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影像引导技术对宫颈癌患者摆位误差及靶区偏移的影响

2021-03-08 120 上传者：管理员

摘要：目的:探讨在治疗过程中患者产生的平移误差及旋转误差对靶区位置的影响,6自由度治疗床在治疗过程中的作用及靶区外放边界的变化。方法:顺序入组10例宫颈癌术后患者,所有患者常规摆位后行在线锥形束CT(CBCT)得出摆位误差后,联合6自由度治疗床进行调整,而后立即行第二次CBCT,治疗后行第三次CBCT,将所有摆位误差结果记录,用于分析摆位误差对靶区位置的影响及靶区外放边界的研究。结果:CBCT联合6自由度治疗床在线校正后的误差无论是系统误差还是随机误差均减小,而治疗后误差相较于校正后的误差在四个方向上有所增大(X、Z、RX、RY);通过6自由度治疗床联合CBCT在线纠正可以发现CTV外放至PTV的边界在X方向上可以减少0.64cm,在Y方向上可以减少0.96cm,在Z方向上可以减少1.04cm;在纠正摆位误差后靶区的偏移在X、Y、Z方向明显减小;在RX、RY、RZ方向上的靶区偏移在纠正摆位误差后也明显减小。结论:无论是平移误差还是旋转误差对靶区位置均有较大影响,6自由度治疗床联合在线CBCT完全可以减小摆位误差,并且可以为靶区外放边界提供可靠数据,缩小靶区外放边界。

关键词：
6自由度治疗床
宫颈癌
摆位误差
锥形束CT
靶区外放边界
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宫颈癌是全球女性常见的恶性肿瘤,放射治疗在宫颈癌治疗中具有重要的地位[1],适用于各期宫颈癌患者,影像引导放疗(imageguidedradiationtherapy,IGRT)技术的出现更加保证了治疗计划的精确实施[2]。IGRT技术的引导下可以实现靶区剂量的高度覆盖以及对正常组织的保护[3]。IGRT技术可以在患者实施治疗前对其体位进行校正,摆位误差不可避免,可以尽量减小[4]。大多数直线加速器所配备的治疗床,仅能从三个平移方向(即患者的左右向X、头脚向Y及腹背向Z)进行调整,但是关于摆位误差的三个旋转方向(即患者滚动向RX,头尾旋转向RY及俯仰向RZ)的研究少见报道,有研究[5]称旋转误差会导致靶区的剂量丢失及加大靶区周围正常器官的受照剂量,尤其当治疗等中心与治疗外边界较远时旋转方向的误差会导致更大的摆位误差,而在妇科肿瘤的放射治疗中,靶区通常较大。本研究中分析了6自由度治疗床在宫颈癌治疗中的作用、三个平移方向上的误差及三个旋转方向误差对治疗靶区偏移的影响,以期为精确确定计划靶区外放边界提供参考。

1、资料与方法

1.1一般资料

2019年5月-2019年11月北京大学第三医院放射治疗科顺序治疗宫颈癌术后患者10例,中位年龄56岁(29～78岁),治疗方式采用容积旋转调强放疗(volumetricmodulatedarctherapy,VMAT),所有患者完成既定治疗方案每周5次,并签署知情同意书,共28次治疗,每例患者前10次行CBCT,校正前、校正后及治疗结束后,共采集CBCT数据300组,嘱患者排空膀胱后,20分钟内饮用1000mL水,憋尿1小时后治疗。

1.2定位

双手抱肘额前。采用荷兰PhilipsBrillianceBigBore16排螺旋CT扫描机,PhilipsTumorLOC模拟定位工作站,获取治疗计划参考图像。扫描条件:图像野550mm,扫描层厚为5mm,层间距5mm,管电压120kV,管电流200mAs,螺距1.0mm。CT图像经Mosaiq网络传输至Oncentra计划系统进行靶区勾画和治疗计划。每例患者治疗前将计划CT图像传至CBCT成像系统Mosaiq工作站上,作为图像配准的参考图像。

1.3靶区勾画及治疗计划制定

靶区的勾画是严格按照国际辐射单位与测量委员会(InternationalCommissionOnRadiationUintsAndMeasurementsPrescribing,ICRU)第50号和第62号补充报告中提出的标准,与美国肿瘤放射治疗协作组(RadiationTherapyOncologyGroup,RTOG)0418号前瞻性临床实验时达成的共识,其中,临床体积(clinicaltargetvolume,CTV)为阴道残端及其下3cm、阴道旁、宫旁软组织及相应的淋巴引流区[(部分)双侧髂总、髂内、髂外、S3以上骶前闭孔淋巴结区]。计划靶区(planningtargetvolume,PTV)为CTV外放0.5～0.8cm;危及器官(organsatrisk,OAR)为膀胱、直肠、结肠、小肠及股骨头。勾画完毕,主管医生确定无误后,由主管物理师完成治疗计划制定,并在治疗实施前行治疗计划验证。

1.4配准图像获取

每次治疗前行CBCT扫描(120kV,36.6mAs,射野准直器为M20),采用1mmCBCT重建层厚,进行在线CBCT图像采集。采集方法为:治疗前采集一次,HexaPODevoRT六自由度床在线校正后再次采集CBCT图像,治疗结束后行第三次CBCT图像采集。

1.5图像匹配过程及摆位误差分析

采集CBCT图像后,将CBCT图像与计划参考图像自动匹配(骨模式),并经高年资医师和物理师共同确认。记录平移左右方向X(lateral,Lat)、进出方向Y(lngitudinal,Lng)、升降方向Z(vertical,Ver)及旋转轴形成相应的左右滚动方向RX(rotationX)、头尾旋转方向RY(rotationY)及俯仰方向RZ(RotationZ)的误差值,经过实时在线校正后再行一次CBCT,重复上述过程获得分次间的摆位误差,治疗后行第三次CBCT扫描,校正后与治疗后CBCT的差异用于分析分次内的摆位误差。

1.6外放边界计算方法

由于目前尚无旋转误差对PTV边界外放的计算公式,因此利用VANHERK[6]提出的公式MPTV=2.5Σ总+0.7σ总,Σ总为群体的系统误差的标准差,σ总为群体的随机误差的标准差。校正前后的CBCT获取图像用于分析分次间的摆位误差,校正后与治疗后的CBCT获取图像用于分析分次内的摆位误差。

1.7平移误差对治疗中心的影响

利用公式D=X2+Y2+Z2−−−−−−−−−−−√,其中D为由于平移误差而导致的治疗中心偏移距离,X、Y、Z分别对应校正前后三个平移方向的摆位误差[7]。

1.8旋转误差对治疗中心的影响

我们利用公式D=R·tan(φ)[7]及表1数据进行计算,其中D为由于三个旋转方向的误差而导致的治疗中心偏移距离,R为治疗等中心到治疗靶区边界的最远垂直距离,φ为旋转方向的摆位误差。

表110例宫颈癌术后患者治疗中心至靶区边缘(各个方向)的最远垂直距离

1.9统计学方法

应用SPSS3.0软件对组内应用独立样本t检验,得出结果用于计算PTV外放边界;对校正前后误差进行配对t检验,P<0.05为差异有统计学意义。

2、结果

2.1宫颈癌术后患者总体摆位误差情况

6自由度治疗床在6个方向上的误差纠正情况及P值见表2。校正后的误差减小明显,6个方向校正前后对比结果的P值均小于0.05,说明在经过校正后可以明显的减小摆位误差,治疗后误差相较于校正后的误差仅在数值上有四个方向上增大(X、Z、RX、RY),见表2,而P值除Z方向外均大于0.05。

2.26自由度治疗床对CTV外放边界的影响

6自由度治疗床对CTV外放边界的影响结果见表3。通过6自由度治疗床联合CBCT在线纠正可以发现相对于校正前CTV外放至PTV的边界在X方向上减少0.64cm;在Y方向上减少0.96cm;在Z方向上减少1.04cm。

2.3X、Y、Z三个方向的摆位误差在校正前后对靶区偏移的影响

X、Y、Z三个方向的摆位误差在在线纠正前后对靶区的偏移影响情况见表4。在纠正摆位误差后靶区的偏移在X、Y、Z方向明显减小。

2.4RX、RY、RZ三个方向的摆位误差在校正前后对靶区偏移的影响

RX、RY、RZ三个方向的摆位误差在在线纠正前后对靶区的偏移影响情况见表5,旋转误差导致的是由靶区中心至靶区边缘逐渐增大的误差值,在这里我们计算得出的为靶区边缘的误差值,旋转误差对靶区边缘的影响较大,在线调整后旋转误差明显减小。旋转误差对靶区所有方向均有影响,在这里仅做一一对应关系的计算(RX对应患者左右向;RY对应患者头脚向;RZ对应患者腹背向),RZ方向的旋转误差对靶区影响最大为-0.9cm至0.6cm,RY同样对患者头脚向的误差有影响,选取患者1,同样她也是RY误差最大的患者,计算结果为-1.2cm至1.2cm,所以旋转误差对靶区的影响较大。

表210例宫颈癌术后患者总体摆位误差情况及t、P值

表310例宫颈癌术后患者6自由度治疗床校正前、后总体MPTV计算结果

3、讨论

放射治疗是宫颈癌的主要治疗方式之一,是一种高精度治疗[8]。相对于传统放疗,IMRT治疗对精度的要求更高[9],其优势在于较高的适形度,使得靶区内形成高剂量区而周边正常组织剂量急剧减小,形成陡峭的剂量梯度,这点对治疗精度有较高要求。而影像学技术的发展,尤其是在线千伏级CBCT的出现,对IMRT精确实施给予充分的保障[10,11]。

表4三个平移方向在校正前后的摆位误差对靶区位移的影响

表5三个旋转方向在校正前后的摆位误差对靶区位移的影响

ICRU24号报告指出,剂量偏差5%有可能使肿瘤失控和/或正常组织并发症增加。郁志龙[12]等报道了宫颈癌放疗较重的放射性直肠损伤总的发生率为13.3%,放射性膀胱损伤为8.8%。LEE[13]等得出宫颈癌患者放疗后较严重的放射性直肠及膀胱并发症发生率在5%～30%。因此减小摆位误差是放射治疗的关键,CBCT联合6自由度治疗床在线进行摆位误差纠正,所获得的在线图像与原始CT定位图像进行匹配后,不仅得出三维方向的平移误差,还能得出对应的旋转误差,同时可以反映出治疗区域与周围正常组织器官的位置和形态的变化,以便于医生及时的调整靶区及治疗方案,从而保证靶区的剂量、减小直肠与膀胱的并发症[12]。

在我国大多数放射治疗科加速器所配备的治疗床仅能在三个平移方向进行在线调整[14]。本研究发现旋转方向的误差对靶区的位置影响较大,导致靶区剂量不足和周围正常组织受照剂量增加,增加患者并发症的发生。有研究[15]表明在盆腔放疗中,旋转摆位误差最大可导致靶区偏移达15mm,本研究中旋转误差导致靶区偏移最大可达12mm,本研究中,当中心距离靶区边界越远的时候,旋转误差导致的靶区偏移越大,此结果与文献[5]报道的结果一致。在AHMAD[16]等人的研究中报道了在俯仰方向,即本研究中的RZ方向最大的误差值可达-7.3°～10°,本研究中可见旋转误差最大的方向也是患者的俯仰方向,最大的为-5.1°～5.2°,也许与患者的体脂数和配合程度等有关。本研究中采用真空袋联合脚踏对患者进行固定,在治疗后有四个方向的误差值反而增大,此结果与姚丽红[14]等人的研究结果类似,但是在姚丽红等人的研究中在患者的腹背向并未增大,他们采取的固定方式为热塑膜固定,考虑可能是由于真空袋固定未限制患者腹背向加上6自由度治疗床在调整移动过程中真空袋固定患者的体位更易变动,也可能由于在治疗期间患者不自主运动,直肠蠕动等原因造成。我科室加速器所配备的6自由度治疗床可以很大程度的将平移方向及旋转方向的摆位误差校正过来,调整过后在CTV外放至PTV的边界在X方向上可以减少0.64cm,在Y方向上可以减少0.96cm,在Z方向上可以减少1.04cm,可以缩小靶区外放边界,为保证靶区剂量及减小靶区周围正常组织器官的受照剂量提供更好的保障,另有文献[17]报道6自由度治疗床联合IGRT技术可以更好的控制摆位误差,进一步提高治疗精度,与本研究结果类似。

综上所述,平移误差及旋转误差均可对靶区的位置有较大的影响,经过IGRT在线匹配后可获得六个方向的摆位误差,包括三个平移及对应的三个旋转方向上的摆位误差明显减少,有文献[18]报道合理减少靶区外放边界可以提高放射治疗疗效,若行每日CBCT联合6自由度治疗床在线校正的话,完全可以将靶区的外放边界缩小,以此保证靶区及正常器官的受照剂量。另在本研究中并未进一步探讨关于靶区及周围受照器官在发生了摆位误差后,其受照剂量到底有多大的变化,也未讨论不同的定位方式对摆位误差的影响,在整个治疗过程中患者直肠蠕动及膀胱充盈度的变化对其靶区及周围正常器官的影响也待进一步研究。

近年来随着精确放疗在宫颈癌中的广泛应用,降低治疗中的摆位误差成为关键。目前CBCT图像引导技术联合6自由度治疗床可以精确地测量出摆位误差,通过在线及时纠正摆位误差,将射线精确定位到靶区[19]。精确放疗成败的关键为将放射治疗中的摆位误差降低。

参考文献：

[1]殷蔚伯.肿瘤放射治疗学[M].北京:中国协和医科大学出版社,2002:1007.

[2]夏邦传,廖福锡,徐子海.西门子CT图像引导下的放疗系统简介[J].医疗卫生装备,2010,31(08):115-117.

[9]姚丽红,朱丽红,王俊杰,等.利用CBCT联合六自由度治疗床研究宫颈癌术后放疗摆位误差及CTV外放边界[J].中华放射肿瘤学杂志,2015,24(1):78-81.

[12]郁志龙,索志敏,阎瑞敏,等.240例放射治疗宫颈癌回顾性分析[J].内蒙古医学杂志,2004,36(10):786-788.

[14]姚丽红,朱丽红,王俊杰,等.6D治疗床联合锥形束CT引导下妇科肿瘤摆位误差及计划靶区外放边界研究[J].中华放射医学与防护杂志,2015,35(3):206-209.

[19]方亚玲,杨欣,曹泓立,等.锥形束CT联合六维床在宫颈癌VMAT治疗中的应用[J].内蒙古医学杂志,2020,52(11):1281-1283.

李永,朱丽红,杨瑞杰,王俊杰,姚丽红,周舜,赵田地.影像引导技术辅以6自由度治疗床调整对宫颈癌患者摆位误差及靶区偏移的影响[J].现代肿瘤医学,2021,29(08):1391-1395.