宫颈癌患者调强放疗中放疗设备间的系统误差探究

方涌文 刘镖水 肖亮杰 王宇留 姚文燕 林晓生 林承光 方键蓝华南国家肿瘤实验室中山大学肿瘤防治中心放疗科，广州 510060

当今时代肿瘤放疗过程中，调强放疗（intensity-modulated radiotherapy，IMRT）已成为恶性肿瘤的主要治疗方式之一。但是在患者日常治疗中由于放疗设备的系统误差、分次间放疗师的摆位随机误差、分次间患者肿瘤靶区相对皮肤位置的改变、分次内患者不自主运动引起的体位改变等等，有研究者发现放疗设备系统误差越大，对剂量分布的影响就越明显，指出平移方向误差大于3 mm或旋转方向误差在3°以上就会导致靶区应受照剂量降低，靶区周围危及器官受照剂量升高，并且危及器官的所受影响更明显［1-4］。国际放射单位和测量委员会（International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU）24号报告指出靶区应受照剂量变化值偏离最佳剂量5%就有可能使患者肿瘤放疗的治疗效果下降及肿瘤复发转移概率、正常组织并发症发生率增加。随着放疗设备的发展，图像引导放射治疗（image-guided radiotherapy，IGRT）如锥形束CT（cone beam CT，CBCT）等技术逐渐应用于肿瘤患者的日常治疗中；宫颈癌是女性常见的妇科肿瘤之一，对于中晚期宫颈癌患者手术的意义并不明显，中晚期宫颈癌主要靠放化疗等治疗手段来延长患者生存时间甚至治愈，精确的放疗步骤及设备是患者治疗效果的保证［5］；基于此，本研究主要探讨宫颈癌患者IMRT中不同治疗直线加速器系统误差与随机误差并探究降低甚至消除系统误差的方法。

材料和方法

1、一般资料

回顾性随机选择2019年10月至2021年11月在中山大学肿瘤防治中心Varian Vital_Beam加速器和Elekta Versa_HD加速器接受IMRT的宫颈癌患者320例，一共960次CBCT摆位误差数据。入选标准：年龄32～75岁；KPS评分大于80分；ⅡB～ⅣB分期的宫颈癌手术后患者；仰卧上臂上举外展自如；涨尿功能正常；患者无通气功能障碍，无慢性心肺疾病。所选均为“广泛性全子宫+双附件切除+双侧淋巴结清扫+腹腔粘连松解术”术后患者，患者ⅡB期130例、ⅢA期7例、ⅢB期14例、ⅢC期151例、ⅣA期6例、ⅣB期12例。体位固定方法为真空袋个体化仰卧固定，先将真空袋放气变软后，患者平躺于真空袋的正中部，患者双手“十字”交叉至于头顶，双腿稍张开便于真空袋固定到患者的会阴部，抽气使真空袋塑形的同时让真空袋与患者皮肤充分贴合，避免出现镂空情况，使患者得到一个舒适性高且重复性好的体位与个体化仰卧真空袋固定装置。

本研究经医院医学伦理委员会批准，批准号：GYX2020-011，所有患者均签署知情同意书。

2、方法和数据采集

放疗计划设计完成后，进入复位验证阶段；患者提前0.5～1.0 h喝500 ml饮用水进行复位验证前的膀胱充盈度准备，当患者出现主观涨尿感觉并通过膀胱测量仪进行测量后患者膀胱容量达到200 ml时，按照放疗计划的移床参数进行移床，为患者体位X线模拟定位机复位验证。X线模拟定位机在透视下为患者拍摄0°与90°两张正交的验证片，接着将两张正交的验证片与计划系统重建生成的数字重建放射影像（digitally reconstructured radiograph，DRR）进行匹配校正；复位验证完成后在患者的身上用记号笔标记患者的治疗等中心体表的投影，方便之后放疗实施前摆位工作的进行。在放疗实施时先让患者进行自身条件的准备如饮水涨尿等，当患者自身因素达标后进行放疗；患者每次放疗前进行CBCT扫描校正体位，记录并观察前3次放疗的CBCT校准后的体位误差数据。

3、统计学方法

结 果

1、Varian Vital_Beam和Elekta Versa_HD直线加速器摆位误差的差异

Varian Vital_Beam和Elekta Versa_HD直线加速器在头脚SI、左右LR、前后AP等平移方向的摆位误差分析中，头脚SI与前后AP两个方向差异均有统计学意义（均P＜0.05），左右LR方向差异无统计学意义（P＞0.05）；在冠状RTN、矢状Pitch、横断Roll等旋转方向的摆位误差分析中，差异均有统计学意义（均P＜0.05），如表1所示。

表1 320例宫颈癌放疗患者960次摆位Varian Vital_Beam和Elekta Versa_HD直线加速器的误差差异（±s）

表1 320例宫颈癌放疗患者960次摆位Varian Vital_Beam和Elekta Versa_HD直线加速器的误差差异（±s）

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2、Varian Vital_Beam和Elekta Versa_HD直线加速器的系统误差与随机误差

表2 320例宫颈癌放疗患者960次摆位Varian Vital_Beam和Elekta Versa_HD直线加速器的系统误差

表3 320例宫颈癌放疗患者960次摆位Varian Vital_Beam和Elekta Versa_HD直线加速器的随机误差

3、各方向误差频数及比例分布分析

在3个平移方向误差中头脚SI方向误差有36.77%大于3 mm，而前后AP方向最少，但13.54%大于3 mm，如表4所示；在旋转误差分析中，大部分的旋转误差在3°以内，但是矢状Pitch方向仍然有5.83%超过3°，如表5所示。

表4 320例宫颈癌放疗患者960次摆位平移方向误差频数及比例分布[次（%）]

表5 320例宫颈癌放疗患者960次摆位旋转方向误差频数及比例分布[次（%）]

讨 论

宫颈癌患者日常放疗的摆位误差是影响患者放疗精度的主要因素之一［6-7］，在当今时代评估患者摆位误差的图像引导放疗验证方式主要有：1、射野影像装置（electronic portal imaging device，EPID）目前主要使用电子影像装置来验证患者分次间治疗体位的精确度，通过周围骨盆、腰椎以及尾骶椎等骨性结构来减少摆位误差；2、CBCT：三维重建患者分次内CBCT扫描的影像，即可以用于平移方向误差的校正，也可以用于旋转方向误差的校正，摆位更加准确，从而减少正常组织受量［8］。有研究者研究不同部位肿瘤IGRT引导放疗的摆位误差，结果显示，摆位误差在x、y、z轴方向上，头颈部分别为（-0.03±0.15）、（-0.03±0.16）和（0.00±0.13）mm，胸部分别为（-0.06±0.29）、（-0.02±0.56）和（0.07±0.32）mm，腹盆部分 别 为（-0.08±0.21）、（-0.03±0.59）和（0.01±0.26）mm，表明不同部位肿瘤的放疗随机误差在头脚方向均大于其他方向［9-10］。

本研究利用控制变量的方法从真空袋个体化固定的放疗宫颈癌患者回顾性分析了Varian Vital_Beam和Elekta Versa_HD直线加速器的摆位误差，利用系统误差公式和随机误差公式进行分析，发现在头脚SI、左右LR、前后AP、横断Roll方向的分析中，Varian Vital_Beam的系统误差小于Elekta Versa_HD的系统误差；而冠状RTN、矢状Pitch旋转方向的系统误差大于Elekta Versa_HD的系统误差。Varian Vital_Beam与Elekta Versa_HD直线加速器头脚SI方向的系统误差与随机误差分别为0.29、0.23 cm和0.37、0.28 cm，均大于左右LR与前后AP两个平移方向的误差。在各方向误差频数及比例分布的分析中，头脚SI平移方向误差有36.77%大于3 mm，左右LR平移方向误差有20.63%大于3 mm，而前后AP平移方向最少，但也占有13.54%大于3 mm；在矢状Pitch旋转方向占有5.83%超过3°；放疗设备的系统误差越大对剂量分布的影响就越明显，平移方向的系统误差大于3 mm或者旋转方向的系统误差大于3°就有可能导致靶区应受照剂量降低，靶区周围的危及器官所受剂量就会升高，且对危及器官的影响更加显著。而ICRU 24号报告也指出靶区应受照剂量变化值偏离最佳剂量5%就有可能使患者肿瘤放疗的疗效下降并且肿瘤复发转移概率、正常组织并发症发生率随着增加。有研究者采用前瞻与回顾两种方法分析了不同部位肿瘤的摆位误差，指出分次间的治疗摆位误差在3 mm以下与治疗部位无关；而在患者的放疗中，从X线模拟定位机到治疗直线加速器传递的系统误差较大，最大达7 mm［11］；而又有研究者回顾了51例头颈部患者放射治疗前的318个验证片，分析得到摆位的随机误差、系统误差、总的误差分别是0.4 cm、0.6 cm和0.7 cm［12］。

临床放疗中影响放疗精度的误差主要有2个因素，一是放疗直线加速器和放疗体位固定装置造成的系统误差，系统误差产生的因素有设备的运动摩擦损耗、环境的微小振动、日常的维护维修、激光定位系统的漂移、灯光野和射野的偏移、光栅和臂架转动角度的不到位、床面的变形等等，对于相同体位固定装置在同一部直线加速器治疗的所有患者的放疗分次间影响都是相同的，对个别患者将产生较大的影响；二是为患者和技术员治疗摆位所造成的随机误差，出现在分次间的放疗以及摆位误差的方向随机性，对所有患者的影响较小，反映了每天治疗重复性的差异［13］。美国医学物理学家协会（American Association of Physicists in Medicine，AAPM）建议的直线加速器质量保证和质量控制指标显示：任何位移误差均应小于2 mm，X线与电子线的剂量稳定性应小于3°［14］；而中山大学肿瘤防治中心宫颈癌患者放疗实施前需在X线模拟定位机进行复位验证，AAPM建议的常规模拟定位机质量保证和质量控制指标任何位移误差均小于2 mm，旋转误差角度应均小于1°。正是由于类似的位移误差和旋转误差的存在，导致患者放疗无法达到百分百的预期疗效；因此，患者放疗的同时需要严格按照TG-142的指标确保放疗设备的准确性，并尽可能降低放疗设备的系统误差；定期更新放疗设备与技术，保证放疗设备的最优化；在X线模拟定位机的日常质量保证和质量控制中进一步提高要求，如旋转角度的误差控制在0.5°以内等等。患者的放疗环节越多，各个环节传递的系统误差就可能越大，如X线模拟定位机的系统误差可以降低，但是无法避免向直线加速器传递系统误差，因此，在放疗过程中的环节减少，有可能减低甚至消除设备间传递的系统误差；对于这方面的探讨，已经有一段研究时间，并且已有一定的研究成果，接下来的研究将往减低甚至消除系统误差的方向进展。李毅等［15］认为，系统误差可能因造成处方剂量线整体偏离靶区从而影响靶区剂量的累积，随机误差可能造成靶区边缘剂量的参差不齐而增加靶区边缘的复发。

综上所述，不同放疗设备存在的系统误差有所差异，放疗设备间的系统误差会相互传递，在放疗过程中的环节减少，有可能减低甚至消除设备间传递的系统误差。