鼻咽癌调强放疗摆位误差对剂量分布影响的研究

石锦平 谢秋英 张利文 何燕燕

三维适形调强放疗(intensity-modulated radiotherapy,IMRT)的剂量梯度陡峭 ,高剂量区紧紧包绕靶区,对摆位精确度及其验证的要求高,因此,放疗摆位引入的误差往往导致肿瘤及其周围正常组织实际接受的剂量与初始计划不一致。摆位误差是影响放疗精度的重要因素,即使是固定较好的头颈部肿瘤也难以避免[1]。本文应用千伏级锥形束 CT系统分析鼻咽癌放疗摆位误差对剂量分布影响的研究。

1 资料与方法

1.1 资料

经病理学检查确诊的鼻咽癌患者 6例,男性 4例,女性 2例。年龄 34～71岁,中位年龄 57岁,全部为早期病例(T1～T2N0M0)。KPS评分均 ≥70分。患者全程采用三维适形调强放疗。

1.2 仪器设备

Philips16排螺旋大孔径放疗专用 CT模拟扫描机、瓦里安 Trilogy直线加速器、瓦里安 OBI(On Board Image)的 CBCT图像采集与处理平台以及瓦里安 E-clipse治疗计划系统 8.6版本 。

1.3 摆位固定及计划设计

采用 MedTech头颈肩固定架及患者取仰卧位,头垫枕于舒适体位,热塑膜固定。在螺旋 Philips的 CT扫描机下进行 CT模拟定位。三维激光灯摆位,面膜上标记“+”字线与激光“+”字重合,作为标记点建立参考系,螺旋 CT扫描。CT扫描范围自头顶露空层至锁骨头,图像分辨率为 512×512,层厚 3 mm,扫描图像传至 Eclipse 8.6治疗计划系统,放射物理师将医生勾画的靶区输入治疗计划系统,制定并优化放疗计划。

1.4 在线分析

放疗前用定位时制作的头颈肩“T”形热塑面模固定患者头颈部,三维激光灯摆位。采集 kV CBCT图像,每次 CBCT扫描时间约 1min,扫描范围为 Y轴方向上 15 cm,扫描中心为放疗等中心点 ,采集 CT参数为电压 120 kv,扫描视野 FOV45 cm,机架旋转角度178°至 182°,全分辨率重建模式。每例患者均扫描 33次,图像分辨率为 512×512,重建层厚 3 mm。CBCT在不同机架角度获取一系列图像,重建成三维容积图像,再形成断层图像,并与输入的三维 CT图像进行匹配,每例患者均扫描 33次。后者与计划 CT图像进行自动配准和手动配准,分别记录左右 X轴 、头脚 Y轴及前后 Z轴方向上的平移矢量,采用该矢量调整治疗床为患者实施放疗。

1.5 在线 CBCT图像与计划 CT图像手动配准

鼻咽癌肿块与周围的骨性结构关系密切,其CBCT图像和计划 CT图像手动配准,通常以患侧癌肿周围的骨性结构如梨骨、翼突、茎突、枕骨和颈椎为参照模板。拟照射的鼻咽癌肿块与枕骨基底部和颈椎前缘关系更密切、下颌骨位置易活动,另外手动配准时首先考虑枕骨基底部和颈椎的吻合情况,其次考虑下颌骨吻合情况。鼻咽癌患者如果反复出现配准效果不理想,说明患者的头部与可塑面膜和或头枕之间吻合情况较差,或者病变及其周围结构发生了较大变化,如患者明显消瘦等,此时需要重新定位。

1.6 匹配方式

匹配方式也可采用骨性自动匹配,匹配设定范围包括肿瘤及其周围骨组织。摆位误差即为 CBCT肿瘤等中心和计划 CT肿瘤等中心之间的三维方向差异。每次照射前获取 x、y、z方向误差,应用专用软件计算出偏移矢量,移动治疗床校正,进行治疗。

1.7 治疗计划

在 Eclipse计划系统中设计逆向调强治疗计划和位置验证计划。治疗采用 7个照射野方案,入射角分别为 0°、50°、100°、150°、300°、250°、200°。处方剂量GTV:70 Gy,2.12 Gy/次 ×33次。 GTV=GTVnx+GTVnd。GTVnx:鼻咽原发大体肿瘤靶区及融合增强MRI检查显示的鼻咽部肿瘤区和咽后淋巴结融合在模拟计划 CT上勾画出靶区。GTVnd是增强 CT或 MRI显示的颈部转移淋巴结。照射范围从颅底到锁骨上,应用调强剂量的计划设计,将每名患者最终的治疗计划射野参数移植到 CBCT图像中,模拟在实际治疗中三维方向的误差;不需再次优化,计算剂量,机器跳数不发生改变,仅等中心坐标的变化,照射参数与原计划一致,剂量分布的改变反映出摆位误差对靶区和危及器官受照剂量影响。

2 结果

6例 198次锥形束 CT中 X、Y、Z方向系统误差和随机误差见表 1。

表1 6例锥形束CT中系统误差和随机误差表(mm)

靶区及危及器官剂量分布变化情况见表 2。

表2 靶区及危及器官剂量分布变化情况(%)

3 讨论

鼻咽癌三维适形调强放射治疗实施过程中,存在不同程度的系统误差与随机误差。系统误差主要由CT模拟机、模拟机、加速器等设备精度及外置激光灯误差、光距尺的误差等综合原因造成,通过机器的 QA可予以校准。随机误差主要与患者摆位相关,如:人体不自主运动,生理性呼吸运动、技术员的摆位技术等不确定性因素引起,摆位误差在治疗计划中直接影响了PTV外放边界 Margin的大小[2～5]。OBI系统目前主要在临床主要用于患者治疗位置的修正,CBCT扫描图像虽然增加 6 min左右验证摆位时间,但可实时校准摆位误差,为精确放疗提供可靠的保障。与 EPID系统相比,OBI系统有着图像清晰;采集、配准方便;患者吸收剂量较小;自动化程度高优点。由于射线为 KV线质的缘故,不仅可进行 DR图像与 DRR图像的二维骨性标记配准,而且可进行 CT图像的三维低密度组织(如实体肿瘤)配准,进一步提高了图像在三维方向的配准精度。通过 CBCT的专用软件能精确计算出每次等中心的三维方向上的实际误差值,同时能清楚显示此时照射区内所有组织、器官的三维结构的变化。

本文采用 CBCT对 6例患者的扫描在 X、Y、Z方向分别为 (-0.52±1.2)mm、(-0.22±2.51)mm、(-0.53±1.21)mm。所有误差均 ＜2mm。范乃斌等[6]报道头颈部肿瘤面膜固定摆位平均误差为 (2.47±0.96)mm。Hurkma等[7]研究指出 CBCT测定等中心位移的随机误差头颈部肿瘤 ＜2 mm。

图像引导放疗(image guided radiation therapy,IGRT)[8]优点:可以减小计划靶区的范围,缩小敏感组织体积,提高肿瘤剂量,对误差进行在线修正增加肿瘤控制率。ICRU24号报告,靶区照射剂量的变化剂量偏离5%就有可能使原发灶失控或并发症增加,在误差较小的鼻咽癌调强放疗中,校正摆位误差所引起的剂量改变是有必要的。在临床上可允许的摆位误差范围内,GTV的剂量变化范围在(-1.51～12.18)%。危及器官,单次剂量变化均超过 10%,左晶体剂量变化范围为(-12.45～0.13)%,右晶体剂量变化范围为(-17.87～-0.08)%,脊髓剂量变化范围为(-0.18～8.20)%,脑干剂量变化范围为(-5.40～6.55)%。如果不进行摆位误差的校准,有可能造成正常组织超量。王鑫、胡超苏研究表明在正常组织中,腮腺贴近靶区,与脊髓和脑干相比,它所受到的剂量对摆位误差非常敏感,剂量增加超过原计划 10%的机会明显增加[9]。在鼻咽癌调强放疗中,摆位误差虽能保证在 2 mm以内,但如不校正误差,对肿瘤靶区剂量和正常组织器官所受剂量也将受到不同程度影响[10]。

本文主要分析采用计划系统比较摆位误差后的剂量差异,结果仅是相对剂量的对比,而肿瘤靶区随治疗时间延长靶体积变小未予以考虑,将来的研究中,将患者实时 CBCT扫描设置模拟 CT同样条件的图像,传至计划系统勾画出靶区在线的剂量对比,更能准确的反映每次摆位误差对剂量的影响。鼻咽癌三维适形调强放射治疗实施过程中有一定程度的摆位误差是确实存在的,应用 CBCT进行在线摆位误差纠正,可明显减少摆位系统误差和随机误差,提高靶区及周围器官所受剂量的准确性,为临床放射治疗提供质量保证。

[1] K am MK,Chau R M,Suen J,et al.Intensitymodulated radiotherapy in nasopharyngeal carcinom dose in error advantage over convention-p lans and feasibility of dose escalation〔J〕.Phys,2003,56(1):145.

[2] E Astreinidou,A Bel,CPJ.Adequate margins for random setup uncertainties in Head-and-neck IMRT〔J〕.Intl JRadiation Oncology Biology Physics,2005,61:938.

[3] Van Herk M.Errors and margins in radiotherapy oncology〔J〕.Semin Radiation Oncology,2004,14(1):52.

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[5] Van Herk M,Remeijer P,Lebesque JV.Inclusion of geometric uncertainties in treatment plan evaluation〔J〕.Intl J Radiation Oncology Biology Physics,2002,52:1407.

[6] 范乃斌,夏廷毅,孙庆选,等.面罩固定不同标记法在重精度比较〔J〕.中华放射肿瘤杂志,2000,9(3):215.

[7] Hurkma,Remeijer P,Lebesque JV,etal.Set-up verification using portal images:review of current clinical practice〔J〕.Radiotherapy Oncology,2001,589(2):105.

[8] 戴建荣,胡逸民.图像放疗的引导方式〔J〕.中华放射肿瘤学杂志,2006,15:132.

[9] 王 鑫,胡超苏,应红梅.摆位系统误差对鼻咽癌放疗剂量分布的影响〔J〕.中国癌症杂志,2008,18(8):620.

[10] 胡逸民.适形调强放射治疗.见胡逸民主编肿瘤放射物理学〔M〕.北京:原子能出版社,1999:594.