鼻咽癌調(diào)強(qiáng)放療與適形放療計(jì)劃的擺位誤差比較

現(xiàn)代精確放療的基本目標(biāo)是盡可能地將輻射劑量集中在靶區(qū)，盡可能保護(hù)周?chē)恼＝M織和重要器官，或盡可能少地受到不必要的輻射。鼻咽癌的調(diào)強(qiáng)放療(intensitymodulatedradiationtherapy,IMRT）能在保證靶區(qū)受到高劑量照射的同時(shí)減少靶區(qū)周?chē)匾鞴俚恼丈鋭┝?，最大限度的保護(hù)正常組織，特別是腮腺功能，在可能提高腫瘤局控率的同時(shí)，減少放射治療并發(fā)癥，提高患者生活質(zhì)量。經(jīng)過(guò)優(yōu)化的IMRT計(jì)劃為保護(hù)靶區(qū)周?chē)慕M織，有比較明顯的劑量梯度變化（highdosegradients），因此在制定計(jì)劃時(shí)，必需考慮可能存在的不確定性。研究表明，在IMRT計(jì)劃執(zhí)行過(guò)程中，與其他因素如機(jī)架角和機(jī)頭角等相比，患者的擺位誤差對(duì)劑量分布影響更明顯。根據(jù)ICRU60號(hào)報(bào)告，為補(bǔ)償器官和患者移動(dòng)及患者擺位不精確的影響，目前最普通的做法是外照射治療時(shí)在臨床靶區(qū)（clinicaltargetvolume,CTV）外加一個(gè)邊界，即計(jì)劃靶區(qū)（plantargetvolume,PTV），同時(shí)在危險(xiǎn)器官外加一個(gè)邊界，即（planningriskvolume,PRV）。通常認(rèn)為調(diào)強(qiáng)放療與適形放療相比受擺位不確定性的影響更大，需要采取更多的措施去校正擺位誤差。在下面的研究中，通過(guò)模擬不同大小的系統(tǒng)誤差，研究系統(tǒng)誤差在鼻咽癌放療中對(duì)劑量分布的影響，比較調(diào)強(qiáng)計(jì)劃及適形計(jì)劃靶區(qū)和危險(xiǎn)器官的劑量分布受擺位誤差影響的敏感度。1對(duì)象和方法1.1性別文化的年齡8例初治鼻咽癌患者，年齡21～60歲，中位年齡42歲，男性5例，女性3例。所有患者淋巴結(jié)分期均為N1，其中T12例，T23例，T33例。1.2ptvn臨床概念患者仰臥位，用頭頸肩面罩固定，面膜上做好標(biāo)記，行CT掃描，顱底和鼻咽區(qū)域采用層厚3mm，其余為層間距5mm,掃描后CT影像通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?D-TPS工作站。按RTOG0225規(guī)則逐層在CT圖像上勾畫(huà)出原發(fā)灶大體腫瘤體積（GTV）和頸淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移灶大體腫瘤體積（GTVN）為臨床或影像學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)的病變范圍。原發(fā)灶臨床靶區(qū)（CTV）包括鼻咽腔、鼻腔上頜竇后部、翼腭窩、部分后組篩竇、咽旁間隙、顱底、部分頸椎或斜坡。淋巴引流區(qū)（CTVN）包括Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ組淋巴引流區(qū)。計(jì)劃靶區(qū)（PTV）在各靶區(qū)的基礎(chǔ)上外擴(kuò)5mm，獲得PTV-G,PTV-C,LN-PTV-G,LN-PTV-C。危及器官為：腦干、脊髓、雙側(cè)腮腺（包括鼻咽原發(fā)腫瘤和咽后淋巴結(jié)），眼球，視神經(jīng)，晶體，顳葉。然后分別對(duì)靶區(qū)和敏感器官進(jìn)行劑量約束。處方劑量：PTV-G66Gy/30f,PTV-CTV60Gy/30f，下頸部預(yù)防照射，PTV-CTV2為54Gy/30f。正常組織限量：腦干≤56Gy，脊髓≤45Gy,50%腮腺體積≤30Gy，晶狀體≤6Gy；視神經(jīng)、視交叉≤54Gy,顳頜關(guān)節(jié)≤60Gy,顳葉和垂體≤54Gy。用計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)強(qiáng)計(jì)劃及適形計(jì)劃設(shè)計(jì)。1.3維方向上的擺位誤差在治療計(jì)劃系統(tǒng)中移動(dòng)等中心，模擬每次治療時(shí)所有射野都向同一個(gè)方向偏移的情況，在不改變射野分布和權(quán)重情況下，重新計(jì)算劑量分布?？康戎行牡囊苿?dòng)，分別模擬三維方向上的擺位誤差，將6個(gè)方向編號(hào)，即右1，左2，后3，前4，頭5，腳6。根據(jù)前面對(duì)鼻咽癌調(diào)強(qiáng)放療中誤差的分析結(jié)果，鼻咽癌患者在使用頭頸肩面罩固定時(shí)，大部分偏移在2mm以下，很少超過(guò)5mm，因此在本研究中我們模擬的系統(tǒng)誤差大小為2mm和5mm。1.4系統(tǒng)誤差影響的敏感度比較移動(dòng)等中心后靶區(qū)GTV,CTV及正常組織脊髓、腦干、腮腺劑量分布情況，從而比較適形和調(diào)強(qiáng)計(jì)劃受系統(tǒng)誤差影響的敏感度。計(jì)劃評(píng)估的指標(biāo)主要有：GTVD98(98%體積所接受的劑量),CTVD95(95%體積所接受的劑量),腦干、脊髓的最大劑量（Dmax）及腮腺的平均劑量（Dmean），將移動(dòng)等中心后的所有劑量評(píng)估指標(biāo)與正式計(jì)劃相應(yīng)的指標(biāo)相比得到的數(shù)值作為主要的分析指標(biāo)。1.5相對(duì)與機(jī)構(gòu)計(jì)劃的配比采用SPSS11.0軟件包，對(duì)評(píng)估指標(biāo)相對(duì)與正規(guī)計(jì)劃的百分比進(jìn)行頻數(shù)分析，用配對(duì)t檢驗(yàn)比較不同擺位誤差及不同劑量對(duì)靶區(qū)劑量的影響。P<0.05為差異有顯著性。2結(jié)果2.1百分劑量的計(jì)算模擬6個(gè)方向上的系統(tǒng)誤差，移動(dòng)等中心，重新計(jì)算劑量，然后計(jì)算靶區(qū)及正常組織的劑量與正式計(jì)劃相應(yīng)劑量的比值，得到百分劑量值，這樣每位患者每一個(gè)靶區(qū)和正常組織都可以得到6個(gè)相應(yīng)的百分劑量值(表1,2)。2.2調(diào)強(qiáng)放療擺位誤差時(shí)ctvd98的分布當(dāng)模擬擺位誤差移動(dòng)等中心后，調(diào)強(qiáng)計(jì)劃的GTVD98與正式計(jì)劃的GTVD98比值分布較分散，且大多分布在1以下。當(dāng)調(diào)強(qiáng)放療擺位誤差為5mm時(shí)，91.7%的GTVD98數(shù)值與正式計(jì)劃的比值≤1，≤0.99的為35.4%，平均值為0.989。而適形計(jì)劃的GTVD98與正式計(jì)劃的比值比較集中，圍繞1分布，平均值為1.002，僅35.4%的患者GTVD98數(shù)值與正式計(jì)劃的比值≤1，≤0.99的為4.2%。同樣CTVD95也有類(lèi)似的分布。當(dāng)調(diào)強(qiáng)放療擺位誤差為5mm時(shí)，CTVD95與正式計(jì)劃的比值分布情況，95.8%的CTVD95數(shù)值與正式計(jì)劃的比值≤1，≤0.99的為50%。當(dāng)適形放療擺位誤差為5mm時(shí)，CTVD95與正式計(jì)劃的比值分布情況，≤0.99的為20.8%。說(shuō)明擺位誤差存在時(shí)，調(diào)強(qiáng)計(jì)劃在大部分的情況下會(huì)發(fā)生靶區(qū)劑量不足，而適形計(jì)劃出現(xiàn)靶區(qū)劑量不足的情況較少（圖1）。頻數(shù)分布顯示調(diào)強(qiáng)計(jì)劃，當(dāng)擺位誤差為5mm時(shí)，4.2%的GTVD98劑量減少超過(guò)3%，12.5%的CTVD95劑量減少超過(guò)3%，當(dāng)擺位誤差為2mm時(shí)，GTVD98、CTVD95均未出現(xiàn)劑量減少超過(guò)3%的情況；而適形放療計(jì)劃無(wú)論擺位誤差為2mm還是5mm均未發(fā)生劑量減少超過(guò)3%的情況。這說(shuō)明調(diào)強(qiáng)放療靶區(qū)的劑量分布受擺位誤差的影響更大。無(wú)論是對(duì)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃還是適形計(jì)劃而言，誤差越大對(duì)GTV及CTV劑量的影響越明顯，P均<0.001。調(diào)強(qiáng)計(jì)劃與適形計(jì)劃相比，靶區(qū)劑量分布受擺位誤差的影響更大,P均<0.001。調(diào)強(qiáng)計(jì)劃中CTV受擺位誤差的影響更大（表3）。2.3調(diào)強(qiáng)計(jì)劃和適形計(jì)劃主要?jiǎng)┝康谋容^頻數(shù)分布顯示當(dāng)系統(tǒng)擺位誤差為5mm時(shí)，脊髓和腦干的劑量增加明顯，有25%的劑量增加超過(guò)了正式計(jì)劃的5%，10.4%的脊髓劑量增加及14.6%的腦干劑量增加超過(guò)了正式計(jì)劃的10%。當(dāng)系統(tǒng)擺位誤差為2mm時(shí)，脊髓和腦干劑量增加不明顯，僅有極少部分的劑量增加超過(guò)原計(jì)劃的5%。與適形計(jì)劃相比，調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃脊髓和腦干劑量明顯增加。當(dāng)擺位誤差存在時(shí)，調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃中兩側(cè)腮腺的劑量明顯增加，系統(tǒng)擺位誤差為5mm時(shí)，左右腮腺劑量增加超過(guò)正式計(jì)劃10%的機(jī)會(huì)分別為31.2%和25%；系統(tǒng)擺位誤差為2mm時(shí)，左右腮腺劑量增加超過(guò)了正式計(jì)劃10%的機(jī)會(huì)分別為12.5%和8.3%。擺位誤差為5mm時(shí)較2mm時(shí)腮腺劑量變化明顯；而擺位誤差對(duì)適形放療計(jì)劃腮腺的劑量影響不大。經(jīng)比較，無(wú)論是對(duì)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃還是適形計(jì)劃而言，誤差越大對(duì)正常組織劑量的影響越明顯。調(diào)強(qiáng)計(jì)劃與適形計(jì)劃相比，對(duì)正常組織劑量的影響更大（P值均<0.001）。與腦干和脊髓相比，在調(diào)強(qiáng)放療中腮腺劑量的變化更大，對(duì)擺位誤差的影響更敏感（表4、5）。3對(duì)患者劑量分布的影響臨床研究發(fā)現(xiàn)3%～5%的劑量改變可使腫瘤放療的有效率下降及正常組織并發(fā)癥的發(fā)生率增加，這就有必要計(jì)算擺位不確定性所引起的劑量偏差，這樣才能準(zhǔn)確地估計(jì)患者的治療效果。以往的研究表明，系統(tǒng)和隨機(jī)誤差對(duì)劑量的影響是不同的。隨機(jī)誤差模糊了射野邊緣的劑量分布，而系統(tǒng)誤差引起的劑量改變相對(duì)于劑量線的整體移動(dòng),并且系統(tǒng)誤差對(duì)所有的單次放療影響都是相同的，而隨機(jī)誤差出現(xiàn)在不同的單次放療及不同的方向，所以僅模糊了靶區(qū)周邊的劑量。系統(tǒng)和隨機(jī)誤差對(duì)劑量的不同在Stroom等的邊界公式中有所體現(xiàn)。隨機(jī)誤差的模糊效應(yīng)導(dǎo)致高劑量區(qū)邊緣劑量的下降，對(duì)所有患者的影響較小。而系統(tǒng)誤差導(dǎo)致劑量的整體移動(dòng)，對(duì)某些患者將產(chǎn)生較大的影響，特別是當(dāng)靶區(qū)移出了高劑量區(qū)域。vanHerk等模擬邊界和誤差的關(guān)系時(shí)也發(fā)現(xiàn)補(bǔ)償系統(tǒng)誤差所需的邊界比隨機(jī)誤差大很多。總體上，系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差相比對(duì)劑量的影響更明顯。因此，本研究只模擬了系統(tǒng)誤差對(duì)患者劑量分布的影響?；谇懊鏀[位誤差的分析，通過(guò)射野驗(yàn)證片和數(shù)字重建影像的比較發(fā)現(xiàn)，大部分患者的擺位偏移在2mm左右，極少數(shù)患者超過(guò)4mm，每個(gè)方向總的系統(tǒng)誤差在2mm以下，所以我們模擬了系統(tǒng)誤差為2mm和5mm時(shí)對(duì)患者劑量分布的影響。制定計(jì)劃時(shí)往往將處方劑量給予計(jì)劃靶區(qū)PTV，并用PTV的劑量來(lái)評(píng)估計(jì)劃的優(yōu)劣。在靶區(qū)周?chē)由弦粋€(gè)邊界作為PTV，目的是為了補(bǔ)償擺位誤差對(duì)劑量的影響，即PTV的劑量體積參數(shù)代表了當(dāng)擺位誤差存在時(shí)靶區(qū)真實(shí)的劑量分布情況。在目前鼻咽癌調(diào)強(qiáng)放療時(shí)，我科采用的CTV-PTV的邊界為5mm，結(jié)合前面擺位誤差的研究，為了明確當(dāng)擺位誤差存在時(shí)，在以PTV為基礎(chǔ)制定的計(jì)劃中靶區(qū)GTV、CTV及危及器官的劑量偏差，我們進(jìn)行了這個(gè)劑量學(xué)研究。通過(guò)模擬系統(tǒng)誤差發(fā)現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)誤差為2mm時(shí)，調(diào)強(qiáng)放療和適形放療均未發(fā)現(xiàn)超過(guò)正式計(jì)劃劑量3%的情況，說(shuō)明當(dāng)采用CTV-PTV的邊界為5mm時(shí)，可以保證靶區(qū)受到足夠劑量的照射。然而，當(dāng)系統(tǒng)誤差較大為5mm時(shí)，4.2%的GTV98劑量偏差大于正式計(jì)劃劑量的3%,12.5%的CTV95劑量偏差大于正式計(jì)劃劑量的3%，當(dāng)采用CTV-PTV的邊界為5mm時(shí)，不能保證靶區(qū)受到足夠劑量的照射。這表明在臨床中使用PTV是十分重要的。同樣對(duì)于正常組織脊髓和腦干，當(dāng)系統(tǒng)誤差為2mm時(shí)，劑量未超過(guò)原計(jì)劃10%，而當(dāng)系統(tǒng)誤差為5mm時(shí)，劑量超過(guò)原計(jì)劃5%及10%的機(jī)會(huì)明顯增加，這與在制定計(jì)劃時(shí)針對(duì)脊髓和腦干設(shè)定了PRV2mm有關(guān)，可以保證正常組織受到保護(hù)。相反，由于腮腺是并聯(lián)器官，而且有報(bào)道在腮腺外加用PRV會(huì)對(duì)靶區(qū)的覆蓋造成影響，所以在制定計(jì)劃時(shí)沒(méi)有設(shè)定PRV。當(dāng)系統(tǒng)誤差為2mm時(shí)，腮腺也有超過(guò)5%的劑量增加超過(guò)了原計(jì)劃的10%。通過(guò)比較調(diào)強(qiáng)放療和適形放療的劑量分布對(duì)擺位誤差的敏感性發(fā)現(xiàn)，當(dāng)擺位誤差存在時(shí)，與適形放療相比，調(diào)強(qiáng)放療常會(huì)出現(xiàn)靶區(qū)劑量覆蓋不足的情況，而正常組織的劑量也明顯增加。無(wú)論是靶區(qū)還是正常組織，調(diào)強(qiáng)計(jì)劃的劑量分布受擺位誤差的影響更大，這與放療計(jì)劃的靶區(qū)及周?chē)M織間劑量梯度變化快慢有關(guān)。調(diào)強(qiáng)放療為了使劑量線更好的與靶區(qū)適形同時(shí)最大程度的保護(hù)正常組織，鼻咽部的馬蹄形靶區(qū)與脊髓、腦干、腮腺之間的劑量梯度下降十分迅速，這樣當(dāng)擺位誤差存在時(shí)，引起等劑量線的相應(yīng)移動(dòng)，那么極小的偏移也會(huì)導(dǎo)致靶區(qū)劑量的不足及正常組織劑量的增加。我們的結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)系統(tǒng)誤差為5mm時(shí)，與GTV相比，CTV受擺位誤差影響更大，12.5%的偏移引起劑量缺失大于3%，而僅有4.2%的偏移引起GTV98劑量缺失大于3%。考慮GTV附近圍繞的組織是60Gy的CTV部分，沒(méi)有一個(gè)很陡的劑量梯度，這樣可以對(duì)GTV提供足夠的保護(hù)，減少靶區(qū)覆蓋不足的情況。而CTV臨近正常組織，相比而言CTV外的劑量梯度下降非常迅速，當(dāng)擺位誤差存在時(shí)更易出現(xiàn)靶區(qū)劑量覆蓋不足。同樣在正常組織中，腮腺由于貼近靶區(qū)，與脊髓和腦干相比，它所受到的劑量對(duì)擺位誤差非常敏感，劑量增加超過(guò)原計(jì)劃10%的機(jī)會(huì)明顯增加。上述研究表明鼻咽癌患者在調(diào)強(qiáng)放療過(guò)程中，大部分的偏移在2mm以下，個(gè)別患者超過(guò)4mm。根據(jù)本研究，當(dāng)系統(tǒng)誤差為2mm時(shí)，并沒(méi)有發(fā)生