头颈部肿瘤摆位误差对调强放疗计划的影响

郑 茁 陈传本 陈荔莎 张 瑜 费召东

放射治疗联合化疗是头颈部肿瘤的主要治疗手段之一。调强放射治疗(IMRT)则代表了现代放射治疗最主要的技术进步之一。它借助计算机，利用非均等强度射线束对剂量进行优化，最终获得较好的剂量分布［1］。调强放疗计划实施时剂量分布在理论上能以高几何精度形式被传递到患者体内，但实际操作中却受到分次间摆位误差等不确定因素影响，模糊了靶区边缘的剂量分布［2］。鉴于调强放疗剂量梯度在肿瘤边缘的高梯度变化(high dose gradients)，在IMRT计划的执行过程中，受摆位误差引起的剂量分布改变会比常规放疗更为明显，由此可能导致意想不到的并发症或因肿瘤边缘剂量不足而引起复发。在本研究中，通过应用KV-CBCT实时在线校正摆位误差，通过分析校正前后6个自由度的摆位误差数据，研究摆位误差对调强放疗计划的影响。

1 材料与方法

1.1 临床资料

2010年1月至2010年9月205例头颈部肿瘤患者在我院接受束流调强放疗。其中男150例，女55例;年龄19～82岁，中位49岁。初诊鼻咽癌122例，复发鼻咽癌55例;初诊喉癌5例，喉癌术后1例;初诊鼻腔癌5例，术后3例;下咽癌4例;舌癌2例;上颌窦癌2例;腮腺癌术后2例;口底癌1例;扁桃体癌1例;原发灶不明右颈淋巴结转移癌1例;甲状腺癌术后残留1例。

1.2 放疗前准备

205例患者均取仰卧位，头垫C/B枕于舒适体位，采用头颈肩T形热塑面罩固定。根据调强放射治疗照射范围选择参考等中心层面，采用三维激光灯标记一前、两侧等中心体表标记，并行层厚3mm定位增强CT扫描。增强扫描图像通过网络传输到计划系统。在计划系统应用融合软件行MRI-CT融合后勾画靶区。

1.3 摆位误差的测量

所有患者均接受(Synergy、瑞典医科达公司)直线加速器束流调强放疗，该治疗床为6维治疗床，可以在线纠正左右(X轴)、头脚(Y轴)和前后(Z轴)3个方向的平移摆位误差及以X、Y、Z轴旋转所形成的旋转摆位误差。每位患者治疗前及治疗中每周1次(共6次)行CBCT扫描并获取图像。所获得的容积CT图像与计划容积CT图像进行骨性匹配。由医科达的XVI软件获得左右(X轴)、头脚(Y轴)和前后(Z轴)3个方向的平移摆位误差及以X、Y、Z轴旋转所形成的旋转摆位误差，并以等中心点作为参考点移动治疗床来校正摆位误差。

1.4 摆位误差引起剂量变化的获取

根据XVI(X线容积图像)软件获得的摆位误差数据，在计划软件(Philips公司Pinnacle 8.0版)上通过调整机架、准直器、治疗床来模拟摆位误差重新评估治疗计划。评价指标包括原发肿瘤计划靶区(GTV-T-P)的平均剂量(Dm)、包含95%体积的剂量(D95);脑干(D1%)及D1cc;脊髓(D1%)及D1cc;双侧腮腺的平均剂量Dm及V30。

1.5 统计学处理

应用SPSS16.0软件和采用配对t检验及方差分析进行统计分析。显著性检验均为双侧检验，显著性水平α=0.05。

2 结果

2.1 CBCT配准后6个自由度的摆位误差

205例头颈部肿瘤患者CBCT配准后6个自由度的摆位误差见表1。Y轴、Z轴平移误差较X轴平移误差大(P=0.013)。Y轴旋转所形成的旋转摆位误差较X、Z轴大(P＜0.001)。

表1 205例头颈部肿瘤患者CBCT配准后6个自由度的摆位误差)

表1 205例头颈部肿瘤患者CBCT配准后6个自由度的摆位误差)

自由度 摆位误差(mm或度)95%CI X轴平移误差Y轴平移误差Z轴平移误差X轴旋转误差Y轴旋转误差Z轴旋转误差1.02±0.83 1.28±1.08 1.27±1.06 0.79±0.67 1.00±0.82 0.73±0.68 0～3.0 0～4.09 0.15～4.0 0～2.20 0～3.17 0～2.09

2.2 摆位误差引起的剂量学变化

205例头颈部肿瘤患者摆位误差引起的剂量学变化见表2。原发肿瘤计划靶区Dm差异无统计学意义，D95变化差异有统计学意义，但其平均变化率仅为2.18%。患者脑干(D1%)、脊髓(D1%及D1cc)及右腮腺(Dm)受量变化差异亦有统计学意义。

表2 205例头颈部肿瘤患者摆位误差引起的剂量学变化

2.3 DVH图(剂量体积直方图)变化及CT断面等剂量线偏移

比较了患者原始计划与摆位误差模拟校正后计划DVH图及CT断面等剂量线的偏移图，表明基于CBCT条件下测得的摆位误差对患者实际照射过程中靶区及危险器官的放射剂量有影响。其中1例患者摆位误差校正前后DVH图(图1)及CT断面等剂量线的偏移。(图2)。

3 讨论

放射治疗剂量的精确非常重要，尽管目前很少有临床证据说明调强放射治疗应该精确到什么样的程度，但通常能接受的是剂量给量精度应控制在5%以内［3］。ICRU24号报告，靶区照射剂量的变化剂量偏离5%就有可能使肿瘤放疗的有效率下降及正常组织并发症的发生率增加［4］。可以相信，与常规放疗相比，调强放射治疗采用的是比较陡峭的梯度剂量，而且这种陡峭的剂量分布临近肿瘤和重要器官边界，因此剂量的不确定性比较大。

治疗摆位的目的在于重复模拟定位时的体位，并加以固定，以期达到重复计划设计时确定的靶区、危险器官和射野的空间位置关系，保证射线束对准靶区照射。但实际情况是尽管采取各种辅助摆位装置，并严格按照操作规程摆位，摆位误差可能有数毫米，甚至更大［5～7］。如Gilbeau等研究发现头颈部治疗IMRT实施过程中存在2～5mm的摆位误差［5］。由于IMRT肿瘤边缘剂量梯度陡峭，其可能导致肿瘤及周边组织剂量偏离处方剂量的可能性更高。

当前大多数临床诊疗中心针对摆位误差，采用的处理方法是根据ICRU60号报告，为补偿器官和患者移动及摆位不精确的影响，在肿瘤靶区及临床靶区外放一定的间距而形成计划靶区(plan target volume，PTV)，该间距的宽度足以保证即使存在靶区运动和摆位误差的情况，靶区亦不会漏照。尽管这种方法简单易行，但却是非常消极的，因为这是以扩大照射范围，累及更多的正常组织尤其是危险器官的受照为代价的。更为积极的处理方法应是采用某种技术手段探测摆位误差，并采取相应的措施予以应对。当前一些学者提出对于分次治疗间的摆位误差，可采用在线较位或自适应放疗技术。

Han等［8］利用每日螺旋CT扫描图像评估头颈部肿瘤IMRT实施过程中的摆位误差对腮腺及脊髓计划剂量变化的影响。如果不对摆位误差校正，每日腮腺中位剂量及脊髓最大照射剂量均较原计划明显增加。O’Daniel等［9］设计了一项研究探讨建立在每日CT影像引导的校正头颈部肿瘤调强放疗摆位误差的获益情况。若未进行三维影像引导放疗，病灶同侧腮腺和对侧腮腺照射剂量比原计划剂量分别增加3Gy和1Gy。使用三维影像引导放疗，可以使91%的患者腮腺所受的平均剂量降低。Wang等［10］研究了鼻咽癌CBCT引导的IMRT在线校正效应，从不同水平评估摆位误差和计划靶区边界的变化。他们发现未校正前，计划靶区边界偏差约5～6mm，在线校正后，这种偏差可以减少到3mm。

笔者基于本中心现有条件下，采用直线加速器匹配的CBCT于患者治疗前扫描，扫描后获取图像经XVI软件获得左右(X轴)、头脚(Y轴)和前后(Z轴)3个方向的平移摆位误差及以X、Y、Z轴旋转所形成的旋转摆位误差。根据XVI软件获得的摆位误差数据，在本院放疗计划软件上通过调整机架、准直器、治疗床来模拟摆位误差重新评估治疗计划。笔者发现受摆位误差的影响，患者脑干、脊髓受量变化差异有统计学意义，腮腺受量变化差异亦有统计学意义，但都没有超出规定的剂量限定。原发肿瘤计划靶区平均受量差异没有统计学意义，其D95统计结果有明显差异，但平均变化率仅为2.18%，未达到所认可的能够影响局控精度5%甚至以上。而且患者放射治疗过程中，随着技术员对患者的熟悉以及摆位的熟练程度，患者分次治疗间的摆位误差有可能减小。

Lee等［11］分析了10例患者由于放疗过程中靶区与危及器官变形及移位影响腮腺实际受量情况。他们发现每次放疗腮腺实际受量与原计划剂量相差约15%。10例患者腮腺原计划受照剂量约29.7Gy，但实际放疗结束时腮腺的累计受照剂量为32.7Gy，增幅约为10%。Hansen等［12］同样报道了13例头颈部肿瘤调强放疗研究结果，12例患者GTV-P和CTV-1-P剂量较初始计划剂量有所降低，分别降低0.8～6.3 Gy和0.2～7.4Gy，13例患者脊髓和11例患者脑干的最大剂量较初始计划剂量均有所增加，分别为0.2～15.4Gy和0.6～8.1Gy。

本研究采用CBCT监测整个放疗过程中的不确定性，包括放疗过程中靶区与危险器官变形及移位，实现适应性放射治疗，可能比单纯用于监测分次治疗间的摆位误差更有意义。通过CBCT扫描测量摆位误差并模拟摆位误差对患者肿瘤靶区及正常组织放疗受量的影响，认为调强放疗中摆位误差无论对靶区还是正常组织的剂量分布都产生影响，而正常组织的剂量和靶区相比受摆位误差的影响更大。因此，在调强计划中对危险器官的剂量评估要充分考虑到摆位误差的影响。

［1］ Ezzell GA，Galvin JM，Low D，et al.Guidance document on delivery，treatment planning，and clinical implementation of IMRT:report of the IMRT Subcommittee of the AAPM Radiation Therapy Committee［J］.Med Phys.2003，30∶2089-2115.

［2］ Guckenberger M，Meyer J，Vordermark D，et al.Magnitude and clinical relevance of translational and rotational patient setup errors:a cone-beam CT study［J］.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2006，65(3)∶934-942.

［3］ Dische S，Saunders MI，Williams C，et al.Precision in reporting the dose given in a course of radiotherapy［J］.Radiother Oncol，1993，29(3)∶287-293.

［4］ InternationalCommission on Radiation Unitsand Measurements.ICRU-24.Determination of absorbed dose in a patient irradiated by beam of X or gamma rays in radiotherapy procedures.Washington，DC:International Commission on Radiation Units and Measurements.Bethesda，MD:ICRU，1976.

［5］ Gilbeau L，Octave-Prignot M，Loncol T，et al.Comparison of setup accuracy of three different thermoplastic masks for the treatment of brain and head and neck tumors［J］.Radiother Oncol 2001，58(2)∶155-162.

［6］ Siebers JV，Keall PJ，Wu Q，et al.Effect of patient setup errors on simultaneously integrated boost head and neck IMRT treatment plans［J］.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2005，63(2)∶422-433.

［7］ Astreinidou E，Bel A，Raaijmakers CP，et al.Adequate margins for random setup uncertainties in head-and-neck IMRT ［J］.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2005，61(3)∶938-944.

［8］ Han C，Chen YJ，Liu A，et al:Actual dose variation of parotid glands and spinal cord for nasopharyngeal cancer patients during radiotherapy［J］.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2008，70∶1256-1262.

［9］ O’Daniel JC，Garden AS，Schwartz DL，et al.Parotid gland dose in intensitymodulated radiotherapy for head and neck cancer:Is what you plan what you get?［J］.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2007，69(4)∶1290-1296.

［10］ Wang J，Bai S，Chen N，et al.The clinical feasibility and effect of online cone beam computer tomography-guided intensity-modulated radiotherapy for nasopharyngeal cancer［J］.Radiother Oncol，2009，90(2)∶221-227.

［11］ Lee C，Langen KM，Lu W，et al.Assessment of parotid gland dose changes during head and neck cancer radiotherapy using daily megavoltage computed tomography and deformable image registration ［J］.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2008，71(5)∶1563-1571.

［12］ Hansen EK，Bucci MK，Quivey JM，et al.Repeat CT imaging and replanning during the course of IMRT for head-and-neck cancer［J］.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2006，64(2)∶355-362.