張 驥 宰 宇 唐 甜

中南大學(xué)湘雅三醫(yī)院，湖南省長(zhǎng)沙市 410013

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，調(diào)強(qiáng)放射治療已成為肺癌的主要治療手段之一。調(diào)強(qiáng)放射治療相比于常規(guī)的三維適形放射治療，不僅能更好地調(diào)制射線束，而且能提高靶區(qū)的適形度，使劑量分布梯度更好，在提高腫瘤的控制率的同時(shí)，降低放射性纖維化等副反應(yīng)的發(fā)生概率；但精確的技術(shù)對(duì)治療時(shí)的擺位精度則提出了更高的要求。國(guó)內(nèi)外多項(xiàng)研究[1-3]表明，擺位重復(fù)性是調(diào)強(qiáng)放療成功與否的關(guān)鍵因素，與患者的體位固定方式、設(shè)備的精度、放療技師個(gè)人工作質(zhì)量有著密切的關(guān)系。ICRU50[4]和62號(hào)[5]報(bào)告同時(shí)指出，為了確保調(diào)強(qiáng)放射治療的精確度，在進(jìn)行調(diào)強(qiáng)放療時(shí)，患者治療時(shí)的體位不確定度必須加以考慮，在靶區(qū)勾畫和計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過(guò)在臨床靶體積(Clinical target volume，CTV)的基礎(chǔ)上外放一定的距離形成計(jì)劃靶體積(Planning target volume，PTV)來(lái)加以實(shí)現(xiàn)，這個(gè)距離包括器官的自主和不自主運(yùn)動(dòng)以及擺位和重復(fù)擺位的誤差。對(duì)于肺癌而言，如果這個(gè)外擴(kuò)距離過(guò)大，很有可能引起正常肺組織受到不必要的照射，增大放射性肺炎和肺纖維化的發(fā)生概率；如果這個(gè)外擴(kuò)距離過(guò)小，則很有可能造成腫瘤的漏照，降低腫瘤的局部控制率。

目前，由于國(guó)內(nèi)外各家醫(yī)院體位固定技術(shù)上的差異，如何設(shè)置PTV尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[6-7]。本文通過(guò)應(yīng)用Varian Truebeam直線加速器機(jī)載的千伏級(jí)錐形束CT(Kilovolt cone-beam computed tomography，CBCT)采集了我科60例肺癌患者治療期間的413組擺位誤差數(shù)據(jù)，并進(jìn)行精度觀察和統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)我科自己的實(shí)際情況得到了適合我院的CTV-PTV的外擴(kuò)邊界，為臨床提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 資料與方法

1.1 病例選擇 選取我院于2019年1—8月全程進(jìn)行圖像引導(dǎo)放射治療的肺癌患者60例，其中女12例，男48例，平均年齡54歲(41～73歲)。所有患者KPS得分均>60分，無(wú)遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。

1.2 體位固定及CT掃描 60例患者均采用仰臥位，Klarity的一體板和胸腹部熱塑體膜，頭枕合適型號(hào)的發(fā)泡頭枕，雙手交叉抱肘上舉置于前額進(jìn)行體位固定。體位固定后，使用德國(guó)Siemens公司的SOMATOM型號(hào)的螺旋CT對(duì)每位患者的平靜呼吸狀態(tài)進(jìn)行增強(qiáng)CT掃描，掃描范圍從第6頸椎至第2胸椎，掃描電流為80mA，電壓為120kV，層厚、層距均為5mm，分辨率為512×512。掃描完成后，影像數(shù)據(jù)通過(guò)DICOM傳輸至Eclipse治療計(jì)劃系統(tǒng)工作站，分別由醫(yī)生和物理師進(jìn)行靶區(qū)勾畫和計(jì)劃方案設(shè)計(jì)。

1.3 CBCT圖像掃描和擺位誤差記錄 CBCT圖像掃描采用Varian TRUEBEAM加速器的OBI機(jī)載影像系統(tǒng)，掃描參數(shù)為：M20、100kV、10mAs。掃描角度360°。60例患者行常規(guī)CBCT驗(yàn)證(即前1周每次驗(yàn)證，后每周掃描1次)，進(jìn)行在線校位，共掃描413次。將OBI獲取的CBCT圖像和計(jì)劃系統(tǒng)相應(yīng)的DRR(Digital reconstruction radiograph)片通過(guò)自動(dòng)加手動(dòng)的方式進(jìn)行灰度圖像配準(zhǔn)[8-9]分析出治療床在X軸(Laternal、左右方向)、Y軸(Longitudinal、頭腳方向)、Z軸(Vertical、背腹方向)3個(gè)方向上的擺位誤差數(shù)值，并記錄好。

1.4 CTV外擴(kuò)邊界的計(jì)算 上述步驟得到的三個(gè)方向的擺位誤差包括隨機(jī)誤差(random error)和系統(tǒng)誤差(systematic error)[10]。

系統(tǒng)誤差表示在加速器上重復(fù)模擬定位時(shí)技術(shù)的難度，具有規(guī)律性，其誤差大小與加速器、激光燈的機(jī)械誤差等設(shè)備的不確定度有關(guān)，對(duì)于某特定患者的整個(gè)治療而言是恒定的，通常用∑表示：

隨機(jī)誤差表示患者每次治療時(shí)體位重復(fù)性的差異，具有偶然性，其誤差大小與技術(shù)員擺位操作是否規(guī)范、患者呼吸運(yùn)動(dòng)幅度等有關(guān)，通常用σ表示：

其中Δi為每次擺位(拍片)誤差，N為擺位(拍片)次數(shù)。

van-Herk等[11-12]通過(guò)蒙特卡洛模型，運(yùn)用群體化累積劑量分布概率法，采用DVH和靶區(qū)覆蓋可能性分析，指出為使90%患者的CTV累積劑量至少接受95%的處方劑量，CTV-PTV外放邊界至少應(yīng)為MPTV=2.5∑總+0.7σ總。

2 結(jié)果

2.1 擺位誤差數(shù)據(jù)分析 對(duì)這60例肺癌患者進(jìn)行的每周CBCT掃描校準(zhǔn)過(guò)程中產(chǎn)生的413組三維方向的擺位數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到X左右、Y頭腳、Z背腹的3個(gè)方向的誤差分別為(1.662 32±1.422 25)mm、(2.127 05±1.366 56)mm、(2.119 32±1.580 24)mm，最大誤差為-7.6mm、-9.8mm、8.3mm(見(jiàn)表1)。三個(gè)方向上的擺位誤差均呈正態(tài)分布(見(jiàn)圖1)，60例肺癌患者擺位誤差發(fā)生率如表2所示。

表1 60例肺癌患者擺位誤差大小(mm)

圖1 60例肺癌患者413次擺位數(shù)據(jù)誤差分布圖

表2 60例肺癌患者擺位誤差發(fā)生率[m(%)]

注：誤差發(fā)生率=m/n×100%，m表示擺位在某范圍內(nèi)的次數(shù)，n表示擺位總次數(shù)，n=413。

2.2 CTV外擴(kuò)邊界的分析 60例肺癌患者在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的擺位誤差及外擴(kuò)邊界如表3所示。根據(jù)MPTV=2.5∑總+0.7σ總，可以計(jì)算得出X、Y、Z三個(gè)方向的理論外擴(kuò)邊界分別為1.88mm、5.66mm、2.71mm。

表3 肺癌患者擺位誤差及外擴(kuò)邊界(mm)

3 討論

通過(guò)上述論述，得知擺位誤差包含系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，在患者的放射治療過(guò)程中是不可避免的，同時(shí)也是影響調(diào)強(qiáng)放射治療能否精確實(shí)施的關(guān)鍵。ICRU24號(hào)報(bào)告曾指出在放療過(guò)程中體位移動(dòng)3mm，療效會(huì)下降3.3%；移動(dòng)5mm，療效下降18.4%；移動(dòng)6mm，療效下降33.1%[13-14]。由此，可見(jiàn)擺位誤差對(duì)放射治療的影響之大。為了最大限度地提高治療位置和劑量的精確度、降低擺位誤差的影響，圖像引導(dǎo)技術(shù)[15-16]應(yīng)運(yùn)而生。這種技術(shù)通過(guò)加速器上的成像裝置(如千伏級(jí)錐形束CT)采集患者治療前的圖像，利用這些圖像與計(jì)劃CT相對(duì)比，評(píng)估腫瘤中心位置偏差，進(jìn)而引導(dǎo)擺位誤差的修正。

本文應(yīng)用Varian Truebeam直線加速器機(jī)載的千伏級(jí)錐形束CT(Kilovolt cone-beam computed tomography，CBCT)采集了我科60例肺癌患者治療期間的413組擺位誤差數(shù)據(jù)(見(jiàn)圖1和表1)。X左右方向的誤差主要考慮與患者體膜松緊度有關(guān)；Y頭腳方向的誤差應(yīng)主要考慮與患者的胸部呼吸運(yùn)動(dòng)以及雙手交叉上舉的重復(fù)性差異有關(guān)；Z背腹方向的誤差主要考慮與患者分次間體重差異以及不同患者的體型差異有關(guān)。在擺位誤差分析的研究中發(fā)現(xiàn): 對(duì)于肺癌，一方面，擺位誤差在Y頭腳方向(2.127 05±1.366 56)mm最大，Z背腹方向(2.119 32±1.580 24)mm次之，最小的為X左右方向(1.662 32±1.422 25)mm，這提示著我們?cè)诜暖煹臄[位過(guò)程中應(yīng)特別注意頭腳方向；另一方面，三個(gè)方向的擺位誤差雖然在小范圍(≤3mm)內(nèi)的居多，但波動(dòng)性比較大，X、Y、Z方向的最大誤差分別為-7.6mm、-9.8mm、8.3mm,這也提示著我們放療擺位的技術(shù)還有待于提高，在日常過(guò)程中還應(yīng)重視擺位操作的規(guī)范性。

此外，在CTV外放邊界的研究中，我們從van-Herk給出的CTV外擴(kuò)公式MPTV=2.5Σ總+0.7σ總可以看出, 擺位誤差的系統(tǒng)誤差在外擴(kuò)邊界大小中起了非常大的作用，而系統(tǒng)誤差主要與設(shè)備的不確定度有關(guān)，可以通過(guò)規(guī)范的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)常性地校準(zhǔn)設(shè)備、降低設(shè)備的機(jī)械誤差(如降低加速器機(jī)架旋轉(zhuǎn)中心、光距尺指示、激光燈定位的偏差等)予以控制。從表2可以看出，我科在系統(tǒng)誤差上均控制在1mm以內(nèi), 這說(shuō)明在質(zhì)量控制方面我科做了很好的把關(guān)，為降低擺位總誤差打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。盡管如此,隨機(jī)誤差的大小仍然不可小視。通過(guò)公式計(jì)算得出，我科能使得90%肺癌患者的CTV累積劑量至少接受95%處方劑量的X、Y、Z三個(gè)方向的理論外擴(kuò)邊界應(yīng)為1.88mm、5.66mm、2.71mm。但在擺位誤差規(guī)律的分析(見(jiàn)表2)中我們看到在擺位誤差發(fā)生率上，至少有一個(gè)方向、至少一次擺位誤差 >5mm 的有17次，占擺位總次數(shù)的4.12%。也就是說(shuō)即使將各個(gè)方向的邊界外擴(kuò)5mm,肺癌患者仍有一部分至少有某一個(gè)方向的一次治療沒(méi)有完全包繞 CTV。因此在理論上，我們考慮將肺癌患者各個(gè)方向的外擴(kuò)邊界取為10mm, 這樣才能使得100%的胸、腹部患者的每一次治療都完全包繞靶區(qū)(CTV) 。近兩個(gè)月來(lái)，針對(duì)我科肺癌患者擺位誤差波動(dòng)較大、大誤差發(fā)生概率小的情況，我們通過(guò)加大對(duì)技術(shù)員的培訓(xùn)和管理, 并在擺位前對(duì)患者進(jìn)行宣教、呼吸訓(xùn)練等方式, 大大降低了我科胸部擺位的無(wú)效擺位發(fā)生概率，所以我科已將肺癌胸部靶區(qū)的各個(gè)方向外擴(kuò)邊界縮小至5mm。

綜上所述，在肺癌的調(diào)強(qiáng)放療中，應(yīng)用千伏級(jí)錐形束CBCT測(cè)量擺位誤差的大小，并引導(dǎo)擺位誤差的糾正，分析CTV外擴(kuò)邊界的大小，對(duì)于提高調(diào)強(qiáng)放射治療的精確度、降低正常組織的受照范圍、提高放射治療療效具有實(shí)際的臨床意義。在今后的研究中，我們還可以通過(guò)加大樣本量、增加隨訪內(nèi)容追蹤每位患者的治療療效來(lái)加以補(bǔ)充擺位誤差對(duì)調(diào)強(qiáng)放療的影響。總之，作為放射治療的執(zhí)行者，放射治療技術(shù)員在工作中首先要樹(shù)立好放射治療質(zhì)量控制的思想意識(shí)，其次還要明確各個(gè)環(huán)節(jié)的誤差來(lái)源、分析方法和解決辦法，這樣才能確保患者調(diào)強(qiáng)放射治療的精確性。