基于劑量重建分析擺位誤差對海馬保護性全腦預防照射的劑量學影響

柏正璐，陳雪梅，李軍（通信作者）

江蘇省蘇北人民醫(yī)院 （江蘇揚州 225000）

全腦放射治療是針對各種顱外腫瘤患者腦轉(zhuǎn)移最有效的治療手段之一，但其在控制腫瘤的同時，會對海馬體造成損傷。海馬體是人體的記憶存儲機構(gòu)，其損傷可致患者的記憶力下降，嚴重可導致癡呆[1-3]。相關文獻統(tǒng)計結(jié)果表明，與全腦放射治療對照組相比，海馬保護性全腦預防照射可顯著改善患者在放射治療結(jié)束后認知功能方面的障礙，并提高患者的生活質(zhì)量[4-5]。

由于海馬解剖位置的復雜性和特殊性以及臨床對其耐受劑量的限制，使計劃中海馬周圍區(qū)域的劑量梯度變化很大，這對患者擺位提出了更高精度的要求。相關研究表明，頭頸部腫瘤患者較其他部位患者的擺位誤差稍小，一般不超過3 mm[6]。本研究根據(jù)實際情況，將擺位誤差引入海馬保護性全腦預防性照射放射治療計劃中，重新計算分布劑量，分析腫瘤靶區(qū)及周圍危及器官的劑量受擺位誤差的影響，現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1 病例選擇

選取我院2021 年12 月至2022 年8 月收治的10 例自愿接受海馬保護的腦轉(zhuǎn)移患者，其中肺癌腦轉(zhuǎn)移6 例，直腸癌腦轉(zhuǎn)移1 例，乳腺癌腦轉(zhuǎn)移3 例。

1.2 定位及靶區(qū)勾畫

對接受放射治療的患者制作體位固定熱塑膜，選擇頭部熱塑膜和合適型號的頭枕將其固定，體位為仰臥位，使用GE 大孔徑CT 進行增強定位CT 掃描，層厚2.5 mm；掃描后圖像經(jīng)網(wǎng)絡傳至聯(lián)影UIH治療計劃系統(tǒng)并與同層厚的MRI 圖像融合。

臨床靶區(qū)（clinical target volume，CTV）勾畫為患者的全腦組織，計劃靶區(qū)（planning target volume，PTV）為CTV 外擴3 mm 并減去海馬保護區(qū)；危及器官勾畫包括晶體、眼球及海馬組織，其中海馬組織在融合影像MRI T1加權(quán)序列進行勾畫，將外擴5 mm 區(qū)域定義為海馬保護區(qū)。

1.3 計劃設計

使用聯(lián)影UIH 治療計劃系統(tǒng)進行計劃設計，選用6 MV X 線，常規(guī)機架0°～360°共面雙全弧容積調(diào)強放射治療（volumetric modulated arc therapy，VMAT），治療床角度為0°，準直器角度為10°和350°。計劃靶區(qū)PTV 處方總劑量為30 Gy（3 Gy×10 次）；危及器官劑量限值要求如下：海馬Dmax≤24 Gy、眼球Dmax≤30 Gy、晶體Dmax≤8 Gy。優(yōu)化后的計劃符合臨床執(zhí)行要求。

1.4 系統(tǒng)擺位誤差的模擬

復制原計劃，通過移動X、Y、Z 坐標來改變射野等中心位置，分別模擬患者在左、右、背、腹、頭、腳6 個方向上的擺位誤差，即左右方向?qū)獮閄 正負方向，背腹方向?qū)獮閅 正負方向，頭腳方向?qū)獮閆 正負方向；分別將X、Y、Z 移動±l、±3、±5 mm，每次只對單一方向上的誤差進行模擬，保留原計劃的通量計算結(jié)果，重新計算得到引入擺位誤差后靶區(qū)和危及器官的劑量分布。

1.5 評估方法

分析中心移動前、后不同擺位誤差下所得VMAT 計劃和原計劃的劑量變化，計劃評估指標包括PTV 的D95%、均勻性指數(shù)（homogeneity index，HI）、適形度指數(shù)（conformity index，CI）、海馬Dmax、晶體Dmax、劑量變化。其中劑量變化=（D系統(tǒng)擺位誤差-D原計劃）/D原計劃×100%。

1.6 統(tǒng)計學處理

采用SPSS 25.0 統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理，在三維6 個方向上分別對模擬系統(tǒng)擺位誤差前后的靶區(qū)和危及器官劑量進行配對樣本t檢驗，P＆lt;0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)劑量分布變化

表1 列出了當6 個方向擺位誤差分別為1、3、5 mm 時靶區(qū)劑量分布的改變，用劑量變化均值表示。國際輻射單位與測量委員會24 號報告指出，靶區(qū)照射劑量偏離5%就有可能使原發(fā)灶失控或并發(fā)癥增加。本研究結(jié)果顯示，當擺位誤差不超過5 mm 時，在三維6 個方向上PTVD95%的劑量偏差均不超過2%，頭方向劑量變化最大，劑量學指標變化在臨床可接受范圍內(nèi)，說明PTV 的外擴范圍合理。當擺位誤差為1 mm 時，靶區(qū)D95%劑量變化在頭腳方向有統(tǒng)計學意義（P＆lt;0.05），其他方向沒有統(tǒng)計學意義（P＆gt;0.05）；當擺位誤差為3 mm 時，在頭腳和背方向有統(tǒng)計學意義（P＆lt;0.05）；當擺位誤差為5 mm 時，在三維6 個方向均有統(tǒng)計學意義（P＆lt;0.05）。HI 最大變化不超過2%，CI 100%最大變化不超過5%。

表1 靶區(qū)劑量變化均值（%）

2.2 危及器官劑量分布變化

表2 為不同擺位誤差下海馬最大劑量的變化均值結(jié)果，由圖1～3 可更明顯地看出三維6 個方向上擺位誤差對海馬最大劑量偏差的影響。本研究結(jié)果顯示，當擺位誤差為1 mm 時，背方向（Y 正方向）的影響遠遠大于其他方向，海馬最大劑量變化超過5%；當擺位誤差為3 mm 和5 mm 時，頭方向（Z 正方向）影響最大，變化均值分別為17.02%和28.16%。當擺位誤差為1 mm 和3 mm 時，海馬最大劑量在三維6 個方向上劑量變化有統(tǒng)計學意義（P＆lt;0.05）。

圖1 1 mm 擺位誤差下海馬最大劑量變化分布圖

表2 海馬最大劑量變化均值（%）

表3 為不同擺位誤差對晶體最大劑量的影響，晶體最大劑量的變化在背方向最小，且變化沒有統(tǒng)計學意義（P＆gt;0.05）。當擺位誤差為1 mm 時，腳方向的劑量偏差最大，為7.75%，其他方向劑量偏差均小于5%；當擺位誤差為3 mm 時，除背方向外，其他方向的劑量偏差均大于10%；當擺位誤差為5 mm 時，腳方向的最大劑量偏差達73.34%，說明擺位誤差對晶體的劑量影響十分顯著，微小的擺位誤差就可導致很大的劑量偏差。

表3 晶體最大劑量變化均值（%）

圖2 3 mm 擺位誤差下海馬最大劑量變化分布圖

圖3 5 mm 擺位誤差下海馬最大劑量變化分布圖

2.3 實際擺位誤差統(tǒng)計

在實際治療中，對每例患者進行首次擺位，且之后每周選兩天進行錐形束CT（cone-beam CT，CBCT）擺位掃描，每例患者可得到5 次擺位誤差數(shù)據(jù)。其中左右方向最大誤差為3.2 mm，背腹方向最大誤差為4.6 mm，頭腳最大誤差為3.4 mm。10 例患者全過程中的擺位誤差結(jié)果如表4 所示。

表4 10例基于錐形束CT 進行放射治療患者的5次不同方向偏移情況（mm，±s）

表4 10例基于錐形束CT 進行放射治療患者的5次不同方向偏移情況（mm，±s）

患者序號 左右偏移 背腹偏移 頭腳偏移1 0.22±1.03 0.90±2.38 -0.76±1.09 2-0.45±1.22 -0.90±1.87 0.52±1.32 3-1.05±1.08 0.60±1.23 -2.30±1.55 4 0.31±1.41 1.30±2.10 0.28±1.61 0.27±0.84 0.70±0.93 -1.50±0.31 6-0.55±0.79 0.51±1.41 1.31±0.64 7 0.60±1.17 0.33±1.05 0.60±0.80 5 0.73±1.42 -1.32±0.42 0.82±0.41 9-1.55±2.27 0.90±1.99 0.92±0.30 10 0.34±1.63 -1.40±0.65 -1.20±0.53 8

3 討論

通過對10 例海馬保護性全腦照射患者的擺位誤差統(tǒng)計和相關研究表明，頭頸部腫瘤患者最大擺位誤差在3 mm 左右，較少部分超過3 mm[6]。本研究通過手動移動等中心坐標，在三維6 個方向分別模擬1、3、5 mm 的擺位誤差，重新計算得到新計劃的劑量分布，結(jié)果顯示，當擺位誤差不超過5 mm時，計劃靶區(qū)PTVD95%劑量偏差不超過2%，說明擺位誤差對靶區(qū)劑量影響較小，臨床靶區(qū)CTV 外擴3 mm 生成實際計劃靶區(qū)PTV 是合理的；表2、3 中危及器官的數(shù)據(jù)表明，當擺位誤差超過3 mm 時，除晶體背方向外，海馬和晶體最大劑量偏差均超過5%，說明擺位誤差對危及器官的影響遠遠大于靶區(qū)，這是因為海馬位于臨床靶區(qū)中且耐受最大劑量值要小于臨床靶區(qū)照射量，而晶體耐受最大劑量為800 cGy，臨床實際照射中可能會要求更低。經(jīng)VMAT 優(yōu)化后的計劃，為達到靶區(qū)和危及器官限值，海馬和晶體區(qū)附近往往會形成很高的劑量梯度[7-9]，且隨著擺位誤差的增大，劑量變化越明顯，這對精確擺位提出更高的要求。我們建議針對海馬保護性全腦照射放射治療患者，在考慮到擺位誤差情況下，除臨床靶區(qū)應外擴3 mm 外，對靶區(qū)附近限量值較低的危及器官進行相應的外擴，對外擴后危及器官的受量進行評估來降低實際危及器官照射量。

通過對X、Y、Z 三個方向擺位誤差的模擬，本研究發(fā)現(xiàn)危及器官（海馬和晶體）因擺位誤差發(fā)生的劑量變化差異最大發(fā)生在Z 方向，可能因為海馬位于臨床靶區(qū)內(nèi)，晶體在臨床靶區(qū)邊緣，且均處于中間層面，頭腳方向的偏差帶來1 個層面的劑量偏差[10-11]。本研究只模擬了單一擺位誤差帶來的影響，在臨床實際中可能存在3 個擺位誤差的疊加，因此建議將擺位誤差控制在更低范圍內(nèi)，建議增加CBCT 進行輔助擺位，以減小擺位誤差帶來的劑量偏差，尤其需要注意頭腳方向的擺位誤差。