图像引导放射治疗技术在宫颈癌调强放射治疗中的应用研究

陈善凤 叶铭兰 雷海红 黄家满 陈伙辉

宫颈癌是严重威胁女性健康的一种恶性疾病,近年来发病率呈现逐渐升高的趋势,放射治疗是其重要治疗手段,有80%的宫颈癌患者在治疗过程中需进行放射治疗。调强放射治疗(intensity modulation radiation therapy,IMRT)技术具有靶区高剂量和正常器官低受量的优势,在宫颈癌治疗中被广泛应用［1］。但由于腹盆腔部特殊的生理结构,治疗时容易出现摆位误差,从而影响靶区剂量,降低治疗效果［2］。图像引导放射治疗(image guided radiation therapy,IGRT)［3］利用影像设备获取患者体位图像与计划图像进行验证,保证肿瘤治疗剂量,降低正常组织损伤,提高治疗效果。在进行放射治疗计划设计时除了要考虑靶区及器官的运动,还要结合摆位误差水平以给定合适的外放边界。本研究希望通过IGRT 技术应用于宫颈癌调强放射治疗患者中,分析其摆位误差水平、总结经验,给出合适的外放边界(Margin),从而更好地指导临床工作,提高治疗效果。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2019 年4 月～2020 年12 月在本院接受调强放射治疗的60例宫颈癌患者,年龄40～75 岁,中位年龄56 岁,患者均行动方便,具有较好的配合放射治疗摆位能力。

1.2 方法

1.2.1 扫描方法 患者取仰卧位,平躺在腹部碳纤维固定板上,使用热塑体模固定,在体膜头脚两端边界分别画线标志,然后进行CT 模拟定位扫描(扫描层厚3～5 mm),扫描范围从胸椎12 下缘到耻骨联合下3 cm。由放射治疗医生勾画靶区及危及器官,靶区剂量46 Gy/23 F～50 Gy/25 F。

1.2.2 图像采集设备 Varian CX 直线加速器,TiGRT IVS 放射治疗图像引导系统。IVS 系统采用数字平板探测器加载在直线加速器上,具有分辨率高面积大的优点,集成了胶片及电子射野影像装置(EPID)的射野记录与验证功能,能快速实现患者的位置验证,并能够进行实时摆位误差计算及一键修正,节省摆位时间。图像配准范围为24 cm×24 cm,误差精度可达0.5 mm。

1.2.3 图像验证方法 在对患者进行摆位后对其盆腔部放射治疗计划中心拍摄0～90°的位置验证片,然后将实时拍摄位置图像与放射治疗计划定位CT 图像进行配准,主要以骨性结构配对,第1 次配准图像必须由放射治疗医生、物理师和治疗师共同通过,本次研究未考虑旋转误差。配准完成后系统可自动计算出每次摆位的三维误差值,分别记录患者左右(X 轴)、头脚(Y 轴)和前后(Z 轴)3 个轴向的摆位误差。首次治疗前2 次都进行位置验证,之后每周都进行一次EPID 位置验证,即患者治疗的第1、2、6、11、16、21 次拍摄治疗前验证片,误差超出要求使用在线体位校正功能进行校正,误差校正后进行第2 次EPID 拍片,得出校正后的误差。

治疗床自动移位的准确性会直接影响摆位误差的纠正［4,5］,根据IGRT 技术的质量控制要求,临床应用前已对TiGRT IVS 系统治疗床自动移位功能的准确性进行了验证,符合IGRT 质量控制标准。

1.3 观察指标 分析宫颈癌调强放射治疗的摆位误差,估计外放边界,并分析校正前后误差值。所采集误差数据经统计后使用扩边公式估算边界外放。利用摆位误差估算肿瘤靶区(CTV)到计划靶区(PTV)外放范围大小,根据文献van Herk 等［6］所提出的外放边界公式分别估算出X 轴、Y 轴、Z 轴3 个方向的MPTV 值,即MPTV=2.5×Σ+0.7×δ。式中Σ 表示所有患者个体化系统误差的标准差,δ 表示随机误差标准差［7］。

1.4 统计学方法 采用SPSS17.0 统计学软件进行统计分析。计量资料以均数±标准差()表示,采用t检验。P＜0.05 表示差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 误差分析 60例宫颈癌患者首次治疗前2 次都进行拍摄正侧位摆位图像,随后每周进行一次验证片拍摄,共获得720 张实时位置验证图像,与放射治疗计划重建图像进行比较得到误差数据,共记录360 组误差数据。X 轴、Y 轴和Z 轴向的摆位误差分别为(-0.12±0.99)、(0.27±1.62)、(-0.72±1.56) mm。在所有的误差测定值中,X轴向＜3mm的占94.7%(341/360),X轴向＜5mm 的 占100.0%(360/360)；Y 轴向＜3 mm 的 占81.4%(293/360),Y 轴 向＜5 mm 的 占90.6%(326/360)；Z 轴向＜3 mm 的占90.3%(325/360),Z轴向＜5 mm 的占96.4%(347/360)。其中Y 轴方向误差较大,最大误差绝对值达6.8 mm。见表1。

表1 360 组数据摆位误差分析(,mm)

表1 360 组数据摆位误差分析(,mm)

2.2 边界外放值估计 MPTV 左右方向即X 轴所需扩边值为2.73 mm,头脚方向即Y 轴所需扩边值为4.50 mm,前后方向即Z 轴所需扩边值为4.30 mm。扩边值Y 轴＞Z 轴＞X 轴。见表2。

2.3 校正前后摆位误差对比 若摆位X 轴、Y 轴、Z 轴任一方向误差(正值)超出≥3 mm,则使用在线体位自动校正功能进行校正,误差校正后进行第2 次EPID 拍片,得出校正后的误差为分次间误差。摆位校正后的放射治疗精确度明显优于摆位校正前,因此有条件的单位可每次治疗进行EPID 位置验证。共有107组数据需要纠正,三个方向校正前后摆位误差对比,差异均具有统计学意义(P＜0.05)。见表3。

表3 107 组数据校正前后摆位误差对比(,mm)

表3 107 组数据校正前后摆位误差对比(,mm)

注：校正前后对比,P＜0.05

3 讨论

患者摆位误差来源于分次治疗摆位过程中的系统误差和随机误差,系统误差是指实际治疗位置和模拟定位时位置的差异,随机误差是指每次治疗时重复性的差异［8］。系统误差用所有分次的摆位误差的平均值表示,随机误差用所有分次的摆位误差的标准差表示。同时三个轴向系统误差增大,随机误差也随之变大。表1 统计结果显示,宫颈癌摆位在Y 轴方向误差较大,这与梁广立等［9］、倪晓雷等［10］的结果相似。

调强放射治疗技术具有精确定位、精确靶区、精确放射治疗的“三精”特点,靶区周围剂量跌落梯度大,其优势必须以高精度的临床质量保证为前提。IGRT技术推动了放射治疗的精确化进展,使用摆位图像与计划CT 图像进行配准,获取患者的摆位误差,有利于放射治疗过程中治疗师及时采取相应措施进行误差修正［11,12］。目前较为常用的IGRT 设备主要有锥形束CT 和EPID 两种,EPID 设备因成本低、操作简单、图像质量好、获取图像方便快捷等特点,使得其仍然是大多医院采用的测量摆位误差的设备。

本研究从首次治疗至放射治疗结束每周都进行了摆位验证,研究实践结果显示1 个疗程只进行初次拍片位置验证是不可取的,每周甚至更多次进行位置验证,观察治疗中摆位误差的变化,找到误差发生显著变化的时间及原因,才能为临床放射治疗提供指导,才能真正实现用IGRT。研究采用的TiGRT IVS 放射治疗图像引导系统虽未能直接获取旋转误差,但采集图像范围可达24 cm×24 cm,也能从匹配图像中看出是否有旋转误差,满足宫颈癌放射治疗要求。

本文使用扩边公式估算结果显示,本院在X 轴、Y 轴、Z 轴3 个方向上边界外放可控制在5 mm 左右,启用在线校正功能后可控制在3 mm 内,更好地提高了患者的治疗效果。通过对摆位误差进行分析,合适的边界即可降低靶区遗漏的可能,亦可避免盲目外扩边界而使周围正常组织受到不必要的照射,增加放射治疗副反应,也使调强放射治疗的优越性得到充分的发挥。

摆位误差受到不同放射治疗单位、不同的固定装置、不同的放射治疗相关设备、不同的患者人群及不同的放射治疗师群体等因素的影响。因此,每一个放射治疗单位应该利用本单位现有的影像引导放射治疗设备,根据不同的校正策略设置符合本单位实际的放射治疗外扩边界。通过每周进行位置验证,及时发现和纠正误差,对于放射治疗后期体型变化较大者建议医生采取重新塑膜定型,调整后续放射治疗计划等质量控制措施,提高放射治疗质量。通过这次研究,图像引导技术应用于宫颈癌调强放射治疗具有重要作用与意义,并确定了本院宫颈癌调强放射治疗计划的靶区外放边界,为实现精确放射治疗提供了科学依据。