应用 IGRT机载 KV-CBCT校正胸腹部肿瘤调强适形放疗摆位误差的研究

傅万凯 林友金 刘利彬 黄丽娜 吴章桂

放射治疗的基本目标是努力提高放射治疗的治疗增益比,即最大限度地将放射线的剂量集中到病变(靶区)内,杀灭肿瘤细胞,而使周围正常组织和器官少受或免受不必要的照射[1]。调强适形放射治疗(intensity modulated radiation therapy,IMRT)通过高度适形照射减少正常组织受照体积,改进剂量分布,以达到较高的治疗增益比,它是 1种精确放疗方式。但是,放射治疗中出现的各种摆位误差阻碍了调强适形放射治疗精度的提高。近年来,图像引导的放射治疗(image guided rediotherapy,IGRT)的出现,为解决摆位误差的问题提供了 1种有效的手段。本研究应用 IGRT机载KV-CBCT实时在线校正摆位误差,通过分析校正前后6个自由度的摆位误差数据,研究 KV-CBCT在线校正对胸腹部肿瘤调强适形放疗摆位外扩边界值(MPTV)的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取我院 2008年 6月至 2009年 1月应用医科达Synergy IGRT加速器治疗胸腹部肿瘤 IMRT患者 28例,男性 16例,女性 12例。年龄 25～81岁,中位年龄60岁。胸部肿瘤 15例,腹部肿瘤 13例。

1.2 摆位固定

患者均取仰卧位,用体部固定架,真空垫及热塑网膜固定,由两名技师应用激光灯严格按胸腹部摆位规范摆位。

1.3 摆位误差值的获取和在线校正

胸腹部 CBCT扫描参数为:100～120 KV,M 20射野准直器,旋转扫描角度 182°～260°开始,至 100°～180°结束。在患者摆位后进行第一次扫描,获取一组校正前的 X线容积图像(x-ray volumetric images,XVI),通过处理软件将 XVI与计划 CT图像的靶中心进行匹配,获得患者 X(左右)、Y(头脚 )、Z(前后)3个方向的线性摆位误差和分别绕 X、Y、Z轴旋转形成的U、V、W旋转摆位误差。将得到的这 6个自由度的摆位误差数据,输入 6自由度治疗床进行误差校正,校正后再扫描一次 CBCT,获得另一组校正后的 XVI,并重新匹配。

1.4 统计方法

应用 SPSS 17.0统计软件进行数据分析。计算所有患者的个体摆位误差(每位患者的摆位误差)和群体摆位误差(全组患者的摆位误差)。根据 Stroom等[2,3]的定义:个体系统误差以该患者每次摆位误差平均值表示,个体随机误差以该患者每次摆位误差标准差表示;个体系统误差和随机误差均数分别表示群体系统误差和随机误差。摆位外扩边界值(MPTV),按van Herk等[4,5]的推理公式 MPTV=2.5∑+0.7δ计算,意义为使 99%临床靶区至少达到 95%的处方剂量,∑为系统误差的标准差,δ为随机误差的标准差。

2 结果

28例患者共获得 668组 XVI图像,得出 X、Y、Z、U、V、W 6个自由度方向在校正前后的摆位误差数据各 334组,校正后各方向误差值均较校正前明显变小。校正前后 28例患者的群体摆位误差见表 1,计算得出X、Y、Z方向的 MPTV值,校正后较校正前分别减少2.81、7.18、4.79mm,见表 2。

表1 28例患者校正前后群体摆位误差比较(系统误差 ±随机误差)

表2 校正前后摆位扩边的估计 (mm)

3 讨论

放射治疗是恶性肿瘤的主要治疗手段之一,IMRT是 1种高精度的放疗,靶区内剂量能按处方要求分布,高剂量区紧紧包绕靶区,剂量梯度变化较大。但是在放射治疗程中,由于摆位误差的存在,可能造成靶区漏照,也可能使得高剂量区移到危险器官的区域内,造成严重并发症或后遗症。ICRU24号报告指出靶区照射剂量偏离 5%就有可能使原发灶失控或并发症增加[6]。因此,能否降低放射治疗中的摆位误差是精确放疗成败的关键。胸腹部肿瘤较之头颈部肿瘤易受呼吸运动、体位固定、皮肤牵拉、轮廓改变、体表标志清晰度等诸多原因影响,造成摆位重复性差,摆位误差较大,而且胸腹部肿瘤的靶区范围通常比较大,摆位误差对放疗中肿瘤受量影响大,因此,为提高肿瘤受量,减轻正常组织的反应,需要更加精确的放疗。

图像引导放疗(IGRT)是三维适形放疗(3D-CRT)和调强放疗(IMRT)之后又一新的放疗技术。该技术最大的特征为:在分次摆位时和(或)治疗中采集图像和(或)信号,引导此次治疗和(或)后续分次治疗[7]。本研究应用的医科达 Synergy IGRT加速器配备了千伏级锥形束 CT(KV-CBCT)和 6自由度治疗床,可以实时在线校正等中心三维方向线性摆位误差和相应的旋转摆位误差。本研究中,校正前的 MPTV值在 Y轴最大,达到了 8.5mm,经分析我们认为,胸腹部放疗摆位虽然采用了真空垫和热塑网膜固定,但是由于胸腹部呈圆桶状,摆位时患者身体与真空垫和热塑网膜之间的相对位置很难保持一致,是导致头脚方向误差较大的主要原因。经过在线校正,校正后的 MPTV值都在 1.5 mm以内,Y轴更是减少了 7.18 mm,使得放疗的精确性大大提高。

总之,应用 IGRT机载 KV-CBCT进行在线校正,可以有效减小胸腹部肿瘤放疗中出现的摆位误差,提高放疗的精确性,而且该系统的射线利用率较高,患者接受的射线剂量较少。但是 KV-CBCT仍有其不足之处,它所获取的 XVI图像较之先进的诊断 CT还有较大差距,XVI和计划CT获取的图像仅为某一时段的图像,这 2个不同时段获取的图像不完全相同,呼吸活动、空腔脏器充盈度的影响,治疗期间肿瘤退缩,患者轮廓的改变,这些因素都会造成匹配时产生误差。而且胸腹部肿瘤在放疗中,靶区位置随着呼吸、心跳还会产生运动,也增加了放疗的不确定性。如何克服这些不利因素,提高放疗的精确性,还有待进一步的研究。

[1] 殷蔚伯,余子豪,徐国镇,等主编.肿瘤放射治疗学〔M〕.第 4版.北京:中国协和医科大学出版社,2008:149.

[2] Stroom JC,de Boer JC,Hujzenga H,et al.Inclusion of geometrical nucertainties in radiotherapy treatment p lanning by means of coverage probability〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Phys,1999,43:905.

[3] Stroom JC,Heijmen BJ.Geometrical uncertainties,radiotherapy p lanningmargins,and the ICRU-62 report〔J〕.Radiother Oncol,2002,64:75.

[4] van Herk M,Remeijer P,Lebesque JV.Inclusion of geometric uncertainties in treatment plan evaluation〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Phys,2002,52(5):1407.

[5] van Herk M,Remeijer P,Lebesque JV.Errors andmargins in radiotherapy〔J〕.Semin Rasiat Oncol,2004,14:52.

[6] 胡逸民主编.肿瘤放射物理学〔M〕.第 1版.北京:原子能出版社,1999:613～615.

[7] 戴建荣,胡逸民.图像引导放疗的实现方式〔J〕.中华放射肿瘤学杂志,2006,15(2):132.