擺位誤差對左乳癌術后放射治療劑量分布的影響

王 瑋 梅長文 宮尚明 牛振洋

乳腺癌是女性發病率最高的惡性腫瘤，術后放射治療可以提高治療效果，改善患者生存質量[1-3］。研究表明，乳腺癌術后約10%～40%的患者可能會出現局部復發，其中胸壁復發最為常見[4-5］。而在分次放射治療過程中，擺位誤差常導致腫瘤靶區無法獲得足夠的照射劑量，從而影響治療效果[6-7］。因此，在實際工作中如何降低擺位誤差是目前研究的重點。機載千伏級錐形束計算機斷層掃描（kilovoltage cone beam computed tomography，kV-CBCT）是直線加速器和影像設備的有機結合，通過獲取患者kV-CBCT 圖像和計劃CT 進行配準，計算擺位誤差，并在線校正治療床位置，最大限度降低擺位誤差對放射治療的影響[8］。本研究通過比較左乳癌術后患者前3 次放射治療的kV-CBCT 圖像與計劃CT 的配準結果，得到擺位誤差，進而研究擺位誤差對患者放射治療劑量分布的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2021 年9 月至2022 年12 月在宣城市人民醫院接受放射治療的左乳癌術后患者30例，年齡31～74 歲，中位年齡57 歲。納入標準：①原發于左側，活檢病理為乳腺癌，并接受乳腺癌根治術；②接受術后輔助放射治療，靶區包括胸壁加鎖骨上下淋巴引流區；③處方劑量為50 Gy/25 fx。排除標準：①原發于右側或雙側的乳腺癌患者；②患者一般情況差，不能主動配合擺位的；③kV-CBCT 掃描次數不夠或圖像質量不佳。

1.2 方法

1.2.1 模擬定位與靶區勾畫 所有患者均為仰臥位，采用乳腺專用托架，并以真空墊固定。在平靜呼吸狀態下，行CT 模擬定位掃描，掃描層厚為5 mm，掃描范圍從乳突至膈肌下緣。定位完成后由放射治療醫師依照國際輻射單位與測量委員會83 號報告[9］和乳腺癌放射治療靶區勾畫指南[10］，結合患者病情，使用MONACO 治療計劃系統勾畫靶區和危及器官。臨床靶區范圍為鎖骨上、下淋巴引流區和胸壁區，計劃靶區（planning target volume，PTV）由臨床靶區在三維方向均勻外放5 mm 并內收至皮膚下3 mm 生成，淺表區域為PTV 至皮膚表面間的3 mm 區域。危及器官勾畫包括：患側肺、健側肺、健側乳腺、心臟和脊髓。靶區和危及器官勾畫完成后由同一名具有20 年放射治療經驗的高級職稱醫師審核確認。

1.2.2 計劃設計與評價 30 例左乳癌患者的調強放射治療計劃均采用MONACO 治療計劃系統設計，治療機為醫科達Synergy 型加速器，能量為6 mV-X 射線，采用蒙特卡洛算法，3 mm 計算網格，5 野共面照射，射野角度分別為兩對切線方向野和一個零度野，并選用自動邊界外放功能（該值設為2 cm）。所有患者處方劑量均為50 Gy 并歸一至95% PTV，每周5 次，5 周完成。

靶區評價指標包括：PTV 的D2、D98、D95、Dmean、均勻性 指數（homogeneity index， HI）和（conformity index，CI），其中HI 計算公式為：HI=（D2-D98）/D50，HI 越小表示靶區劑量越均勻；CI 計算公式為：CI=VTref2/（VT×Vref），式中VTref為處方劑量包繞的靶區體積，VT 為靶區體積，Vref為處方劑量包繞的全部體積，CI 越接近1，適形度越高。危及器官的評價指標為：患側肺的V5、V20、V30、Dmean；健側肺的V5；健側乳腺的Dmean；心臟的Dmean、V5；脊髓的Dmax。所有治療計劃均由上級物理師和醫師共同審核通過。

1.2.3 kV-CBCT 掃描與圖像配準 患者首次治療擺位由放射治療醫師、物理師和技師共同參與，擺位完成后進行第1 次kV-CBCT 掃描。首先，在圖像配準系統中，采用基于灰度值自動配準的方法，對采集的kVCBCT 圖像與計劃CT 圖像進行配準，由放射治療醫師對自動配準結果進行評估并手動調整直至滿意。其次，由圖像配準系統自動計算出擺位誤差值。最后，將擺位誤差值發送至加速器系統，由加速器系統對治療床位置進行校正。所有患者前3 次放射治療前均行kV-CBCT 掃描，采用上述相同的配準方式，并記錄每位患者左右（X）、頭腳（Y）和胸背（Z）方向的擺位誤差值。

1.2.4 TPS模擬存在擺位誤差的計劃 以第1 次配準結果為校正前的擺位誤差，以第2、3 次配準結果為校正后的擺位誤差。將每位患者經審核并實際應用于治療的計劃命名為治療計劃（treatment plan，T-Plan）。復制T-Plan，分別按照校正前、后誤差值平移復制的TPlan 等中心點，生成校正前的計劃（simulated plan，SPlan）和校正后的計劃（corrected plan，C-Plan）。比較3組計劃在PTV、淺表區域和危及器官的劑量學差異。

1.2.5 計劃的劑量驗證 在治療計劃系統中，將TPlan 計劃機架角和準直器角均歸零并移植到miniPhantom 模體，計算劑量分布并導出等中心層面劑量分布文件至My QA 軟件。采用MatriXX 二維電離室矩陣，分別按照第1 次配準結果和第2、3 次配準結果移動治療床，模擬校正擺位誤差前、后的計劃，使用角度歸零多野合成的方法進行劑量驗證測量，伽馬通過率計算標準為3 mm/3%。

1.3 統計學方法 使用SPSS 20.0 進行統計分析。符合正態分布的計量資料以xˉ±s表示，偏態分布計量資料以M（P25，P75）表示。對于符合正態分布的結果采用單因素方差分析，符合方差齊性的事后兩兩比較采用LSD 檢驗，否則使用Dunnett'st檢驗。不符合正態分布的結果采用Friedman 檢驗，采用Bonferroni 法校正顯著性水平進行事后兩兩比較。以P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 擺位誤差結果 30 例患者共接受90 次kVCBCT 掃描，第1 次配準結果顯示，X、Y、Z 方向5mm 內擺位誤差分別占73.33%（22/30）、83.33%（25/30）和70.00%（21/30），第2、3 次配準結果顯示，X、Y、Z 方向擺位誤差均小于3 mm。校正后的X、Y、Z 方向擺位誤差和校正前相比均下降，差異有統計學意義（P＜0.05）。見表1。

表1 前3次kV-CBCT掃描圖像配準結果（mm）

2.2 擺位誤差對PTV 與淺表區域劑量分布的影響 3組計劃的PTVD98、D95、Dmean、HI、CI 和淺表區域Dmean間差異均具有統計學意義（P＜0.05），兩兩比較結果顯示，S-Plan 和T-Plan 以及S-Plan 和C-Plan 間差異均具有統計學意義（P＜0.05），C-Plan 和T-Plan 間差異無統計學意義（P＞0.05）。見表2。3 組計劃劑量分布云圖和劑量-體積直方圖見圖1、2。

圖1 3組計劃劑量分布云圖比較

圖2 3組計劃劑量-體積直方圖比較

表2 30例患者PTV和淺表區域劑量比較

2.3 擺位誤差對危及器官劑量分布的影響 3 組計劃的患側肺V5、V20、V30、Dmean、心臟Dmean、V5和脊髓Dmax間差異均具有統計學意義（P＜0.05），兩兩比較結果顯示，S-Plan 和T-Plan 以及S-Plan 和C-Plan 間差異均具有統計學意義（P＜0.05），C-Plan 和T-Plan 間差異無統計學意義（P＞0.05）。健側肺V5和健側乳腺Dmean間差異無統計學意義（P＞0.05）。見表3。

表3 30例患者OARs劑量比較

2.4 擺位誤差對劑量驗證的影響 T-Plan、S-Plan 和C-Plan 的 伽 馬 通 過 率 分 別 為：（96.89±0.82）%、（94.80±1.10）%、（96.68±0.94）%，差異具有統計學意義（F=43.057，P＜0.001），兩兩比較結果顯示，S-Plan和T-Plan 以及S-Plan 和C-Plan 間差異均具有統計學意義（P＜0.001），C-Plan 和T-Plan 間差異無統計學意義（P=0.392）。

3 討論

分次放射治療模式下，擺位的準確性和重復性是制約放射治療效果的關鍵因素。醫科達加速器通過X射線容積成像（X-ray volume image，XVI）系統實現kVCBCT 掃描與成像。XVI 系統通過將kV-CBCT 圖像與計劃CT 圖像配準后，由系統自動計算患者在X、Y 和Z方向的擺位誤差，并在線校正患者體位，從而提高放射治療的精準性[11-13］。根據誤差的來源和性質不同，擺位誤差可分為系統誤差和隨機誤差，系統誤差具有規律性，主要與設備有關，能夠減小甚至消除；隨機誤差具有隨機性，是不可預知的，主要與患者的體型變化、器官運動及擺位有關。

XVI 系統提供多種配準方式，由于乳腺術后胸壁缺乏特定的骨性標識，因此本研究采用基于灰度值自動配準結合手動調整的配準方式。本研究結果表明，第一次放射治療的擺位誤差中，無論是否考慮誤差方向，Z 軸偏差均最大。這與曹井麗等[14］研究結果相同，原因是治療前患者呼吸訓練不足，緊張導致的呼吸幅度過大。第二、三次放射治療是在第一次掃描并校正患者體位后，從結果來看，X、Y、Z 方向擺位誤差均呈下降趨勢。這一結果表明，利用kV-CBCT 校正患者體位可靠性高、重復性強。包興等[15］對保乳術后患者的研究也表明，前3 次連續CBCT 會減小放射治療過程中的擺位誤差。

擺位誤差是影響放射治療精確實施的關鍵因素，無疑會影響劑量分布。系統誤差導致劑量分布的整體偏移，隨機誤差導致靶區邊緣劑量的改變，使得其凹凸變化與治療計劃不一致。所以擺位誤差使得實際照射的劑量分布與計劃的劑量分布存在偏差，臨床上不能準確評估靶區及正常組織的受照劑量。本研究結果顯示，相較于T-Plan，S-Plan 的靶區劑量下降相對明顯，而C-Plan 變化較小差異無統計學意義。胸壁是乳腺癌術后最常見的復發部位，其中皮膚層復發風險最高[16］，因此保證淺表區域劑量對于臨床評估調強放射治療計劃尤其重要[17］。本研究結果表明，S-Plan 組的淺表區域 Dmean低于T-Plan（P＜0.05），而C-Plan 和TPlan 間差異無統計學意義（P＞0.05）。因此，采用kVCBCT 減少擺位誤差，確保淺表區域獲得足夠的照射劑量，對乳腺癌術后放射治療有重要意義。

放射性肺損傷和心臟損傷是乳腺癌術后放射治療的常見并發癥?，F有研究表明，影響乳腺癌術后放射性肺損傷的因素主要有患側肺V5、V20和Dmean[18］。在乳腺癌術后放射治療中，左乳癌和右乳癌對于心臟的劑量限值不同，差異較大[10］，為減少劑量限值不同對實驗結果的影響，本研究所選取的患者均為原發于左側。本研究結果顯示，幾乎所有的危及器官劑量學指標，SPlan 都高于T-Plan，這與羅惠煌等[19］研究結果相似。只有健側肺V5和健側乳腺Dmean的差異無統計學意義，筆者分析是由于本研究中，射野未直接穿過健側肺和健側乳腺，移動中心點對其劑量影響很小。C-Plan 和T-Plan 相比較，所有的危及器官劑量學指標變化均很微小。相關研究表明，呼吸運動、kV-CBCT 掃描頻率也是乳腺癌擺位誤差的重要影響因素[20-21］，后續研究中，可納入更多病例，并進一步探索放射治療期間呼吸運動、kV-CBCT 驗證頻率對擺位誤差和劑量分布的影響，以期更好地為臨床治療提供指導。

第一次放射治療行kV-CBCT 掃描后圖像配準得到的誤差可以看作系統誤差，其產生于從患者定位制模開始，經過CT 定位掃描、靶區勾畫、計劃設計評估、通過網絡傳輸到加速器及首次擺位治療整個過程中，首次治療對該誤差進行補償后，第二、三次放射治療行kV-CBCT 掃描后圖像配準得到的誤差大為降低，可以看作治療分次間的隨機誤差。對系統誤差進行補償后，在隨機誤差無法避免的情況下，C-Plan 和T-Plan的整體劑量分布一致，不管是靶區的劑量還是危及器官的受照劑量，其劑量偏差都在臨床要求范圍內。本研究中的劑量驗證工作得出了同樣的結果，系統誤差不進行補償的情況下，伽馬通過率降低2%左右，進行補償后隨機誤差存在的情況下，伽馬通過率基本一致。這與沈浩等[22］使用ArcCHECK 研究擺位誤差對容積旋轉調強劑量驗證影響的結果一致。另調強放射治療具有高度適形性和計劃實施的復雜性，在臨床治療前對每位患者的放射治療計劃進行劑量驗證也是必須開展的工作[23］。

綜上所述，左乳癌術后患者放射治療前進行kVCBCT 掃描、圖像配準和校正患者治療體位，可以減少擺位誤差，并具有良好的可靠性和可重復性。擺位誤差會影響實際放射治療時PTV、OARs 和淺表區域的劑量分布，通過使用kV-CBCT 校正患者治療體位對于左乳癌術后患者放射治療的精準實施具有重要意義。