基于剂量重建分析摆位误差对海马保护性全脑预防照射的剂量学影响

柏正璐，陈雪梅，李军（通信作者）

江苏省苏北人民医院 （江苏扬州 225000）

全脑放射治疗是针对各种颅外肿瘤患者脑转移最有效的治疗手段之一，但其在控制肿瘤的同时，会对海马体造成损伤。海马体是人体的记忆存储机构，其损伤可致患者的记忆力下降，严重可导致痴呆[1-3]。相关文献统计结果表明，与全脑放射治疗对照组相比，海马保护性全脑预防照射可显著改善患者在放射治疗结束后认知功能方面的障碍，并提高患者的生活质量[4-5]。

由于海马解剖位置的复杂性和特殊性以及临床对其耐受剂量的限制，使计划中海马周围区域的剂量梯度变化很大，这对患者摆位提出了更高精度的要求。相关研究表明，头颈部肿瘤患者较其他部位患者的摆位误差稍小，一般不超过3 mm[6]。本研究根据实际情况，将摆位误差引入海马保护性全脑预防性照射放射治疗计划中，重新计算分布剂量，分析肿瘤靶区及周围危及器官的剂量受摆位误差的影响，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 病例选择

选取我院2021 年12 月至2022 年8 月收治的10 例自愿接受海马保护的脑转移患者，其中肺癌脑转移6 例，直肠癌脑转移1 例，乳腺癌脑转移3 例。

1.2 定位及靶区勾画

对接受放射治疗的患者制作体位固定热塑膜，选择头部热塑膜和合适型号的头枕将其固定，体位为仰卧位，使用GE 大孔径CT 进行增强定位CT 扫描，层厚2.5 mm；扫描后图像经网络传至联影UIH治疗计划系统并与同层厚的MRI 图像融合。

临床靶区（clinical target volume，CTV）勾画为患者的全脑组织，计划靶区（planning target volume，PTV）为CTV 外扩3 mm 并减去海马保护区；危及器官勾画包括晶体、眼球及海马组织，其中海马组织在融合影像MRI T1加权序列进行勾画，将外扩5 mm 区域定义为海马保护区。

1.3 计划设计

使用联影UIH 治疗计划系统进行计划设计，选用6 MV X 线，常规机架0°～360°共面双全弧容积调强放射治疗（volumetric modulated arc therapy，VMAT），治疗床角度为0°，准直器角度为10°和350°。计划靶区PTV 处方总剂量为30 Gy（3 Gy×10 次）；危及器官剂量限值要求如下：海马Dmax≤24 Gy、眼球Dmax≤30 Gy、晶体Dmax≤8 Gy。优化后的计划符合临床执行要求。

1.4 系统摆位误差的模拟

复制原计划，通过移动X、Y、Z 坐标来改变射野等中心位置，分别模拟患者在左、右、背、腹、头、脚6 个方向上的摆位误差，即左右方向对应为X 正负方向，背腹方向对应为Y 正负方向，头脚方向对应为Z 正负方向；分别将X、Y、Z 移动±l、±3、±5 mm，每次只对单一方向上的误差进行模拟，保留原计划的通量计算结果，重新计算得到引入摆位误差后靶区和危及器官的剂量分布。

1.5 评估方法

分析中心移动前、后不同摆位误差下所得VMAT 计划和原计划的剂量变化，计划评估指标包括PTV 的D95%、均匀性指数（homogeneity index，HI）、适形度指数（conformity index，CI）、海马Dmax、晶体Dmax、剂量变化。其中剂量变化=（D系统摆位误差-D原计划）/D原计划×100%。

1.6 统计学处理

采用SPSS 25.0 统计软件进行数据处理，在三维6 个方向上分别对模拟系统摆位误差前后的靶区和危及器官剂量进行配对样本t检验，P＆lt;0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 靶区剂量分布变化

表1 列出了当6 个方向摆位误差分别为1、3、5 mm 时靶区剂量分布的改变，用剂量变化均值表示。国际辐射单位与测量委员会24 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。本研究结果显示，当摆位误差不超过5 mm 时，在三维6 个方向上PTVD95%的剂量偏差均不超过2%，头方向剂量变化最大，剂量学指标变化在临床可接受范围内，说明PTV 的外扩范围合理。当摆位误差为1 mm 时，靶区D95%剂量变化在头脚方向有统计学意义（P＆lt;0.05），其他方向没有统计学意义（P＆gt;0.05）；当摆位误差为3 mm 时，在头脚和背方向有统计学意义（P＆lt;0.05）；当摆位误差为5 mm 时，在三维6 个方向均有统计学意义（P＆lt;0.05）。HI 最大变化不超过2%，CI 100%最大变化不超过5%。

表1 靶区剂量变化均值（%）

2.2 危及器官剂量分布变化

表2 为不同摆位误差下海马最大剂量的变化均值结果，由图1～3 可更明显地看出三维6 个方向上摆位误差对海马最大剂量偏差的影响。本研究结果显示，当摆位误差为1 mm 时，背方向（Y 正方向）的影响远远大于其他方向，海马最大剂量变化超过5%；当摆位误差为3 mm 和5 mm 时，头方向（Z 正方向）影响最大，变化均值分别为17.02%和28.16%。当摆位误差为1 mm 和3 mm 时，海马最大剂量在三维6 个方向上剂量变化有统计学意义（P＆lt;0.05）。

图1 1 mm 摆位误差下海马最大剂量变化分布图

表2 海马最大剂量变化均值（%）

表3 为不同摆位误差对晶体最大剂量的影响，晶体最大剂量的变化在背方向最小，且变化没有统计学意义（P＆gt;0.05）。当摆位误差为1 mm 时，脚方向的剂量偏差最大，为7.75%，其他方向剂量偏差均小于5%；当摆位误差为3 mm 时，除背方向外，其他方向的剂量偏差均大于10%；当摆位误差为5 mm 时，脚方向的最大剂量偏差达73.34%，说明摆位误差对晶体的剂量影响十分显著，微小的摆位误差就可导致很大的剂量偏差。

表3 晶体最大剂量变化均值（%）

图2 3 mm 摆位误差下海马最大剂量变化分布图

图3 5 mm 摆位误差下海马最大剂量变化分布图

2.3 实际摆位误差统计

在实际治疗中，对每例患者进行首次摆位，且之后每周选两天进行锥形束CT（cone-beam CT，CBCT）摆位扫描，每例患者可得到5 次摆位误差数据。其中左右方向最大误差为3.2 mm，背腹方向最大误差为4.6 mm，头脚最大误差为3.4 mm。10 例患者全过程中的摆位误差结果如表4 所示。

表4 10例基于锥形束CT 进行放射治疗患者的5次不同方向偏移情况（mm，±s）

表4 10例基于锥形束CT 进行放射治疗患者的5次不同方向偏移情况（mm，±s）

患者序号 左右偏移 背腹偏移 头脚偏移1 0.22±1.03 0.90±2.38 -0.76±1.09 2-0.45±1.22 -0.90±1.87 0.52±1.32 3-1.05±1.08 0.60±1.23 -2.30±1.55 4 0.31±1.41 1.30±2.10 0.28±1.61 0.27±0.84 0.70±0.93 -1.50±0.31 6-0.55±0.79 0.51±1.41 1.31±0.64 7 0.60±1.17 0.33±1.05 0.60±0.80 5 0.73±1.42 -1.32±0.42 0.82±0.41 9-1.55±2.27 0.90±1.99 0.92±0.30 10 0.34±1.63 -1.40±0.65 -1.20±0.53 8

3 讨论

通过对10 例海马保护性全脑照射患者的摆位误差统计和相关研究表明，头颈部肿瘤患者最大摆位误差在3 mm 左右，较少部分超过3 mm[6]。本研究通过手动移动等中心坐标，在三维6 个方向分别模拟1、3、5 mm 的摆位误差，重新计算得到新计划的剂量分布，结果显示，当摆位误差不超过5 mm时，计划靶区PTVD95%剂量偏差不超过2%，说明摆位误差对靶区剂量影响较小，临床靶区CTV 外扩3 mm 生成实际计划靶区PTV 是合理的；表2、3 中危及器官的数据表明，当摆位误差超过3 mm 时，除晶体背方向外，海马和晶体最大剂量偏差均超过5%，说明摆位误差对危及器官的影响远远大于靶区，这是因为海马位于临床靶区中且耐受最大剂量值要小于临床靶区照射量，而晶体耐受最大剂量为800 cGy，临床实际照射中可能会要求更低。经VMAT 优化后的计划，为达到靶区和危及器官限值，海马和晶体区附近往往会形成很高的剂量梯度[7-9]，且随着摆位误差的增大，剂量变化越明显，这对精确摆位提出更高的要求。我们建议针对海马保护性全脑照射放射治疗患者，在考虑到摆位误差情况下，除临床靶区应外扩3 mm 外，对靶区附近限量值较低的危及器官进行相应的外扩，对外扩后危及器官的受量进行评估来降低实际危及器官照射量。

通过对X、Y、Z 三个方向摆位误差的模拟，本研究发现危及器官（海马和晶体）因摆位误差发生的剂量变化差异最大发生在Z 方向，可能因为海马位于临床靶区内，晶体在临床靶区边缘，且均处于中间层面，头脚方向的偏差带来1 个层面的剂量偏差[10-11]。本研究只模拟了单一摆位误差带来的影响，在临床实际中可能存在3 个摆位误差的叠加，因此建议将摆位误差控制在更低范围内，建议增加CBCT 进行辅助摆位，以减小摆位误差带来的剂量偏差，尤其需要注意头脚方向的摆位误差。