近年来,越来越多的治疗中心应用影像引导放疗(image-guided radiation therapy,IGRT)技术治疗肿瘤患者。宫颈癌和子宫内膜癌是女性最常见的恶性肿瘤,放疗在妇科肿瘤的治疗中占有重要的地位,但放疗的并发症严重影响了患者的生活质量,调强放疗(intensity modulated radiotherapy,IMRT)和容积旋转调强(volumetric modulated arc therapy,VMAT)技术在宫颈癌和子宫内膜癌治疗上的应用,使给予更加适形的靶区剂量成为可能。本研究通过对20例妇科肿瘤术后患者应用6D治疗床和千伏级锥形束CT(cone beam CT,CBCT),精确分析分次间与分次内的摆位误差,从而计算合适的靶区外放边界。

1. 研究对象:2013年12月至2014年6月利用本院的HexaPOD^TM evo RT 6D治疗床和kV级CBCT影像引导的AXESSE^TM加速器(瑞典,Elekta Synergy 系统)治疗妇科肿瘤术后盆腔放疗患者20例,其中宫颈癌术后患者10例,子宫内膜癌术后患者10,中位年龄54岁(35~63岁)。本组患者均行VMAT治疗,患者签署了知情同意书。

2. 定位方式:所有患者仰卧位,头垫C/B枕,双手抱肘于额前,采用体部低温热塑膜联合体板固定,加脚踏。应用大孔径CT机(荷兰飞利浦,Brilliance^TM Big Bore CT),行模拟定位增强扫描,扫描范围为腰1上缘到坐骨结节下5 cm,层厚5 mm,层间距5 mm。扫描图像经MOSAIQ网络传输至Oncentra (荷兰核通,External Beam v4.3)治疗计划系统进行靶区勾画和治疗计划设计。

3. 靶区勾画及治疗计划制定:靶区的勾画参照国际辐射单位与测量委员会(International Commission on Radiation Unit and Measurement,ICRU)第50号和第62号补充报告中提出的标准^{[1, 2]},以及美国肿瘤放射治疗协作组(Radiation Therapy Oncology Group,RTOG)0418号前瞻性临床试验时达成的共识^[3]。其中,临床靶体积(clinical target volume,CTV)为阴道残端及其下3 cm、阴道旁、宫旁软组织及相应淋巴引流区[(部分)双侧髂总、髂内、髂外、S3以上骶前闭孔淋巴结区]。计划靶区(planning target volume,PTV)为CTV外放0.5~0.8 cm;危及器官(organs at risk,OAR)为膀胱、直肠、结肠、小肠及股骨头。靶区勾画确认无误后,由物理师制定放疗计划,本组患者处方剂量均为95%PTV,1.8 Gy/次,共28 次,总剂量50.4 Gy。

4. X射线容积影像的获取与匹配:应用治疗室内激光线和体网的标记线常规摆位后,首先,进行校准前CBCT扫描,获得校准前X射线容积影像(X-ray volumetric images,XVI),扫描参数为每帧电压120 kV,电流40 mA,准直器M20,千伏过滤器F1,扫描角度-180°~180°。然后,此XVI与计划CT图像采用自动盆腔骨性标记和手动微调的方式配准,并经放疗医师和物理师共同确认,在Synergy 坐标系下可获得患者左右(x轴)、头脚(y轴)、前后(z轴)3个平移方向以及分别以x、y、z轴旋转形成相应的Rx、Ry、Rz 旋转方向的误差,经6D治疗床自动在线校准后,再次行CBCT扫描获得校正后XVI,重复上述过程获得校正后6D方向上误差,治疗后行第3次CBCT扫描,获得治疗后摆位误差。

5. 摆位误差和外放边界分析:摆位误差定义为CBCT扫描获得的XVI与计划CT图像在6D方向上的偏差。校正前、后CBCT扫描容积图像用于分析分次间的摆位误差。校正后和治疗后CBCT之间的差异用于分析分次内误差。采用van Herk^[4]定义的方法,用均值描述每位患者治疗过程中的系统误差,标准差表示其随机误差;群体的系统误差的标准差(记为∑)为每例患者均值的标准差,群体的随机误差的标准差(记为σ)为每例患者标准差的均方根。根据 van Herk等^[5]推导的有关计划靶区边界(margin of planning target volume,M_PTV)计算公式M_PTV=2.5∑_总+ 0.7σ_总,分别计算勾画PTV时CTV在x、y和z轴方向上的外放边界值,其中∑_总²=(∑_分次间)² + (∑_分次内)²,σ_总²=(σ_分次间)² + (σ_分次内)²,目前,尚无研究旋转误差对外放边界的计算公式。

6. 统计学处理:数据用x±s 表示。采用SPSS 13.0软件进行分析。若分析的各组数据符合正态分布,则采用配对t检验;否则采用Wilcoxon秩和检验。P<0.05为差异有统计学意义。

1. CBCT扫描结果:20例患者共行CBCT扫描594次,其中6D治疗床校正前、校正后和VMAT治疗后CBCT扫描次数均为198次。经检验,校正前、校正后、治疗后摆位误差的系统误差和随机误差均呈正态分布。

2. 6D治疗床对妇瘤术后患者6D方向上摆位误差的纠正情况:结果列于表 1。由表 1可知,分次间摆位误差经6D治疗床在线校正后,5个方向(y、z、Rx、Ry、Rz轴)的摆位误差明显缩小(t=6.21、-8.60、2.13、-8.51、-3.48,P<0.05)。由于分次内器官运动、变形,VMAT治疗后,4个方向(y、z、Ry、Rz轴)的摆位误差较校正后增大(t=3.60、4.82、6.81、-3.02,P<0.05)。

表 1(Table 1)

表 1 20例患者总体摆位误差(x±s )

表 1 20例患者总体摆位误差(x±s )

3. 6D治疗床对CTV外扩边界M_PTV的纠正情况:结果列于表 2。由表 2可见,6D治疗床在线校正后,外扩边界M_PTV在x、y、z轴方向上分别为2.20、3.43、2.00 mm,校正前后M_PTV的减少幅度为4.46~6.05 mm。

表 2(Table 2)

表 2 6D床校正前、后总体MPTV的计算(mm)

表 2 6D床校正前、后总体MPTV的计算(mm)

目前,妇科肿瘤的精确放疗面临的主要问题之一是确定IMRT计划中CTV与PTV之间的安全边界,理想的安全边界是既能最大范围地覆盖靶区,又不至于包括较多的正常组织而引起放疗的不良反应。其大小主要由瘤体和体内器官移动、治疗技术、设备精度等产生的分次间和分次内摆位误差的大小决定。

近期研究已证实,与常规治疗技术相比,固定野IMRT因其剂量学优势,可明显降低小肠,直肠、膀胱和骨髓的受照剂量,从而,可以实现在提高肿瘤控制率的同时减少危及器官和正常组织损伤,并且显著提高妇科肿瘤患者的生活质量^{[6, 7, 8]}。但是,IMRT实际治疗时间相对较长,增加了治疗过程中不确定性因素对治疗精度的影响和患者的不适感。相对于固定野IMRT,VMAT具有治疗时间短的特点,同时可进一步降低危及器官的受照剂量^{[9, 10]}。

IGRT是继三维适形放疗(3D-conformal radiation therapy,3D-CRT)和IMRT后出现的一种新的放疗技术。图像引导技术包括植入基准标记、机载的kV-CBCT、MV-CBCT以及超声成像。应用CBCT引导放疗不仅可以实时发现并纠正放疗过程中靶区和正常组织的位移误差,还可据其精确计算出靶区外放边界。因此,可相对安全地提高肿瘤控制率和减少不良反应。据ICRU 62号报告,由于器官运动或照射中CTV体积和形状变化引起的CTV外扩边界,为内边界;由于患者靶区与照射野的位置关系中所有不确定因素引起的CTV边界范围,为摆位边界。妇科肿瘤术后盆腔放疗时的误差,可能与以下因素相关:不同分次间膀胱直肠的充盈程度不同;治疗过程中患者体重发生明显变化;治疗过程中的不自主生理运动(如呼吸运动、心血管搏动);患者体表标记线的粗细不同;技术员的摆位水平不同以及固定装置不同等。

一般的IGRT系统配备4D治疗床,只能在三维平移方向(x、y、z轴)和Ry轴旋转方向纠正患者摆位误差;除此之外,6D治疗床还可校正Rx和Rz方向的摆位误差,这样患者便可从更全面的摆位校准信息中获益。6D治疗床联合IGRT可使摆位精确度进一步提高^{[11, 12, 13]},从而使靶区外放边界缩小成为可能^[14]。本研究应用6D治疗床联合kV-CBCT精确分析分次间与分次内摆位误差,结果表明,经6D治疗床在线校正后分次间摆位误差(y、z、Rx、Ry、Rz轴)明显缩小;因目前尚无研究旋转误差的外放公式,仅考虑平移误差时,6D床校正后外扩边界M_PTV在x、y、z轴方向上均显著缩小,减少幅度为4.46~6.05 mm,此结果与相关研究的结果相近^{[15, 16]}。

本研究对每例患者治疗后再次行CBCT,获得了治疗后摆位误差数据,从而可通过6D床校正前、后和治疗后摆位误差来计算摆位扩边大小,并最终确定每日CBCT带来的CTV外放PTV的减小。研究结果表明,HexaPOD^TM evo RT 6D治疗床联合CBCT可明显提高妇科肿瘤盆腔放疗患者的摆位精度,同时可为正确设定计划靶区外放边界提供可靠依据。但是,妇科肿瘤术后患者的摆位误差对靶区及正常组织的受量影响具体有多大,当外扩边界采用本研究所得6D床校正后结果时,是否会明显引起靶区受量增加或正常组织受量的减少还有待进一步研究。