肺癌立体定向体部放疗以靶区为准进行锥形束CT在线配准的可行性研究

2019-03-28孙晓欢谭丽娜王中飞肖锋

中国医学物理学杂志 2019年3期

孙晓欢，谭丽娜，王中飞，肖锋

空军军医大学第一附属医院放疗科，陕西西安710032

前言

立体定向体部放疗（StereotacticBody Radiotherapy,SBRT）用于肺癌放疗中，肿瘤局控率可以达到80%～90%［1-3］，可以达到与手术相当的治疗效果，但是肺部肿瘤受呼吸运动、体位固定、皮肤牵拉改变等因素的影响，易造成摆位重复性差等问题，在锥形束CT(Cone Beam CT,CBCT）配准时易导致以骨性标志或外轮廓配准时靶区与计划图像中的靶区严重偏离；反之，以靶区配准，则骨性标志或外轮廓容易出现严重偏离。而SBRT治疗方式的特点是治疗次数少、单次剂量大、剂量或正常器官超剂量。所以首先要保证的是摆位准确，才能做到剂量精确，否则将造成非常大的误差。

四维计算机断层成像（Four-Dimensional Computed Tomography,4DCT）技术的引入为靶区勾画提供了指导，从一定程度上防止肿瘤脱靶并可以减少正常组织受照剂量。图像引导放射治疗（Image Guide Radiation Therapy,IGRT）技术可以纠正摆位误差，进而可以缩小计划靶区（Planning Target Volume,PTV），使得正常组织受量减小［4-7］。针对摆位误差和肿瘤位移，Wu等［8］利用皮肤标记点、骨性标记和软组织3种方法分别对图像进行配准并利用得出的摆位误差来模拟并对比肿瘤的剂量分布，Miura等［9］也模拟了肿瘤运动给靶区带来的剂量误差，此过程仅有肿瘤靶区（Gross Tumor Volume,GTV）移动而照射野并未跟随肿瘤运动。还有一些研究从固定装置或呼吸控制方法方面做研究，以期减小靶区运动范围，另有一些研究从治疗过程中动态追踪靶区方面希望使得靶区始终处于照射范围内。以上这些研究或是从剂量分布，或是从治疗方式上进行研究，都是为了验证靶区运动对剂量分布的影响，但是这些研究对肿瘤在CBCT配准出现偏差时，并未对不同大小的位置偏差提出如何应对，而本文以肿瘤移位1 cm为界进行研究，验证肿瘤与骨性标志偏离0.5、1 cm时，以肿瘤作为配准依据，移动治疗等中心能否使靶区得到准确的剂量分布。

1 材料与方法

1.1 病例选取

选取2016年6～12月间于空军军医大学第一附属医院治疗的9例肺癌患者，年龄30～60岁，中位数45岁。

1.2 CT定位及靶区勾画

使用飞利浦公司Big Bore大孔径CT模拟定位机对患者行4DCT扫描。患者采用仰卧位，热塑体模固定，扫描层厚、层距均为5 mm。在Mip图像上勾画GTV，并分别与各时相配准核实，最后合并生成内靶区（Internal Target Volume,ITV），再将此ITV外放5 mm生成PTV。

1.3 计划设计

采用美国瓦里安公司Eclipse 13.5计划系统，分别为9例患者设计VMAT计划，处方剂量为60 Gy/10次。采用6 MV X射线，依据肿瘤位置选择合适的机架起始角度和弧数（3～4弧），剂量率由系统自动控制（瓦里安加速器剂量率为0～600 MU/min可变），计划采用各向异性分析算法（Anisotropic Analytical Algorithm,AAA）进行计算。靶区剂量分布要求60 Gy需覆盖95%以上靶区体积（靶区及正常器官受量应满足RTOG-0915号报告要求）。计划使用美国瓦里安公司带有120片多叶准直器（Multi-leaf Collimator,MLC)的iX加速器实施照射。

1.4 模拟肿瘤位移对剂量分布的影响

将每例患者的PTV在原CT图中向患者右侧、背部、脚方向分别移动0.5和1 cm，治疗等中心依据肿瘤的位移方向移动0.5 cm、1 cm，重新计算剂量分布，生成6个模拟计划，再对比原计划及模拟计划的剂量分布，图1所示为将患者的PTV在原CT图中向患者右侧、背部、脚方向分别移动1 cm，图2为患者按照原计划剂量分布及将PTV向患者右侧移动1 cm后剂量分布。

图1 计划靶区向患者右侧、背部、脚方向移动1 cmFig.1 Planning target volume(PTV)shifted to the right,back and feet by 1 cm

图2 计划靶区向患者右侧偏移1 cm后剂量分布Fig.2 Dose distribution after PTV shifted to the right by 1 cm

1.5 统计学分析

采用SPSS 18.0统计软件，对原计划及模拟计划的靶区和危及器官受照剂量进行符号秩检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

表1为患者的肿瘤分布特点，表2为原计划及模拟计划靶区的Dmax，Dmin，Dmean（以相对处方剂量的百分数表示）及V60比较，表3为原计划及模拟计划的脊髓与全肺的受量比较。

表1 患者的肿瘤分布特点Tab.1 Characteristics of tumor distributions in patients

从表2可以看出，靶区向患者右侧移动1 cm、背部移动0.5和1 cm、脚方向移动0.5和1 cm后，Dmax较原计划差异均具有统计学差异（P＜0.05），向脚方向移动0.5 cm后Dmin与V60（60 Gy剂量包绕的靶区体积）较原计划也具有统计学差异（P＜0.05），但是结果仍然满足RTOG0915号报告的要求。

从表3可知，当靶区向患者背部移动0.5和1.0 cm时，脊髓受量与原计划差异具有统计学意义（P＜0.05），靶区向患者脚方向移动0.5和1.0 cm时，全肺V20和Dmean与原计划差异具有统计学意义（P＜0.05），但这些结果均满足RTOG0915号报告的要求。

3 讨论

在目前的治疗过程中，对于治疗前CBCT与原CT图的配准方法主要有3种：皮肤标记点、骨性标记和软组织配准。许多人也做了不同的研究来验证各个方法的准确性［10］，结果均类似，均认为骨性标志配准与软组织配准得出的结果差异较大，且利用骨性标记配准更容易导致靶区脱靶，但这些研究并未从剂量学分布上的影响来验证各个方法的优劣。Wu等［8］用剂量分布的差异来验证3种配准方法的优劣，实验得出的结论为软组织配准方法对剂量分布的影响要小于骨性标记配准方法及皮肤标记点配准方法。而在Miura等［9］也针对GTV偏移做了研究，但其只是模拟了GTV位移，并未将治疗中心随着GTV移动，故其得出的结论为肿瘤移位对GTV及PTV剂量分布影响较大。而本文在以前面的研究结论作为基础，即以靶区作为CBCT配准依据，并直接给出了1 cm的运动范围限制，计算靶区偏离在0.5及1.0 cm时，移动治疗床进行剂量对比，选择1.0 cm作为界限是因为若靶区配准后误差范围大于1 cm，笔者认为应该重新摆位。

表2 原计划及模拟计划的靶区参数比较（%）Tab.2 Comparison of dosimetric parameters of PTV between original plan and PTV-shift plan(%)

上述文献中的研究均使用固定野调强技术来进行计划设计，因为射野数目有限，剂量分布会相应的受到影响，而本文采用了VMAT技术，固定野调强技术与VMAT技术相比有一定的劣势，如文献［11］中研究结果证明，对计划实施过程中出现的偏差，如MLC位置，机架角度等的偏差，VMAT受到的影响要小于固定野调强技术，另有文献［12］中报道，对于前列腺病人的治疗，VMAT受治疗过程中病人外轮廓的变化的影响要小于固定野调强技术。所以，本文虽然将PTV移动了位置，其相对外轮廓、肺、脊髓等的位置与原计划有差异，但最终的模拟结果是，PTV和正常组织的剂量分布均能满足剂量分布要求，所以从本文的结果可以得出，对于肺部较小的病灶，在线CBCT配准时，本文建议可以直接利用可见肿瘤进行配准，若误差小于1 cm，直接移动治疗床并进行治疗，肿瘤最终接受到的剂量与原计划无明显差异，利用这种配准方式才能保证病人接受到的剂量是准确的。