锥形束CT 引导下摆位误差对行调强放射治疗直肠癌患者实际受照剂量的影响

杨雨岩，苏萌萌，贺慧芳

1 北京大学国际医院放疗科 （北京 102206）；2 北京大学人民医院放疗科（北京 100044）；3 瓦里安医疗器械贸易（北京）有限公司 （北京 100176）

随着放射治疗技术的发展，调强放射治疗（intensity-modulated radiation therapy，IMRT）成为临床实行精确放射治疗的主要方式，其能够同时满足靶区剂量和高适形度要求，降低危及器官受照剂量，更好地保护正常组织[1-3]。但精确放射治疗所带来的陡峭剂量跌落梯度更需患者在治疗过程中配合保持体位的一致性，因为微小的摆位误差和器官的位置变化均可对靶区和危及器官的剂量产生显著影响，且此类影响无法避免[4-5]。在当前临床应用中，基于锥形束CT（cone-beam CT，CBCT）的图像引导放射治疗可辅助治疗师实现更精确的患者摆位，尽可能减少摆位误差的影响，确保辐射剂量传输[6]。基于此，本研究探讨CBCT 引导下摆位误差对行IMRT 直肠癌患者实际受照剂量的影响，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2021 年2 月至2022 年12 月于北京大学国际医院行IMRT 的12 例直肠癌患者作为研究对象。其中男7 例，女5 例；年龄45～89 岁，中位年龄66 岁。本研究已获得医院医学伦理委员会审核批准，患者均自愿参与研究且已签署知情同意书。

纳入标准：经组织病理学诊断为直肠癌，临床分期为Ⅱ～Ⅲ期。排除标准：合并严重的内科疾病；合并其他部位恶性肿瘤。

1.2 方法

1.2.1 CT 模拟扫描及图像传输

患者取仰卧位，采用体板加热塑模腹盆网进行体位固定，双手抱肘置于前额。在GE 16 排大孔径螺旋CT 扫描机下行自由呼吸CT 增强扫描定位。扫描层厚为5 mm，扫描范围为膈顶上5 cm 至坐骨结节，分辨率为512×512，并将3D-CT 图像传输至Eclipse 13.5 治疗计划系统。

1.2.2 靶区勾画和计划设计

靶区勾画参照肿瘤放射治疗协作组织的要求，由同一名副高级职称医师勾画临床靶区（clinical tumor volume，CTV），CTV 边界三维外扩5 mm 形成计划靶区（planning tumor volume，PTV）。在CT 图像上逐层勾画小肠、结肠、膀胱、左右股骨头等正常组织。靶区处方剂量为95%PTV 50.4 Gy/28 次，1.8 Gy/次。由物理师在Eclipse 13.5 治疗计划系统上设计治疗计划，计划完成后生成验证计划，通过剂量验证后采用Varian True Beam 医用直线加速器实施治疗。

1.2.3 图像获取、匹配与校正

采用Varian True Beam 医用直线加速器在治疗前通过CBCT 扫描获取容积影像，经重建得到横断面、冠状面和矢状面影像，并采用骨性自动匹配联合手动微调匹配将CBCT 影像与计划设计的定位CT 影像进行配准，直至使CBCT 获取的影像与定位CT 影像的骨性解剖结构在3 个方位上获得最佳重叠为止，记录摆位误差。患者在治疗过程中前5 次每次均进行CBCT 扫描，以后每周扫描1 次。在治疗过程中，9 例患者进行了9 次CBCT 扫描，3 例患者进行了8 次CBCT 扫描，共进行了105 次CBCT 扫描。

1.2.4 生成模拟计划并分析结果

通过两种方法模拟分次间摆位误差对剂量分布的影响，且此两种方法中处方剂量和优化条件等均不改变，将配准图像后得到的摆位误差带入原治疗计划（Plan_O，即患者治疗时所用计划），仅改变治疗中心坐标，重新计算剂量。（1）分别在X、Y、Z方向对每例患者的摆位误差取平均值，然后将得到的平均值加入治疗计划系统生成计划，模拟引入平均摆位误差的剂量分布（Plan_A）。（2）若CBCT 次数为N，将原计划复制为N 个计划，且每个计划的治疗中心相对于原计划治疗中心的位移为每次CBCT 影像配准后所得的摆位误差，然后将N 个计划的计划剂量进行叠加后取平均（Plan_F）。

1.3 观察指标

比较Plan_O 和模拟计划（Plan_A 和Plan_F）之间的靶区PTVD98（98%的靶区体积所接受的剂量）、D95（95%的靶区体积所接受的剂量）、D2（2%的靶区体积所接受的剂量）、Dmean（平均剂量）、V50.4（接受50.4 Gy 剂量靶区所占的百分体积），膀 胱V30、V40、V50，小 肠Dmax、V20、V30、V40，结肠Dmax、V20、V30、V40及左右股骨头V20、V30、V40的差异。

1.4 统计学处理

采用SPSS 24.0 统计软件进行数据分析。计量资料以±s表示，采用t检验。P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 摆位误差

受患者自身状况影响（如膀胱和直肠的充盈程度及其他器官的蠕动），105 次CBCT 在X、Y、Z方向的摆位误差在一定范围内波动，且在Z正方向的摆位误差次数多于负方向，见图1。X、Y、Z方向摆位误差分别为（-0.08±2.19）mm、（-1.99±3.80）mm、（-2.69±2.13）mm，且误差分布区间分别为-5.20～6.00 mm、-7.70～8.90 mm、-3.70～7.70 mm，见表1。

表1 X、Y、Z 方向的摆位误差

图1 所有患者的摆位误差

2.2 摆位误差对靶区及危及器官剂量的影响

Plan_F 与Plan_O 相比，靶区D98、D95、D2、Dmean和V50.4差异有统计学意义（P＜0.05），且Plan_F 中 靶 区D98、D95、Dmean和V50.4均 减 少，D2稍有增加；危及器官剂量学参数中除膀胱V30，左右股骨头V20、V30、V40外，其他参数差异均有统计学意义（P＜0.05），且均有增加，见表2～3。Plan_A 和Plan_O 相比，靶区剂量学参数除D2差异无统计学意义（P＞0.05）外，其他参数均减少且差异均有统计学意义（P＜0.05）；危及器官剂量学参数除小肠V30、V40和左右股骨头V20、V30、V40外，其他参数均有所增加且差异有统计学意义（P＜0.05），见表4～5。

表2 Plan_F 与Plan_O 靶区剂量学参数比较（±s）

表2 Plan_F 与Plan_O 靶区剂量学参数比较（±s）

注：PTV 为计划靶区

PTV Plan_O Plan_F t P D98（cGy）4 997.27±31.22 4 731.16±144.35 7.14 0.000 D95（cGy）5 052.05±19.02 4 922.51±78.99 6.38 0.000 D2（cGy）5 270.68±44.21 5 291.26±48.28 -5.25 0.000 Dmean（cGy）5 168.73±22.52 5 148.3±27.66 4.58 0.001 V50.4（%）95.93±1.47 90.95±3.03 6.75 0.000

表3 Plan_F 与Plan_O 危及器官剂量学参数比较（±s）

表3 Plan_F 与Plan_O 危及器官剂量学参数比较（±s）

危及器官 Plan_O Plan_F t P膀胱V30（%）81.38±12.49 91.43±31.80 -1.35 0.210 V40（%）47.29±11.14 52.08±12.37 -5.56 0.000 V50（%）18.14±6.23 23.51±7.93 -5.66 0.000小肠Dmax（cGy）5 192.71±36.97 5 284.07±115.97 -3.28 0.007 V20（%）60.91±18.05 63.14±18.67 -2.67 0.019 V30（%）35.62±15.96 38.06±16.09 -3.80 0.004 V40（%）17.32±12.34 19.71±13.52 -3.49 0.002结肠Dmax（cGy）5 251.95±63.29 5 302.07±77.04 -3.22 0.008 V20（%）59.22±27.05 61.58±27.77 -2.82 0.015 V30（%）40.73±24.94 42.21±25.67 -3.38 0.005 V40（%）24.33±18.48 26.04±19.5 -2.75 0.006左股骨头V20（%）55.21±22.09 54.54±22.82 0.84 0.559 V30（%）9.17±7.23 10.08±9.96 -0.84 0.344 V40（%）0.63±0.87 1.23±1.62 -2.35 0.065右股骨头V20（%）50.48±21.31 48.99±20.59 2.05 0.051 V30（%）9.19±7.84 9.42±8.71 -0.38 0.598 V40（%）0.70±1.07 1.00±1.50 -1.39 0.086

表4 Plan_A 与和Plan_O 靶区剂量学参数比较（±s）

表4 Plan_A 与和Plan_O 靶区剂量学参数比较（±s）

注：PTV 为计划靶区

PTV Plan_O Plan_A t P D98（cGy）4 997.27±31.22 4 807.69±115.37 5.91 0.000 D95（cGy）5 052.05±19.02 4 971.72±54.48 5.48 0.000 D2（cGy）5 270.68±44.21 5 304.44±93.62 -1.85 0.091 Dmean（cGy）5 168.73±22.52 5 158.88±27.54 2.34 0.040 V50.4（%）95.93±1.47 91.9±2.57 5.14 0.000

表5 Plan_A 与Plan_O 危及器官剂量学参数比较（±s）

表5 Plan_A 与Plan_O 危及器官剂量学参数比较（±s）

危及器官 Plan_O Plan_F t P膀胱V30（%）81.38±12.49 83.73±11.5 -4.31 0.001 V40（%）47.29±11.14 52.01±12.44 -5.24 0.000 V50（%）18.14±6.23 23.58±8.05 -5.89 0.000小肠Dmax（cGy）5 192.71±36.97 5 271.2±111.63 -2.94 0.013 V20（%）60.91±18.05 63.71±18.79 -2.44 0.042 V30（%）35.62±15.96 36.72±14.62 -0.85 0.428 V40（%）17.32±12.34 18.55±11.65 -0.84 0.282结肠Dmax（cGy）5 251.95±63.29 5 309.3±78.35 -3.30 0.007 V20（%）59.22±27.05 61.34±27.81 -2.51 0.024 V30（%）40.73±24.94 42.08±25.73 -2.93 0.011 V40（%）24.33±18.48 25.9±19.62 -2.33 0.021左股骨头V20（%）55.21±22.09 54.26±23.21 0.95 0.451 V30（%）9.17±7.23 9.82±10.07 -0.61 0.511 V40（%）0.63±0.87 0.99±1.49 -1.60 0.186右股骨头V20（%）50.48±21.31 48.62±21.12 2.05 0.052 V30（%）9.19±7.84 9.29±8.9 0.00 0.848 V40（%）0.70±1.07 0.80±1.52 0.00 0.586

2.3 模拟计划与原计划靶区剂量学参数的相对偏差

假设模拟计划的靶区参数为S，原计划靶区参数为O，根据相对偏差计算方法（S-O）/O×100%，计算得出模拟计划与原计划靶区剂量学参数的相对偏差。除靶区D2外，靶区其余参数与原计划比均减少，见图2。

图2 模拟计划与原计划靶区剂量学参数的相对偏差

3 讨论

IMRT 要求精确的模拟定位、精准的计划设计和治疗实施[7]。在整个过程中，每个环节的细微误差均可导致患者实际接收剂量出现偏差。摆位误差包括系统误差和随机误差，系统误差与加速器和辅助设备的机械误差有关，如激光灯、治疗床的移动误差等；随机误差与患者本身体态变化、器官运动及治疗师的摆位质量有关[8-9]。越来越多的直肠癌患者采用IMRT 时需治疗师在图像引导下进行精准的患者摆位，以确保准确的辐射剂量传输，否则可能因直肠癌靶区形状及位置特殊，使周围肠道和膀胱受到更高的照射剂量而产生无法逆转的放射损伤[10-11]。CBCT 已被广泛应用于临床放射治疗中，不仅能够通过位置校正减少患者定位与治疗时位置的差异，还能够有效减少分次治疗中的摆位误差，保证肿瘤靶区在照射野内，提高靶区控制率，降低周围正常组织的照射剂量[12]。

直肠癌患者术后的IMRT 一般需持续1 个月左右。在此期间，患者的形态、定位及治疗时肌肉的松紧度、肠道的充盈度均可影响靶区的受照剂量，此类误差无法避免。因此，尽量减少摆位误差、提高摆位准确性是目前放射肿瘤学界不断研究的课题之一[13-14]。关于摆位误差对靶区及危及器官剂量的影响已有很多研究[15]。通常放射治疗计划完成后，靶区与周围的小肠、膀胱等危及器官之间剂量跌落较为陡峭，既满足靶区高剂量的要求，又使正常组织受到最少的剂量照射。所以，在治疗过程中微小的位置偏差也可导致整个靶区剂量的不足，还会增加正常组织受损风险[16-18]。

本研究通过回顾性分析12 例直肠癌患者共计105 次CBCT 的摆位误差，评估了摆位误差对患者实际剂量分布的影响。两种模拟计划结果均显示，摆位误差使靶区V50.4、D98、D95和Dmean较原计划均有降低，膀胱、小肠和结肠的受照剂量均有增加，这与刘大海等[19]的研究结果类似。在治疗中，虽要求患者遵医嘱尽量使放射治疗时膀胱的状态与CT 定位时保持一致，但每次治疗时并不能保证与定位时完全一致，且由于分次间和单次内位置的变化，靶区的位置亦存在不确定性。目前，直肠癌患者常规放射治疗方式为1 次/d，5 次/周，前5 次治疗前均行CBCT，后续每周1 次CBCT。若增加CBCT 频率，则可减少摆位误差对靶区剂量的影响，但同时亦需考虑多次CBCT 对正常组织器官造成的辐射剂量升高[20]。鉴于本科室加速器和治疗床的局限，本研究仅考虑了患者3 个方向的误差，未能模拟旋转误差情况，希望在今后的研究中逐步完善。

综上所述，摆位误差的存在会降低计划质量，靶区及危及器官实际受照剂量与原计划存在差异，若能在CBCT 引导下根据摆位误差数值总结出误差规律，辅助医师调整GTV 的外扩范围，在临床允许的情况下，适当调整CBCT 次数和计划次数，可对患者进行更加精准的个性化治疗。