宫颈癌调强放疗中提高摆位误差精度的研究进展*

张倩，杜雷亚，张霞，马晓洁

644000 四川 宜宾，宜宾市第二人民医院 肿瘤中心(张倩，杜雷亚，张霞);637000 四川 南充，川北医学院附属医院 肿瘤科(马晓洁)

GLOBOCAN 2020年最新数据显示，全球女性宫颈癌新发病例数为60.4万，死亡病例数为34.2万，其中85%来自发展中国家[1]。NCCN最新版本推荐，FIGO分期为IA～IIA期的患者以手术治疗为主，根据具体情况予以术前、术后放化疗，中晚期(IIB～IV期)的治疗以同步放化疗为标准治疗方案，其中放疗的模式为体外照射+腔内近距离照射；80%宫颈癌患者均需行放射治疗[2]。

随着放疗技术及设备的飞速更新发展，调强放疗(intensity modulated radiotherapy,IMRT)在宫颈癌的治疗中得到广泛应用，能较好地实现精确放疗[3-4]。但在实际的IMRT中，会由于很多内在或外在因素出现一定的摆位误差，即使较小的误差也可能造成靶区内较大的剂量变化，如果照射剂量的变化超过5%，肿瘤局控率会显著降低，并增加复发风险[5]。近年来，大量学者研究关于提高摆位精度以改善宫颈癌IMRT治疗，并取得了显著进展，摆位误差得到较好控制，本文就此进行综述。

1 系统误差及随机误差的产生

宫颈癌IMRT 实施过程中，会不可避免地存在不同程度的系统误差，系统误差主要来源于X线模拟定位机、CT模拟定位机、直线加速器等设备机械精度的变化，这些因素会对影像扫描的图像配准结果产生间接影响，并且具有可重复性和规律性。系统误差是难以彻底消除的，但部分可通过对机器的质检和质控予以校准。而随机误差的产生可来源于呼吸动度、肠道蠕动、膀胱直肠的充盈程度、肿瘤变大与缩小、肌肉收缩、技师摆位、体位固定技术、热塑体膜变形、体表标志线模糊、配准方式、放射治疗时间、放射治疗技术等各种不确定性因素，这些因素造成的摆位误差会直接影响靶区的精度，影响计划靶区需要外放的边界。

2 最新技术和方法在宫颈癌摆位误差方面的改进研究

2.1 调强放疗技术

IMRT能够根据靶区在三维方向的形状调节射线强度，控制多叶光栅(multi-leave collimators，MLC)的位置及停留时间，有效改善靶区剂量分布，全面提升剂量覆盖率，提高靶区适形度，并保护危及器官(organ at risk，OAR)免受照射损伤。容积旋转调强放疗(volumetric modulated arc therapy，VMAT)是一种新型放疗技术，在治疗出束过程中通过直线加速器机架旋转、MLC动态运动、剂量率变化优化射线剂量分布，达到靶区精准照射[6]，能显著缩短放疗时间，靶区剂量的均匀性也不亚于IMRT。

2.2 图像引导的放射治疗技术(image guided radiotheraphy，IGRT)

IGRT将医学影像设备和直线加速器结合在一起，在分次治疗时利用成像技术来引导放疗。治疗前进行图像扫描获取照射野及周围危及器官的位置、大小、形态，与定位靶区图像进行配准，计算出肿瘤在三维方向上线性及旋转误差(即摆位误差)，若超出可接受范围需及时予以校正，提高放疗处方剂量的同时也保护了周围器官组织，实现实时跟踪，精确放疗。IGRT技术在临床上的良好应用效果得到了国内外相关学者的证实。Laursen等[7]研究发现，对宫颈癌患者行IGRT时，计划靶体积(planning target volume,PTV)的外放边界会因摆位误差的纠正显著缩小，90%的临床靶体积(clinical target volume,CTV)最低剂量也能达95%以上处方剂量，从而有效降低放疗副反应。Heijkoop等[8]研究发现，摆位误差经每日IGRT纠正后，分次治疗间三维方向上的摆位误差均<1.1 mm，明显提高放疗的准确性，IGRT与IMRT两组的有效率均达到100%，IGRT组的完全缓解率(94%)高于IMRT组(88%)。两组原发肿瘤均有良好的控制，但IGRT缩小摆位误差可减少CTV、PTV的照射，减轻胃肠道及泌尿系统的副反应[9]。

2.2.1 锥形束CT(cone-beam computed tomograghy，CBCT)引导放疗技术 目前IGRT 多采用CBCT进行引导，可准确显示肿瘤及周围正常组织器官的解剖结构，较易清楚地获取摆位误差。CBCT的使用能有效缩小每次治疗间的摆位误差，保证了放疗计划实施的准确性[10-11]。涂剑楠等[12]研究显示宫颈癌术后患者在相同处方剂量下，CBCT引导VMAT组不仅在治疗时间、靶区适形度方面明显优于CBCT引导的固定野IMRT，在降低急慢性胃肠道、泌尿系统及血液系统等放疗副反应方面也有明显优势。但CBCT引导治疗时间较长，多次采用CT还会增加患者所受辐射剂量，存在导致继发性肿瘤的风险。

2.2.2 磁共振引导放疗(image guided radiotheraphy，MRgRT) MRgRT在临床应用中也得到了很好的治疗效果。相较于CBCT，MRI能显示更清晰的解剖结构，更精准的图像配准，同时也大大减少辐射暴露，降低继发性肿瘤的风险。Corradini等[13]的研究也证实，MRgRT能清晰提供实时图像并跟踪解剖结构移动，准确区分软组织肿瘤及其危及器官。另外，MRI可对同一解剖结构产生不同对比度的图像，结合MRI的功能性影像和弥散加权成像等可以帮助定义肿瘤靶区参数，能更为精准地勾画靶区和危及器官，同时也能得到更好的监测疗效，及时反馈治疗效果后可进一步强化治疗方案[14]。Kerkmeijer等[15]利用MRI引导腹部肿瘤放疗，减少了靶区勾画的差异，提高了放疗精度，实现精准放疗。利用MRI代替CT进行图像引导放疗更具优势，可根据患者具体情况提供高度个体化放疗。核磁引导的自适应放射治疗是目前的研究热点。商用的核磁加速器有两种，一种是美国Viewray公司的MRIdian，另外一种是瑞典Elekta的Unity，对于宫颈癌复发患者均效果显著。但其价格昂贵，临床难以普遍开展。

2.2.3 光表面引导放疗技术(surface-guided radiation therapy，SGRT) 由于CBCT进行图像引导会产生额外的电离辐射给患者，可能诱发辐射风险，且耗时较长，研究光学表面成像用于患者摆位的可行性成为近年研究热点。SGRT是利用光学表面成像系统(optical surface imaging system，OSI)引导放疗。SGRT 可通过OSI降低分次内摆位的不确定性、监测患者的运动、使用呼吸门控或屏息技术来最小化内部肿瘤的运动并降低靶区边缘和正常组织的受量[16]。Pallotta等[17]将OSI扫描后的配准结果和CBCT扫描后的配准结果比较，发现两系统检测的误差有3 mm。进一步将参考图像改为CBCT摆位校正后OSI扫描的图像，结果发现两系统的误差明显减小。临床研究证明[18]，OSI摆位在头颈部的精度高于胸腹部，胸腹部位摆位误差范围在2～5 mm之间，摆位误差较大的原因可能是呼吸影响较大，也可能是胸腹部表面较平坦，而OSI系统采用的是刚性配准算法，不利于扫描配准胸腹部较平坦患者的表面偏差。建议可以与CBCT结合使用以降低患者接受的额外辐射剂量，提髙摆位速度。光学表面成像系统无辐射，成像快且不干扰加速器治疗，可提高患者的治疗效率，对于临床摆位有很大的指导意义。

2.2.4 螺旋断层放疗系统(helical tomotherapy，HT/TOMO) TOMO是目前国内外放疗的最先进设备之一，可以进行逆向IMRT、IGRT、自适应放疗，在医用直线加速器的基础上将螺旋断层扫描(兆伏级)技术相结合。首先，TOMO技术是在治疗床前进的同时进行360°螺旋放疗，在剂量学分布上有着较大的优势。其次，由于结构上设计为同源双束，成像源即是照射源，治疗空间和成像空间坐标系完全重合，可显著减小摆位误差[19]。另外，TOMO自带的兆伏级CT剂量较低，患者可以在每次治疗前进行CT扫描配准，在保证靶区剂量的准确性的同时不增加二次致癌风险。Kimy等[20]和刘娟等[21]的临床研究显示，TOMO技术相较于其他放疗技术，不仅疗效显著,且放疗相关副反应较少。Hou等[22]研究通过TOMO技术放疗可以发现：患者因为在放疗过程中BMI减轻5%，造成的摆位在上下方向出现超过3 mm的误差。综上，TOMO技术放疗可动态根据误差做出适时的调整，提高了靶区的精确性，避免副反应的发生。

2.3 放疗时间的长短、直肠膀胱充盈度、体重影响

2.3.1 放疗时间的长短 患者在治疗过程中难免会发生体位自主或不自主的移动，所以放疗时间的长短是影响摆位误差的因素之一，而影响时间最主要的因素就是加速器治疗出束时间。IMRT缩短时间的唯一途径是调整剂量率，但难以满足靶区剂量照射。VMAT完成治疗时间为2～3 min，相较于IMRT减少了78.76%，因器官运动、体位一定等不确定性因素对摆位误差的影响便会大大降低[23]，并增加肿瘤的相对生物效应，减少患者二次致癌风险[24]。VMAT不仅在治疗时间、靶区适形度和均匀度方面优于IMRT，还能减小OAR高剂量区的体积，对胃肠道、膀胱的保护上具有重要意义[25]。Lin等[26]研究表明，VMAT和IMRT两组3年的总生存率分别为80.5%和76.2%，3年的局部无复发生存率分别为88.7%和83.1%。

2.3.2 膀胱、直肠充盈度 尽管很多先进的放疗技术已在宫颈癌放疗中得到广泛应用，但Cree等[27]发现，泌尿生殖、胃肠道副反应仍然常见。这可能与内部器官移动，膀胱、肠道准备不一致有关。首先，膀胱的充盈程度是影响摆位误差的重要因素之一，吴丽华等[28]研究认为，膀胱体积维持恒定有助于宫颈癌精准放疗，可以显著改善Y轴(头足)方向上的摆位误差，缩小CTV-PTV边界。张蔚等[29]认为，使用膀胱容积测量仪能较好地控制膀胱充盈度，在一定程度上减小影响摆位误差较大的因素，保证了靶区位置的准确性，同时减少了OAR的受照剂量。在临床实践中，相对于膀胱充盈，直肠充盈及单纯呼吸运动对宫颈位移不会产生有意义的影响。因此，我们建议定位及分次治疗间采用膀胱容积测量仪，消除不同膀胱充盈度的影响，有效保证治疗的准确性。此外，采用治疗前数小时不饮水，然后给患者安置尿管，注射固定量生理盐水的方法，效果较好，国内外已有相关文献报道[30]。

2.3.3 体重 较厚的腹部皮下脂肪会增加宫颈癌患者外照射过程中的摆位误差，是严重影响摆位的一个重要因素[31]。贯士阔等[10]认为，不同体质量的患者会产生不同程度的摆位误差，BMI越大摆位误差越大，CTV至PTV的外扩边界随之变化。Delishaj等[32]研究发现，宫颈癌CTV-PTV的外扩范围受摆位精度和重复性影响，靶区设计应个体化，可采取不均匀外扩边界。马平平等[33]研究发现，PTV3个方向外扩大小为Y>X>Z，更要注意皮下脂肪厚度是Y方向。建议在放疗摆位时，为了保证摆位重复性的精度，对平均厚度>20 mm或腹围>800 mm的患者摆位尤其仔细，必要时可用腹压带固定[34]。当BMI或腹围、皮下脂肪降低过大时，会增加摆位误差，导致靶区剂量不足、OAR剂量过高，严重影响治疗效果,需每日进行配准，提高宫颈癌放疗的精度。对于宫颈癌患者靶区方案应采取个体化，应先明确各放疗中心的不同BMI或腹围、腹壁厚度患者的平均摆位误差的PTV的外扩边界值，实现精确放疗。

2.4 放疗体位固定技术

人体不是固定的刚性结构，不同部位之间存在相对运动，即使应用热塑体膜固定位置，也不能确保每次的位置与原计划位置完全相同。经过长期发展和改良，固定技术已达到较小误差水平。真空垫+热塑体膜联合体板固定可以改善腹部肿瘤患者放疗时摆位的舒适度，利于体位的固定，提高放疗时摆位的重复性和精度[35]。对于宫颈癌患者前后和头脚方向上的固定[36]，相比于单纯使用热塑固定，热塑膜联合发泡胶固定更优，患者体位的重复更好。宫颈癌使用全身泡沫体位固定器+热塑体膜固定后，患者在治疗前后位移变化较小[37]。

曹飞等[38]研究发现，在宫颈癌IMRT中俯卧位固定较仰卧位固定可明显减少摆位误差，更好地保证了靶区剂量分布充分，保护危及器官。当患者俯卧于体板上时，热塑体膜靠近髂骨、尾骨等刚性结构易于固定，腹部组织受重力作用使体板与腹壁紧密接触，也减小身体表面和固定装置的间隙，有利于提高摆位的重复性。Gonzalez等[39]和Sawayanagi等[40]研究结果相似，俯卧位时由于重力作用,小肠充分下垂，使放疗时小肠、直肠和膀胱受照体积相对减少，降低其放疗副反应。故建议采用多种固定装置联合应用、俯卧位时更能提高摆位的准确性，减少危及器官的受量。

2.5 配准方式

目前在临床上图像配准常规采用自动配准，个别特殊情况选择手动配准。自动配准有自动骨性配准，是以骨组织密度计算的一种运算方式，运算速度最快，1～2秒内就可以完成，但精度不是最好，适用于配准图像中较多骨组织或靶区周围有骨性标志；自动灰度配准是对配准框内的所有像素根据密度值的差异进行自动软件分析，该方法精度高，稳健性强，但是配准速度较慢，需要1～3分钟完成。有多篇文献发现在宫颈癌IGRT中配准方式优选灰度配准，灰度配准能缩小摆位误差，提高放疗精度[34，41]。

3 总 结

摆位误差是影响放疗计划精确实施的主要因素之一，最新的调强放疗、图像引导放疗技术、TOMO技术、体位固定方式、配准方式、最佳的控制膀胱、体重等影响摆位误差方法等多种新技术和方法的研究应用，使得摆位误差得到了很好的控制。但临床未进行广泛应用，宫颈癌患者放疗仍存在不同程度的局部复发率及放疗副反应，希望临床工作者引起重视，同时仍需进一步深入研究减少摆位误差的技术和方法，实现精准放疗是我们需继续努力的方向。

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