出一種創(chuàng)建虛擬板模型的方法替代手動(dòng)勾畫(huà),該板模型可以和治療床模型同步添加到放療計(jì)劃中,省時(shí)省力,適合在臨床工作中開(kāi)展應(yīng)用。