螺旋断层放射治疗胰腺癌摆位误差分析

何 蕾，孙显松，于 浪，王欣海，胡 克，邱 杰，张福泉

(中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院 放射治疗科， 北京 100730)

胰腺癌(pancreatic carcinoma)是一种恶性程度高、预后差的消化系统恶性肿瘤。因胰腺邻近大血管，肿瘤发展迅速，早期诊断困难，大部分患者确诊时已失去手术切除的机会。所以，放射治疗是晚期胰腺癌的主要治疗手段之一，并且对肿瘤的局部控制、缓解疼痛等治疗效果明显，国内外多数专家、学者早已达成共识[1]。螺旋断层放射治疗[(helical) tomotherapy,HT]是一种全新的技术，具有独特的同源双束设计，实现了集高精度放射线疗法(intensity modulated radiation therapy,IMRT)和影像引导放射治疗(image guide radiation therapy,IGRT)于一体的放疗设备[2]。为保证肿瘤靶区照射的精准，保护临近危及器官，治疗前均用兆伏级电子计算机断层扫描(megavoltage computed tomography, MVCT)扫描获取的图像与定位CT图像进行配准，以达到更好的修正摆位误差的目的[3]。本文对23例接受螺旋断层调强放射治疗的胰腺癌患者的影像引导摆位误差数据进行整理分析，计算临床靶区(clinical target volume, CTV)到计划靶区(planning target volume,PTV)的边界(margin)外放。

1 材料与方法

1.1 研究对象

选取2015年5月至2019年7月在北京协和医院放疗科应用tomotherapy治疗的胰腺癌患者23例，其中女11例、男12例，年龄19～82岁，中位年龄64岁。患者一般情况较好，所有患者KPS评分≥70分。

1.2 方法

1.2.1 CT定位和计划设计：患者仰卧位，双手抱肘置于头上，采用热塑成形体部固定架对患者体位进行体位固定，在膜体上勾画出3个“十字”标记线作为摆位治疗标记。用16排80 cm大孔径CT模拟机(Briliance公司)，层厚5 mm，进行定位扫描，将获取图像传送至Eclipse治疗计划系统(瓦里安公司)上由医生进行靶区及危及器官的勾画，并设定剂量及分割方式、危及器官限量等。传输至tomotherapy4.2.3计划系统进行治疗计划设计，经临床医生批准后，行剂量验证，验证通过后即可实施治疗。

1.2.2 数据获取：放射治疗前由两名技师按照摆位要求进行摆位，每次治疗前均行一次MVCT扫描。再将扫描后获取的MVCT与定位CT图像进行自动配准。首次治疗由主管医生观察自动配准图像在横断面、矢状面和冠状面上与定位CT上相应的配准区域是否获得最佳重叠，如自动配准不理想时可进行人工配准。首先根据骨性标记将已扫描获取的MVCT图像与定位CT图像进行配准，然后根据两幅图像中的靶区和危及器官的实际重叠情况进行手动调整和修正，最终依据人工配准结果进行治疗，并记录最终获取的患者每次在左右(X轴)、头脚(Y轴)、腹背(Z轴)方向和横断面旋转(cross-section rotation, roll)方向的误差值。

1.2.3 数据处理及PTV边界外放范围的计算：所有患者的摆位误差数据均用Excel软件分析，计算出每例患者所有分次的摆位误差的平均值和标准差。根据Mckenzie[4]推荐的公式margin=2.5∑+0.7σ计算X、Y和Z3个方向上的靶区外放边界值。

2 结果

2.1 摆位误差

23例胰腺癌患者共行592次MVCT扫描，其中X、Y、Z方向的平均误差分别为(-0.51±2.77)mm、(-1.14±6.35)mm、(6.01±4.43)mm(表1,2)。

2.2 Margin值分析

根据外扩间距值得公式M=2.5∑+0.7σ得出在三维X、Y和Z方向由CTV向PTV外扩值分别为5.16、9.90和7.53 mm(表3)。因此，临床治疗中在X、Y和Z3个方向推荐的边界外放值分别5、10和8 mm。

表1 23例胰腺癌患者在X、Y和Z 3个方向的平均误差值百分比Table 1 Mean percentage error values of 23 pancreatic cancer patients in the three directions of X, Y, and Z (total number=592)

表2 23例胰腺癌患者在X、Y、Z 3个方向的平均误差和roll的旋转误差值Table 2 Average error of 23 pancreatic cancer patients in X, Y, and Z directions and the value of roll’s rotation error

"-" indicates movement in theX,Y, andZaxes respectively to the right, foot, and back.

表3 摆位误差值和PTV外扩marginTable 3 Positioning error value and PTV external expansion margin

3 讨论

Tomotherapy每次治疗前行MCVT图像扫描可实现在线配准，并直观了解患者当次治疗前的靶区和危及器官间的位置关系及靶区体积的情况，进行在线的位置修正，可有效提高肿瘤治疗的精度，减轻患者毒副反应[5-6]。但过多外放会导致靶区周围更多的正常组织受到照射，所以合适的外放是放疗过程中的关键参数。

Mami等人的研究在每次治疗前进行图像引导下的胰腺癌患者的误差分析，X、Y和Z3个方向的PTV的M值分别是8.9、9.8和11 mm，在Y方向误差值较大的主要原因是由呼吸运动导致胰腺位置变化大造成的[7]。这与本研究的结果一致，因此建议在今后的胰腺癌放射治疗中引入4DCT(four-dimensional computed tomography)技术。它应用呼吸门控技术进行CT图像的采集、放疗计划设计和放射治疗，可检测在呼吸周期中肿瘤移动的幅度和方向[8-9]。由于tomotherapy实际治疗位置与摆位位置有700 mm的距离，所以首次治疗时治疗床板的沉降数值较大， 待初次治疗时床下沉的校正值系统自动记录，在以后的治疗中进行修正，从而减少Z方向的摆位误差[10-11]。

计算靶区安全边界外放时，Mckenzie等人结合DVH参数和靶区覆盖等讨论margin的外放,得出CTV到PTV外扩边界至少应为M=2.5Σ+0.7σ[4]。Van Herk也做了相同的研究，其推荐的公式为M=2.5Σ+0.7δ-3，算出的外放边界比Mckenzie等的算法小，并将呼吸运动引起的胰腺位置误差计算在内[12]。考虑到研究未引入4DCT技术到放射治疗中及脱靶的风险，所以采用前者的研究结果进行margin计算。

综上所述，tomotherapy自带的MVCT图像引导系统可有效修正胰腺癌患者在治疗前的随机误差和摆位误差，计算出胰腺癌放射治疗在X、Y和Z三维方向上靶区边界外放(margin)边界值5、10和8 mm，为精准放疗的实施提供了依据。