申正文，李師，譚霞，田秀梅，羅煥麗，靳富，萬(wàn)躍

重慶大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院腫瘤放射治療中心，重慶400030

前 言

精準(zhǔn)放療技術(shù)是在保證靶區(qū)接受高劑量照射的同時(shí)，盡量減少周?chē)＝M織受到的照射劑量。目前腫瘤放射治療已經(jīng)廣泛采用調(diào)強(qiáng)放射治療（Intensity‐Modulated Radiotherapy,IMRT）技術(shù)，但是IMRT技術(shù)對(duì)擺位的精度要求更高。影像引導(dǎo)放射治療（Image‐Guided Radiotherapy,IGRT）技術(shù)的出現(xiàn)有利于開(kāi)展精準(zhǔn)放療，IGRT可以在治療過(guò)程中確定腫瘤位置及分次間的變化［1］。由于擺位誤差、器官運(yùn)動(dòng)、幾何形變等原因，為了保證處方劑量覆蓋足夠的腫瘤靶區(qū)，需要在臨床靶區(qū)（Clinical Target Volume,CTV）周?chē)夥抛銐虻倪吔绲玫接?jì)劃靶區(qū)（Planning Target Volume,PTV），邊界過(guò)大會(huì)增加正常組織受照劑量，邊界過(guò)小又不能保證足夠的靶區(qū)覆蓋。采用IGRT技術(shù)可以減少擺位誤差，最大限度地減少CTV到PTV的外放邊界［2‐3］。

由于各放療中心設(shè)備或軟件不同、質(zhì)控水平差異以及技師的擺位標(biāo)準(zhǔn)不一致等，各中心的擺位誤差都有所差別［4‐9］。針對(duì)本中心所開(kāi)展的放療技術(shù)、治療技師擺位水平等情況不同，特別是腫瘤部位的不同，計(jì)算出適合的靶區(qū)外放邊界，具體問(wèn)題具體分析。胸部腫瘤受呼吸運(yùn)動(dòng)影響大，腹部腫瘤受呼吸運(yùn)動(dòng)影響小，但受胃腸蠕動(dòng)、膀胱充盈程度影響大，所以胸、腹部的外放邊界最好能區(qū)分開(kāi)來(lái)。乳腺癌患者的腫瘤靶區(qū)運(yùn)動(dòng)幅度較大，上臂的運(yùn)動(dòng)會(huì)影響乳房肌肉，擺位難度較大。帶有IGRT 功能的直線加速器可以通過(guò)采集錐形束CT（Cone Beam CT,CBCT）圖像，與計(jì)劃CT 圖像配準(zhǔn)得到擺位誤差，通過(guò)調(diào)整治療床減小擺位誤差。本研究利用CBCT 采集的乳腺癌根治術(shù)后體膜固定下的擺位誤差進(jìn)行分析，確定合適的外放值。通過(guò)在治療計(jì)劃系統(tǒng)（Treatment Planning System, TPS）中模擬擺位誤差，比較劑量學(xué)差異，對(duì)此外放值的合理性進(jìn)行驗(yàn)證。

1 材料與方法

1.1 患者基本情況

隨機(jī)選取2020年4～9月于重慶大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放射治療中心接受乳腺癌根治術(shù)后放療的患者40例，其中左乳腺癌20 例，右乳腺癌20 例。體位均為仰臥位，雙手抱肘放于額前，熱塑體膜固定。使用荷蘭飛利浦公司Big Bore大孔徑CT模擬定位機(jī)對(duì)患者行CT 掃描，掃描層厚為5 mm。在美國(guó)瓦里安公司（Varian）Eclipse TPS 上，由醫(yī)師勾畫(huà)靶區(qū)和危及器官，物理師制定計(jì)劃，采用6 MV X 射線IMRT 滑窗技術(shù)，處方劑量為50 Gy/25 F。所有治療計(jì)劃均在Varian IX直線加速器上執(zhí)行。

1.2 圖像引導(dǎo)放療

采用CBCT進(jìn)行位置驗(yàn)證，患者在放療期間每周行1 次CBCT，共5 次。在放療前按患者體表標(biāo)記擺位，利用Varian IX 加速器CBCT 掃描，獲取患者影像，與計(jì)劃CT 影像進(jìn)行配準(zhǔn)。采用自動(dòng)算法配準(zhǔn)，自動(dòng)配準(zhǔn)后根據(jù)骨性標(biāo)志和靶區(qū)的形狀位置進(jìn)行手動(dòng)微調(diào)，直至結(jié)果滿意為止。記錄患者左右、頭腳、腹背3個(gè)方向的擺位誤差，移動(dòng)加速器治療床修正擺位誤差后進(jìn)行治療。

1.3 外擴(kuò)邊界計(jì)算

擺位誤差可分為系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。系統(tǒng)誤差用分次治療誤差的平均值Σ表示，隨機(jī)誤差用分次治療誤差的標(biāo)準(zhǔn)差σ表示。根據(jù)Van Herk 提出的PTV 外放邊界公式M=2.5Σ+0.7σ計(jì)算外放邊界［10］。此經(jīng)驗(yàn)公式考慮了系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，保證90%的患者95%的處方劑量包全CTV。

1.4 模擬擺位誤差

根據(jù)計(jì)算得到的外放值，外擴(kuò)本研究所選取40例患者的CTV，生成新的PTV，重新制作計(jì)劃，命名為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃Plan_O。通過(guò)下述3種方式，在TPS中模擬擺位誤差。A：根據(jù)5次擺位誤差的平均值移動(dòng)治療等中心，直接獲得新的劑量分布；B：因患者每周行1次CBCT，1周5次計(jì)劃為1組，將5次擺位誤差分別帶入到每組計(jì)劃中計(jì)算劑量分布，最后疊加獲得總劑量分布；C：將標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃的等中心分別向左、右、頭、腳、腹、背各方向移動(dòng)1、3、5 mm，獲得各方向不同大小擺位誤差下的劑量分布。將它們分別命名為模擬計(jì)劃Plan_A、Plan_B、Plan_C。因?yàn)槟M計(jì)劃只改變了患者的治療中心，沒(méi)有重新優(yōu)化，其它所有條件與標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃保持不變，所以劑量分布的變化反映了因擺位誤差產(chǎn)生的劑量分布變化。

1.5 評(píng)價(jià)劑量變化

比較Plan_O 和Plan_A、Plan_B 之間靶區(qū)和危及器官的劑量學(xué)差異。所選擇比較參數(shù)包括：CTV 和PTV 的95%和98%體積的受照射劑量D95和D98、最大劑量Dmax、最小劑量Dmin、平均劑量Dmean；患側(cè)肺的V5（受到5 Gy 及以上照射的體積百分比，其他以此類(lèi)推）、V20、V30、Dmean；患側(cè)肱骨頭的Dmean；對(duì)側(cè)乳腺的Dmax、Dmean；心 臟 的V30、V40、Dmean；脊髓的Dmax。以Plan_O 的劑量分布為基準(zhǔn)，計(jì)算Plan_C 的γ 通過(guò)率。γ 通過(guò)率被廣泛地應(yīng)用于IMRT 計(jì)劃驗(yàn)證［11‐12］，它包括了百分劑量差異（Dose Difference, DD）和一致性距離（Distance To Agreement, DTA）。美國(guó)醫(yī)學(xué)物理師協(xié)會(huì)TG‐218 報(bào)告推薦在DD=3%和DTA=2 mm 的條件下，計(jì)劃的γ通過(guò)率應(yīng)大于95%［13］。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 25.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 擺位誤差

每位患者每周行1次CBCT，40位患者共拍攝200套CBCT影像。統(tǒng)計(jì)得到左右、頭腳、腹背方向的擺位誤差為（2.09±2.48）、（2.57±2.52）和（2.88±2.54）mm，其中左乳腺癌和右乳腺癌患者在3 個(gè)方向的擺位誤差相近（表1）。

表1 左右乳腺癌患者各方向擺位誤差比較（mm,± s）Tab.1 Setup errors of patients with left-sided or rightsided breast cancer(mm,Mean±SD)

表1 左右乳腺癌患者各方向擺位誤差比較（mm,± s）Tab.1 Setup errors of patients with left-sided or rightsided breast cancer(mm,Mean±SD)

組別左右頭腳腹背左乳腺癌組（n=20）右乳腺癌組（n=20）合計(jì)（n=40）2.15±2.11 2.04±2.56 2.09±2.48 2.44±2.51 2.69±2.71 2.57±2.52 3.04±2.54 2.71±2.52 2.88±2.54

2.2 外擴(kuò)邊界

根據(jù)靶區(qū)邊界外放公式M=2.5Σ+0.7σ計(jì)算出各方向上靶區(qū)邊界的外放值，在左右、頭腳、腹背方向的M值分別為6.24、7.99、7.17 mm（表2）。因左右乳腺癌患者擺位誤差接近，所以采用同樣的外放值。

表2 由擺位誤差計(jì)算不同方向的外放值（mm）Tab.2 Margins in different directions computed by setup errors(mm)

2.3 .劑量影響

在TPS 中采用A 和B 兩種方式模擬擺位誤差，Plan_O 和Plan_A、Plan_B 之間靶區(qū)和危及器官的劑量學(xué)差異分別見(jiàn)表3。采用C 方式模擬擺位誤差，Plan_C的γ通過(guò)率（3%/2 mm）見(jiàn)表4。

表3 擺位誤差對(duì)靶區(qū)劑量的影響（± s）Tab.3 Dosimetric effects of setup errors on target areas(Mean±SD)

表3 擺位誤差對(duì)靶區(qū)劑量的影響（± s）Tab.3 Dosimetric effects of setup errors on target areas(Mean±SD)

結(jié)構(gòu)劑量學(xué)指標(biāo)Plan_O P值Plan_A Plan_B CTV PTV脊髓患側(cè)肱骨頭健側(cè)乳腺心臟（左乳癌）患側(cè)肺D95/cGy D98/cGy Dmax/cGy Dmin/cGy Dmean/cGy D95/cGy D98/cGy Dmax/cGy Dmin/cGy Dmean/cGy Dmax/cGy Dmean/cGy Dmax/cGy Dmean/cGy V30/%V40/%Dmean/cGy V5/%V20/%V30/%Dmean/cGy 5 141±203 5 124±223 5 241±359 4 955±270 5 194±230 5 057±71 5 008±160 5 451±230 4 725±105 5 175±197 1 320±504 2 337±341 948±230 159±105 740±114 341±102 570±215 4 927±728 2 280±547 1 547±308 1 329±230 5 145±253 5 115±235 5 276±582 4 914±342 5 246±302 4 871±337 4 510±581 5 679±509 4 229±889 5 013±702 1 938±1 137 2 498±715 1 512±1 202 318±251 728±205 362±122 503±129 4 735±740 2 467±520 1 495±480 1 451±192 5 114±216 5 107±200 5 238±409 4 864±310 5 185±253 4 775±301 4 554±458 5 592±434 4 385±620 5 136±485 1 863±1 447 2 518±609 1 432±850 272±185 754±145 337±147 582±163 4 774±721 2 330±507 1 430±273 1 381±170 O vs A 0.614 0.207 0.251 0.358 0.492 0.039 0.022 0.006 0.014 0.317 0.042 0.134 0.008 0.017 0.307 0.316 0.517 0.267 0.461 0.294 0.608 O vs B 0.672 0.150 0.331 0.336 0.416 0.041 0.027 0.018 0.017 0.469 0.025 0.124 0.004 0.029 0.350 0.306 0.497 0.225 0.334 0.260 0.452 A vs B 0.609 0.294 0.306 0.348 0.315 0.282 0.421 0.211 0.195 0.528 0.096 0.186 0.301 0.275 0.347 0.394 0.687 0.136 0.231 0.303 0.310

表4 不同擺位誤差下模擬計(jì)劃的γ通過(guò)率（%,± s）Tab.4 Gamma passing rates of simulation plans with different setup errors(%,Mean±SD)

表4 不同擺位誤差下模擬計(jì)劃的γ通過(guò)率（%,± s）Tab.4 Gamma passing rates of simulation plans with different setup errors(%,Mean±SD)

擺位誤差左右頭腳腹背1 mm 3 mm 5 mm 97.1±1.5 91.5±5.7 85.5±6.2 97.4±1.2 92.7±4.9 82.9±7.3 98.1±0.7 95.8±2.1 91.2±3.4 98.2±0.4 95.1±2.3 92.5±3.5 97.5±1.1 90.9±5.5 84.1±7.2 97.1±1.3 92.8±5.2 83.5±6.7

3 討論

利用CBCT采集患者治療前的影像，與體位固定影像配準(zhǔn)，通過(guò)移動(dòng)治療床，可以校準(zhǔn)擺位誤差。擺位誤差與體位固定方式有關(guān)。本中心乳腺癌根治術(shù)后放療體位固定采用的是熱塑體膜固定。統(tǒng)計(jì)分析擺位誤差發(fā)現(xiàn)熱塑體膜固定方式與文獻(xiàn)［14‐15］報(bào)道的采用乳腺托架和真空墊固定方式無(wú)明顯差別。目前乳腺癌根治術(shù)后放療采用的體位固定方式主要有熱塑體膜、乳腺托架和真空墊3 種，每種固定方式都存在一定程度的缺點(diǎn)：熱塑膜會(huì)增加皮膚反應(yīng)而且牽拉會(huì)導(dǎo)致乳腺變形，乳腺托架會(huì)增加頸部旋轉(zhuǎn)和下頜抬高角度的不確定性，真空墊可能因破損漏氣產(chǎn)生變形。

放療患者治療中的擺位誤差是影響放療計(jì)劃精確實(shí)施的關(guān)鍵因素。擺位誤差決定了PTV 的外放大小，如果從CTV到PTV外擴(kuò)范圍過(guò)大，周?chē)＝M織受到過(guò)量照射，會(huì)增加正常組織并發(fā)癥概率，外擴(kuò)范圍過(guò)小，腫瘤受到的照射劑量會(huì)不足，使腫瘤局部控制率下降。靶區(qū)外放邊界的計(jì)算方法有很多，各計(jì)算方法的原理和應(yīng)用場(chǎng)景也相同，其中Van Herk 提出的靶區(qū)邊界外放計(jì)算公式得到了最廣泛的認(rèn)可。Van Herk 研究表明擺位誤差包括系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差：系統(tǒng)誤差在放療過(guò)程中是不變的，主要包括模擬定位系統(tǒng)的掃描誤差和機(jī)械誤差、加速器的機(jī)械誤差以及激光燈的誤差等；隨機(jī)誤差是指患者分次間治療體位重復(fù)的差異性，主要包括技師的擺位操作、患者器官運(yùn)動(dòng)等產(chǎn)生的差異，隨機(jī)誤差雖不能完全消除，但可以盡量減?。?6‐17］。

目前研究擺位誤差對(duì)劑量分布的影響主要有以下幾種方式：利用IGRT 采集到的各分次擺位誤差，取其平均值帶入TPS 重新計(jì)算，觀察劑量學(xué)差異［18］；將各分次擺位誤差分別帶入TPS，重新計(jì)算后進(jìn)行疊加比較劑量學(xué)差異［19］；在TPS 中模擬不同大小的擺位誤差來(lái)分析擺位誤差對(duì)靶區(qū)及危及器官的劑量學(xué)影響［20］；將IGRT 采集到的影像回傳TPS，與定位CT進(jìn)行形變配準(zhǔn)得到實(shí)際照射劑量，比較劑量學(xué)差異［21］。本研究模擬方式A 根據(jù)5 次CBCT 擺位誤差的平均值移動(dòng)治療等中心作為模擬計(jì)劃，與文獻(xiàn)［18］類(lèi)似。但是由于劑量累積與等中心的偏差并非線性關(guān)系，所以筆者還采用了模擬方式B，與文獻(xiàn)［19］類(lèi)似，生成每次擺位誤差的模擬劑量分布，然后疊加各分次劑量。本文對(duì)這兩種模擬方式得出的劑量分布進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)PTV 的D95、D98、Dmax、Dmin有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，其他劑量學(xué)參數(shù)沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。另外與文獻(xiàn)［20］類(lèi)似，模擬了不同方向和大小的擺位誤差，但與其不同的是采用計(jì)算模擬計(jì)劃Plan_C 的γ通過(guò)率比較劑量分布差異，筆者發(fā)現(xiàn)左右和腹背方向的擺位誤差對(duì)劑量分布的影響大于頭腳方向；擺位誤差超過(guò)3 mm以后對(duì)劑量分布會(huì)產(chǎn)生明顯影響。

觀察擺位誤差對(duì)劑量分布的影響最準(zhǔn)確的方法是患者在每次治療前都利用CBCT進(jìn)行位置驗(yàn)證，將每次的擺位誤差帶入TPS重新計(jì)算出每次的劑量，把各分次的劑量疊加得到實(shí)際的劑量分布，而且有研究已經(jīng)表明患者每次治療前行CBCT 驗(yàn)證校準(zhǔn)擺位誤差，得到的實(shí)際劑量分布優(yōu)于每周行1 次CBCT［22］。但是考慮到患者承受的額外輻射劑量和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，以及加速器機(jī)房的治療效率，本中心的CBCT 引導(dǎo)頻率為每周1 次，略顯不足。臨床上通常選擇每周行1～2 次CBCT 或者前3～5 次治療都行CBCT，校準(zhǔn)擺位誤差后再每周行1次CBCT。

放射治療中3%～5%的劑量改變就會(huì)導(dǎo)致腫瘤局控率下降以及正常組織并發(fā)癥概率增加。精確放療的根本目的就是在保證靶區(qū)接受足量照射的同時(shí)，最大限度降低危及器官的受量。臨床上通常將CTV外擴(kuò)一定距離形成PTV，從而保證CTV 接受足量照射。根據(jù)回顧性分析擺位誤差計(jì)算出的靶區(qū)外放邊界來(lái)指導(dǎo)外擴(kuò)CTV，在實(shí)際治療時(shí)的擺位誤差是否會(huì)影響CTV 接受足量照射是本研究的主要目的之一。本研究采用了3種不同的模擬擺位誤差方式，觀察它們對(duì)劑量分布的影響。結(jié)果顯示標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃Plan_O 和模擬計(jì)劃Plan_A、Plan_B 之間CTV 的各項(xiàng)劑量學(xué)指標(biāo)無(wú)顯著差別，但PTV 的各項(xiàng)劑量學(xué)指標(biāo)，除Dmean外都有顯著變化，說(shuō)明擺位誤差對(duì)于PTV 劑量的影響顯著。在危及器官方面，模擬的擺位誤差對(duì)于肺、心臟、肱骨頭的劑量學(xué)影響都無(wú)顯著差別，但脊髓、健側(cè)乳腺受量受擺位誤差影響顯著。

綜上，根據(jù)治療前由CBCT 采集到的擺位誤差，計(jì)算出CTV 外擴(kuò)至PTV 的外放邊界為8 mm，在此外放邊界下模擬擺位誤差，CTV 的各項(xiàng)劑量學(xué)指標(biāo)無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異,可以用于指導(dǎo)本中心乳腺癌根治術(shù)后的靶區(qū)外擴(kuò)。但擺位誤差對(duì)PTV、脊髓和對(duì)側(cè)乳腺的劑量有較大影響，左右和腹背方向的擺位誤差對(duì)劑量分布的影響大于頭腳方向，當(dāng)擺位誤差超過(guò)3 mm就會(huì)對(duì)劑量分布產(chǎn)生明顯影響，必須對(duì)擺位誤差進(jìn)行修正。