锥形束CT对鼻咽癌调强放疗的摆位误差的影响

吴　伟　吴伟伟



锥形束CT对鼻咽癌调强放疗的摆位误差的影响

吴伟吴伟伟

目的利用锥形束CT(CBCT)分析鼻咽癌调强放疗分次间和分次内的摆位误差，并分析计划靶区(PTV)的合适边界(MPTV)。方法选取30例鼻咽癌患者，放疗过程中定期应用CBCT于放疗修正前、修正后以及放疗后进行扫描，将CBCT与计划CT配准，记录分析分次间和分次内的摆位误差。结果修正前的摆位误差≤2 mm在左右、上下和前后方向上分别为：87.4%、79.7%和85.3%。修正后三个方向均没有出现>2 mm的误差，而放疗后在三个方向上出现>2 mm的次数分别为1、2、3次。日常放疗中，不应用CBCT引导放疗时MPTV在左右、上下和前后的三个方向上分别为3.8 mm、4.3 mm和3.3 mm，而放疗前CBCT引导放疗可以将MPTV减小至1.8 mm、2.4 mm和1.9 mm。结论CBCT可以有效提高鼻咽癌调强放疗患者的摆位精确度，CBCT引导放疗可以明显缩小靶区外扩边界。

鼻咽肿瘤；CBCT；摆位误差

(The Practical Journal of Cancer,2016,31:1260～1263)

鼻咽癌是我国南方常见肿瘤，调强放疗是当前主流的治疗手段。科学合理的CTV外扩PTV边界(MPTV)可以更好地发挥调强放疗的优势，有效保证靶区剂量和更好保护正常组织。Cone Beam CT(CBCT)是直线加速器的机载影像仪，能弧形扫描患者放疗时的影像，通过与计划CT配准精确计算摆位误差。本文旨在回顾利用CBCT测量鼻咽癌放疗中的摆位误差，并为MPTV提供理论依据。

1　资料与方法

1.1一般资料

选取我院放疗科2014年10月-2015年4月收治的30例鼻咽癌调强放疗患者，男性23例，女性9例，年龄34～75岁，平均年龄为49岁。根据UICC(2009)TMN分期标准，其中T1患者10例，T2患者17例，T3患者2例，T4患者1例，具体T、N、M分期见表1。

1.2方法

1.2.1患者体位固定和CT模拟患者采取仰卧体位，利用发泡胶和头颈肩热塑面膜作为CT定位和放疗时的固定装置；CT增强扫描范围从颅顶至胸骨角，层厚3 mm；扫描后将患者影像传输至pinnacle 9.2放疗计划系统，进行靶区与重要正常组织的定义、勾画和放疗计划设计。

表1　30例患者T、N、M分期/例

1.2.2靶区勾画及放疗计划设计靶区勾画遵照2010鼻咽癌调强放疗靶区及剂量设计指引专家共识[1]，GTVnx为CT和MRI所示的鼻咽部原发灶，GTVrpn为咽后转移淋巴结，GTVnd为颈部转移淋巴结。CTV1包括(GTVnx+GTVrpn)+5～10 mm，同时还应包括鼻咽腔黏膜及黏膜下5 mm。CTV2涵盖CTV1，同时根据肿瘤侵犯的具体位置和范围适当考虑包括下列结构：鼻腔后部，上颌窦后部，翼腭窝，部分后组筛窦，咽旁间隙，颅底，部分颈椎和斜坡。各个计划靶区(PTVs)为临床靶区均匀外扩3 mm边界。危及器官的勾画包括脑干、颞叶、视交叉、视神经、脊髓、眼球、晶体、耳蜗、腮腺、下颌骨等。处方剂量为PGTVnx和PTVnd，剂量为68～70 Gy,PTV1剂量为60 Gy，PTV2剂量为54～56 Gy。总共31～33次，每天1次，每周5次。所有患者都在pinnacle 9.2计划系统中采用7～9野静态调强制定放疗计划,并在瓦里安IX直线加速器(60对MLC，剂量率为600 cGy/min)下放射治疗。

1.2.3CBCT获取与配准每例患者首次放疗时必须进行CBCT体位验证，体位验证通过后才能进行放疗，以后每个星期定期CBCT扫描以观察患者状况。CBCT扫描时使用full fan滤线器，重建矩阵512×512，重建层厚为3 mm，扫描模式为High-Quality Head，机架从22°到178°行200°弧形容积扫描，将扫描CBCT影像与计划CT进行图像配准，配准方式为自动灰度配准，配准范围包括主要靶区、周围的重要危及器官等。放疗前利用激光灯和测距尺对鼻咽癌患者常规摆位，之后行修正前CBCT扫描，将获得CBCT影像和计划CT自动灰度配准，如果配准结果平移误差≤2 mm，旋转误差≤1°则直接进行放疗；否则就修正患者体位，再次行修正后CBCT扫描，直到配准结果平移误差≤2 mm，旋转误差≤1°才进行放疗；放疗后根据情况行放疗后CBCT扫描以观测分次内的误差。

1.3误差统计分析

2　结果

2.1摆位误差分析

30例患者接受CBCT扫描了468次，其中第1次扫描(放疗前)共231次，第二次扫描(修正后)79次，第三次扫描(放疗后)158次。修正前CBCT扫描得出在左右、上下、前后三维方向上的分次间平均摆位误差分别为(0.5±1.5)mm、(-0.7±1.9)mm和(-0.8±1.0)mm，而经过修正后平均摆位误差分别为(-0.3±0.8)mm、(0.3±1.0)mm和(0.1±0.6)mm；治疗结束后测量所得出放疗后摆位误差分别为(0±1.2)mm，(-0.2±1.0)mm，(-0.2±0.9)mm。修正前CBCT在左右、上下、前后3个方向上在≤2 mm的次数分别为205(87.4%)、184(79.7%)、197(85.3%)；修正后所有的误差均未出现>2 mm的情况；而放疗后误差≤2 mm的次数分别为157(99.4%)、156(98.7%)、155(98.1%),见表2。

表2　三次CBCT配准所得的摆位误差比较

2.2分次间和分次内的MPTV

分别计算30例患者在修正前、修正后、放疗后在左右、上下、前后三个方向上的∑和σ，然后再计算CBCT修正时的∑总以及σ总和没有CBCT修正时∑总以及σ总，见表3。不难发现，修正前的摆位误差明显大于修正后的摆位误差；而放疗后摆位误差明显大于修正后的。根据PTV边界计算公式可以得出，未用CBCT修正时，考虑鼻咽癌患者的分次内的摆位误差时，MPTV在三维方向分别为3.8 mm、4.3 mm和3.3 mm；而不考虑分次内的摆位误差时MPTV在三维方向分别为3.7 mm、4.0 mm和3.1 mm。患者在CBCT扫描下放疗时，考虑分次内的摆位误差时，MPTV在三维方向分别为1.8 mm、2.4和1.9 mm；而不考虑分次内的摆位误差时MPTV在三维方向分别为1.5 mm、1.7 mm和1.5 mm。

表3　修正前、修正后和放疗后的摆位误差及放疗分次间、分次内的PTV边界/mm

3　讨论

鼻咽癌是我国南方常见的肿瘤，调强放疗是鼻咽癌治疗的成熟技术，疗效确切，提高了患者的生存质量[3-4]。在放疗过程中，摆位误差会直接影响患者调强放疗疗效。头颈肿瘤的摆位误差包括分次间误差和分次内误差。分次间摆位误差的因素主要来源于人体器官的局部运动、体位固定设备的不可靠性、摆位激光灯与光距尺的偏差以及加速器、模拟机和CT床等系统误差，这些因素极大影响摆位重复性，增大放疗过程中的摆位误差。分次内的摆位误差主要来源于投照过程中患者呼吸、心跳、吞咽等生理活动引发患者的细微改变。

当前，CBCT广泛用于测量放疗过程中分次间摆位误差和分次内摆位误差，与其他部位肿瘤不同，头颈肿瘤在放疗过程中分次内误差相对较小。因此，分次间误差是造成患者体位不确定性的主要原因。本研究中，我们使用瓦里安IX直线加速器，通过机载千伏级CBCT测量并修正鼻咽癌患者的摆位误差。分析30例患者的231次修正前摆位误差数据，分次间摆位误差≤2 mm在左右、上下、前后三个方向上出现的频率分别为：87.4%、79.7%和85.3%，摆位误差>2 mm经过CBCT修正后，在三个方向上的误差均≤2 mm。其他学者有做过类似的研究，Heming[5]分析了10例鼻咽癌患者308次CBCT扫描，分次间摆位误差≤2 mm在左右、上下、前后三个方向上出现的频率分别为：78.3%、87.3%和65.9%，经过在线校正后所有左右和上下两方向上均≤2 mm，在前后方向上≤2 mm的几率为95.5%。近些年，其他一些学者[6-7]也研究得出相类似的结果。这说明CBCT能过在线修正患者的体位，减少分次间的摆位误差，提高放疗精确性。

在本研究中，30例鼻咽癌患者共行231次修正前CBCT扫描，在线修正后再次CBCT扫描79次。其中修正前Σ和σ分别为1.0～1.3 mm和0.8～1.0 mm，修正后Σ和σ分别为0.4～0.5 mm和0.7 mm，修正后仍存在误差，这说明在线修正后仍无法完全修正体位。放疗后再次CBCT扫描用来测定鼻咽癌患者的分次内摆位误差，统计分析得出Σ和σ分别为0.3～0.4 mm和0.4～0.6 mm。由此可见鼻咽癌患者的分次内摆位误差仍然存在，分析统计鼻咽癌放疗的摆位误差时不应忽视分次内误差。Bradley等[8]也提示头颈肿瘤患者统计摆位误差时分次内摆位误差不能忽略。Velec等[9]报道过的头颈部肿瘤的分次内误差的Σ和σ分别为0.3～0.7 mm和0.7 mm～0.8 mm，此结果略大于本研究结果，这可能是由于我科室利用发泡胶来固定鼻咽癌患者的体位，一定程度上增加患者的舒适度，也可能因为我科室对鼻咽癌计划设计时均采取600 cGy/min的剂量率，限定子野，控制总MU等方法，鼻咽癌患者的治疗时间均<15 min，小于Velec所报道的15～20 min，Hoogeman等[10]报道过分次内Σ会随治疗时间延长逐渐增大。因此，分次内误差也是鼻咽癌放疗中应值得重视一个因素。

鼻咽癌靶区极其复杂，危及器官较多，调强放疗会在靶区和周边临近危及器官形成陡峭的剂量梯度，合理的MPTV可以弥补摆位误差，保证靶区剂量和合理降低危及器官的剂量，充分发挥IMRT的剂量学优势。Van Asselen等[11]分析得出，MPTV从6 mm降到3 mm时，能够使腮腺发生并发症几率降低至20%。本研究通过分析计算30例鼻咽癌患者的分次间和分次内摆位误差，利用CBCT引导放疗时，MPTV在左右、上下、前后三个方向分别为：1.8 mm、2.4 mm、1.9 mm；而没有CBCT引导时，MPTV在三个方向分别为：3.8 mm、4.3 mm、3.3 mm。我们不难发现，通过对CBCT在线修正能够明显减小外扩边界，理论上可以减少临近危及器官的高剂量体积；同时外扩边界减小必定缩小PTV的体积，降低周围危及器官和正常组织的收照剂量。

此次研究中仅仅分析了鼻咽癌患者的平移误差，而未将旋转误差纳入到本统计分析中，因为尚未发现有关于旋转误差的外扩公式。笔者深知放疗时仅仅修正平移误差是不够的，Guckenberger等[12]研究认为对于长形靶区(例如鼻咽癌患者的靶区)，小的旋转误差也会引起靶区末端明显的位置移动。所以在我科室的放疗实践中，出现>1°的旋转误差我们会修正后再行放疗。本研究在临床中另一缺陷是：CBCT扫描必然会带给患者额外的剂量，同时，在常规剂量分割模式下也会增加工作负担。因此，入组鼻咽癌患者分期大都为前中期，脑干、视路系统等重要危及器官的受照剂量均未达到TD5/5，Hioki K等[13]通过测量发现在OBI扫描后头部模型的中心剂量为0.48 cGy，而周边剂量为0.26～0.66 cGy，所以作者认为此种影像扫描所带来的额外剂量相对安全。此课题的意义在于通过小样本的统计分析为科室鼻咽癌靶区外扩提供理论依据，保证靶区剂量覆盖和降低正常器官剂量。

综上所述，鼻咽癌患者放疗的分次间和分次内均存在着摆位误差，分次内误差较分次间误差小。应用CBCT监控和校正可以明显降低分次间摆位误差，提高放疗精确性。放疗过程中如没有应用CBCT，MPTV应为3.3～4.3 mm；而利用CBCT引导放疗时，则可以将MPTV缩小为1.8～2.4 mm。CBCT在鼻咽癌放疗中具有一定的临床价值，值得进一步研究。

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(编辑：吴小红)

Influence of CBCT on Setup Errors of Nasopharyngeal Carcinoma Patients Treated with Intensity Modulated Radiation Therapy(IMRT)

WU Wei，WU Weiwei.

Ganzhou Tumor Hospital,Ganzhou,341000

ObjectiveTo assess the inter-fractional and intra-fractional setup errors during the treatment with cone beam computer tomography(CBCT)and analyze appropriate clinical target volume-planning target volume (CTV-PTV)margins(MPTV)for nasopharyngeal carcinoma(NPC) treated with intensity modulated radiation therapy(IMRT).MethodsCBCT was regularly performed on 30 NPC patients.For each patient,3 CBCT scans were obtained pre-correction,post-correction and post-treatment weekly,and the acquired CBCT images were registered to the planning CT images to determine inter-fraction and intra-fraction setup errors.ResultsFor per-correction,the setup errors≤2 mm occued in 87.4% in the right-left(RL) directions,79.7% in the superior-inferior(SI)directions,85.3% in the anterior-posterior(AP) directions.Online correction resulted in 100% of setup error ≤2 mm in the three directions.For post-treatment,the setup errors ≤2 mm occued 1,2,3times respectively.A margin of 3.8 mm,4.3 mm,and 3.3 mm was required in the RL,SL,and AP directions,respectively,when CBCT was not performed.With CBCT guidance,the margins were reduced to 1.8 mm,2.4 mm,and 1.9 mm in the RL,SL,and AP directions,respectively.ConclusionCBCT guidance can effectively improve the positioning accuracy in NPC patients with IMRT,based on the CBCT guided radiotherapy can significantly reduce MPTV.

Nasopharyngeal neoplasm(NPC);Cone beam computer tomography(CBCT);Setup error

江西省科技厅计划项目[编号：20142BBG70109 赣财教指(2014)47号]

341000 江西省赣州市肿瘤医院

10.3969/j.issn.1001-5930.2016.08.013

R739.63

A

1001-5930(2016)08-1260-04

2015-09-15

2016-02-07)