鼻咽癌调强放疗与适形放疗计划的摆位误差比较

鼻咽癌调强放疗与适形放疗计划的摆位误差比较

现代精确放疗的基本目标是尽可能地将辐射剂量集中在靶区，尽可能保护周围的正常组织和重要器官，或尽可能少地受到不必要的辐射。鼻咽癌的调强放疗(intensitymodulatedradiationtherapy,IMRT）能在保证靶区受到高剂量照射的同时减少靶区周围重要器官的照射剂量，最大限度的保护正常组织，特别是腮腺功能，在可能提高肿瘤局控率的同时，减少放射治疗并发症，提高患者生活质量。经过优化的IMRT计划为保护靶区周围的组织，有比较明显的剂量梯度变化（highdosegradients），因此在制定计划时，必需考虑可能存在的不确定性。研究表明，在IMRT计划执行过程中，与其他因素如机架角和机头角等相比，患者的摆位误差对剂量分布影响更明显。根据ICRU60号报告，为补偿器官和患者移动及患者摆位不精确的影响，目前最普通的做法是外照射治疗时在临床靶区（clinicaltargetvolume,CTV）外加一个边界，即计划靶区（plantargetvolume,PTV），同时在危险器官外加一个边界，即（planningriskvolume,PRV）。通常认为调强放疗与适形放疗相比受摆位不确定性的影响更大，需要采取更多的措施去校正摆位误差。在下面的研究中，通过模拟不同大小的系统误差，研究系统误差在鼻咽癌放疗中对剂量分布的影响，比较调强计划及适形计划靶区和危险器官的剂量分布受摆位误差影响的敏感度。1对象和方法1.1性别文化的年龄8例初治鼻咽癌患者，年龄21～60岁，中位年龄42岁，男性5例，女性3例。所有患者淋巴结分期均为N1，其中T12例，T23例，T33例。1.2ptvn临床概念患者仰卧位，用头颈肩面罩固定，面膜上做好标记，行CT扫描，颅底和鼻咽区域采用层厚3mm，其余为层间距5mm,扫描后CT影像通过网络传输到3D-TPS工作站。按RTOG0225规则逐层在CT图像上勾画出原发灶大体肿瘤体积（GTV）和颈淋巴结转移灶大体肿瘤体积（GTVN）为临床或影像学检查发现的病变范围。原发灶临床靶区（CTV）包括鼻咽腔、鼻腔上颌窦后部、翼腭窝、部分后组筛窦、咽旁间隙、颅底、部分颈椎或斜坡。淋巴引流区（CTVN）包括Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ组淋巴引流区。计划靶区（PTV）在各靶区的基础上外扩5mm，获得PTV-G,PTV-C,LN-PTV-G,LN-PTV-C。危及器官为：脑干、脊髓、双侧腮腺（包括鼻咽原发肿瘤和咽后淋巴结），眼球，视神经，晶体，颞叶。然后分别对靶区和敏感器官进行剂量约束。处方剂量：PTV-G66Gy/30f,PTV-CTV60Gy/30f，下颈部预防照射，PTV-CTV2为54Gy/30f。正常组织限量：脑干≤56Gy，脊髓≤45Gy,50%腮腺体积≤30Gy，晶状体≤6Gy；视神经、视交叉≤54Gy,颞颌关节≤60Gy,颞叶和垂体≤54Gy。用计划系统进行调强计划及适形计划设计。1.3维方向上的摆位误差在治疗计划系统中移动等中心，模拟每次治疗时所有射野都向同一个方向偏移的情况，在不改变射野分布和权重情况下，重新计算剂量分布。靠等中心的移动，分别模拟三维方向上的摆位误差，将6个方向编号，即右1，左2，后3，前4，头5，脚6。根据前面对鼻咽癌调强放疗中误差的分析结果，鼻咽癌患者在使用头颈肩面罩固定时，大部分偏移在2mm以下，很少超过5mm，因此在本研究中我们模拟的系统误差大小为2mm和5mm。1.4系统误差影响的敏感度比较移动等中心后靶区GTV,CTV及正常组织脊髓、脑干、腮腺剂量分布情况，从而比较适形和调强计划受系统误差影响的敏感度。计划评估的指标主要有：GTVD98(98%体积所接受的剂量),CTVD95(95%体积所接受的剂量),脑干、脊髓的最大剂量（Dmax）及腮腺的平均剂量（Dmean），将移动等中心后的所有剂量评估指标与正式计划相应的指标相比得到的数值作为主要的分析指标。1.5相对与机构计划的配比采用SPSS11.0软件包，对评估指标相对与正规计划的百分比进行频数分析，用配对t检验比较不同摆位误差及不同剂量对靶区剂量的影响。P<0.05为差异有显著性。2结果2.1百分剂量的计算模拟6个方向上的系统误差，移动等中心，重新计算剂量，然后计算靶区及正常组织的剂量与正式计划相应剂量的比值，得到百分剂量值，这样每位患者每一个靶区和正常组织都可以得到6个相应的百分剂量值(表1,2)。2.2调强放疗摆位误差时ctvd98的分布当模拟摆位误差移动等中心后，调强计划的GTVD98与正式计划的GTVD98比值分布较分散，且大多分布在1以下。当调强放疗摆位误差为5mm时，91.7%的GTVD98数值与正式计划的比值≤1，≤0.99的为35.4%，平均值为0.989。而适形计划的GTVD98与正式计划的比值比较集中，围绕1分布，平均值为1.002，仅35.4%的患者GTVD98数值与正式计划的比值≤1，≤0.99的为4.2%。同样CTVD95也有类似的分布。当调强放疗摆位误差为5mm时，CTVD95与正式计划的比值分布情况，95.8%的CTVD95数值与正式计划的比值≤1，≤0.99的为50%。当适形放疗摆位误差为5mm时，CTVD95与正式计划的比值分布情况，≤0.99的为20.8%。说明摆位误差存在时，调强计划在大部分的情况下会发生靶区剂量不足，而适形计划出现靶区剂量不足的情况较少（图1）。频数分布显示调强计划，当摆位误差为5mm时，4.2%的GTVD98剂量减少超过3%，12.5%的CTVD95剂量减少超过3%，当摆位误差为2mm时，GTVD98、CTVD95均未出现剂量减少超过3%的情况；而适形放疗计划无论摆位误差为2mm还是5mm均未发生剂量减少超过3%的情况。这说明调强放疗靶区的剂量分布受摆位误差的影响更大。无论是对调强计划还是适形计划而言，误差越大对GTV及CTV剂量的影响越明显，P均<0.001。调强计划与适形计划相比，靶区剂量分布受摆位误差的影响更大,P均<0.001。调强计划中CTV受摆位误差的影响更大（表3）。2.3调强计划和适形计划主要剂量的比较频数分布显示当系统摆位误差为5mm时，脊髓和脑干的剂量增加明显，有25%的剂量增加超过了正式计划的5%，10.4%的脊髓剂量增加及14.6%的脑干剂量增加超过了正式计划的10%。当系统摆位误差为2mm时，脊髓和脑干剂量增加不明显，仅有极少部分的剂量增加超过原计划的5%。与适形计划相比，调强放疗计划脊髓和脑干剂量明显增加。当摆位误差存在时，调强放疗计划中两侧腮腺的剂量明显增加，系统摆位误差为5mm时，左右腮腺剂量增加超过正式计划10%的机会分别为31.2%和25%；系统摆位误差为2mm时，左右腮腺剂量增加超过了正式计划10%的机会分别为12.5%和8.3%。摆位误差为5mm时较2mm时腮腺剂量变化明显；而摆位误差对适形放疗计划腮腺的剂量影响不大。经比较，无论是对调强计划还是适形计划而言，误差越大对正常组织剂量的影响越明显。调强计划与适形计划相比，对正常组织剂量的影响更大（P值均<0.001）。与脑干和脊髓相比，在调强放疗中腮腺剂量的变化更大，对摆位误差的影响更敏感（表4、5）。3对患者剂量分布的影响临床研究发现3%～5%的剂量改变可使肿瘤放疗的有效率下降及正常组织并发症的发生率增加，这就有必要计算摆位不确定性所引起的剂量偏差，这样才能准确地估计患者的治疗效果。以往的研究表明，系统和随机误差对剂量的影响是不同的。随机误差模糊了射野边缘的剂量分布，而系统误差引起的剂量改变相对于剂量线的整体移动,并且系统误差对所有的单次放疗影响都是相同的，而随机误差出现在不同的单次放疗及不同的方向，所以仅模糊了靶区周边的剂量。系统和随机误差对剂量的不同在Stroom等的边界公式中有所体现。随机误差的模糊效应导致高剂量区边缘剂量的下降，对所有患者的影响较小。而系统误差导致剂量的整体移动，对某些患者将产生较大的影响，特别是当靶区移出了高剂量区域。vanHerk等模拟边界和误差的关系时也发现补偿系统误差所需的边界比随机误差大很多。总体上，系统误差与随机误差相比对剂量的影响更明显。因此，本研究只模拟了系统误差对患者剂量分布的影响。基于前面摆位误差的分析，通过射野验证片和数字重建影像的比较发现，大部分患者的摆位偏移在2mm左右，极少数患者超过4mm，每个方向总的系统误差在2mm以下，所以我们模拟了系统误差为2mm和5mm时对患者剂量分布的影响。制定计划时往往将处方剂量给予计划靶区PTV，并用PTV的剂量来评估计划的优劣。在靶区周围加上一个边界作为PTV，目的是为了补偿摆位误差对剂量的影响，即PTV的剂量体积参数代表了当摆位误差存在时靶区真实的剂量分布情况。在目前鼻咽癌调强放疗时，我科采用的CTV-PTV的边界为5mm，结合前面摆位误差的研究，为了明确当摆位误差存在时，在以PTV为基础制定的计划中靶区GTV、CTV及危及器官的剂量偏差，我们进行了这个剂量学研究。通过模拟系统误差发现，当系统误差为2mm时，调强放疗和适形放疗均未发现超过正式计划剂量3%的情况，说明当采用CTV-PTV的边界为5mm时，可以保证靶区受到足够剂量的照射。然而，当系统误差较大为5mm时，4.2%的GTV98剂量偏差大于正式计划剂量的3%,12.5%的CTV95剂量偏差大于正式计划剂量的3%，当采用CTV-PTV的边界为5mm时，不能保证靶区受到足够剂量的照射。这表明在临床中使用PTV是十分重要的。同样对于正常组织脊髓和脑干，当系统误差为2mm时，剂量未超过原计划10%，而当系统误差为5mm时，剂量超过原计划5%及10%的机会明显增加，这与在制定计划时针对脊髓和脑干设定了PRV2mm有关，可以保证正常组织受到保护。相反，由于腮腺是并联器官，而且有报道在腮腺外加用PRV会对靶区的覆盖造成影响，所以在制定计划时没有设定PRV。当系统误差为2mm时，腮腺也有超过5%的剂量增加超过了原计划的10%。通过比较调强放疗和适形放疗的剂量分布对摆位误差的敏感性发现，当摆位误差存在时，与适形放疗相比，调强放疗常会出现靶区剂量覆盖不足的情况，而正常组织的剂量也明显增加。无论是靶区还是正常组织，调强计划的剂量分布受摆位误差的影响更大，这与放疗计划的靶区及周围组织间剂量梯度变化快慢有关。调强放疗为了使剂量线更好的与靶区适形同时最大程度的保护正常组织，鼻咽部的马蹄形靶区与脊髓、脑干、腮腺之间的剂量梯度下降十分迅速，这样当摆位误差存在时，引起等剂量线的相应移动，那么极小的偏移也会导致靶区剂量的不足及正常组织剂量的增加。我们的结果发现当系统误差为5mm时，与GTV相比，CTV受摆位误差影响更大，12.5%的偏移引起剂量缺失大于3%，而仅有4.2%的偏移引起GTV98剂量缺失大于3%。考虑GTV附近围绕的组织是60Gy的CTV部分，没有一个很陡的剂量梯度，这样可以对GTV提供足够的保护，减少靶区覆盖不足的情况。而CTV临近正常组织，相比而言CTV外的剂量梯度下降非常迅速，当摆位误差存在时更易出现靶区剂量覆盖不足。同样在正常组织中，腮腺由于贴近靶区，与脊髓和脑干相比，它所受到的剂量对摆位误差非常敏感，剂量增加超过原计划10%的机会明显增加。上述研究表明鼻咽癌患者在调强放疗过程中，大部分的偏移在2mm以下，个别患者超过4mm。根据本研究，当系统误差为2mm时，并没有发生