TOMO 與C 型臂加速器在頭頸部腫瘤放療中的擺位誤差分析

張 偉，馮 鑫，張彥新，郇?？?，黃 鵬，胡志輝，李 偉，覃仕瑞，羅京偉

（國(guó)家癌癥中心/國(guó)家腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心/中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院腫瘤醫(yī)院放療科，北京100021）

0 引言

螺旋斷層放療加速器TOMO 具有獨(dú)特的同源雙束設(shè)計(jì)，尤其對(duì)多發(fā)病灶和緊鄰重要臟器或組織腫瘤的治療有顯著優(yōu)勢(shì)。TOMO 集高精度放射線療法和影像引導(dǎo)放療于一體[1-2]，但隨著先進(jìn)設(shè)備的引入，更精準(zhǔn)的放療技術(shù)，如體部立體定向放療（stereotactic body radiotherapy，SBRT）等對(duì)治療時(shí)的擺位精度提出了更高的要求。國(guó)內(nèi)外多項(xiàng)研究表明，擺位重復(fù)性的高低是放療成功與否的關(guān)鍵因素之一，擺位重復(fù)性與患者體位的固定方式、設(shè)備的精度、放療技師個(gè)人的工作質(zhì)量有著密切的關(guān)系[3-4]。頭頸部腫瘤的發(fā)病率逐年增加，采用加速器進(jìn)行放療已成為治療頭頸部惡性腫瘤的主要方法之一[5]。根據(jù)機(jī)架形式，TOMO 為滑環(huán)結(jié)構(gòu)，其他品牌的加速器多為C 型臂結(jié)構(gòu)。頭頸部腫瘤放療時(shí)的擺位誤差在TOMO 與C 型臂加速器上是否有差別還鮮有報(bào)道，本研究旨在分析比較二者的擺位誤差，為頭頸部腫瘤放療時(shí)的計(jì)劃靶區(qū)（planning target volume，PTV）外放范圍提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

作者簡(jiǎn)介：張 偉（1980—），男，主要從事圖像引導(dǎo)放射治療方面的研究工作，E-mail：zhangwei0312@163.com。

通信作者：覃仕瑞，E-mail：shiruiok@126.com

1 資料與方法

1.1 臨床資料

回顧性收集2016 年10 月至2020 年9 月就診于中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院腫瘤醫(yī)院放療科的149 例頭頸部腫瘤患者的臨床資料，其中男性104例、女性45 例，年齡為12～81 歲，中位年齡54 歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）頭頸部腫瘤需要做放療的患者；（2）患者一般情況較好，所有患者KPS 評(píng)分≥70 分；（3）固定裝置均為頭頸肩固定架和頭頸肩膜；（4）錐形束CT（cone beam CT，CBCT）或MV 級(jí)CT 掃描次數(shù)大于5次。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）靶區(qū)位置超出頭頸范圍；（2）無(wú)法完成完整放療療程；（3）治療期間體質(zhì)量發(fā)生明顯變化。病例分布及圖像引導(dǎo)數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表1，其中79例行TOMO 放療（TOMO HT，USA），70 例行C 型臂加速器調(diào)強(qiáng)放療（所用設(shè)備為Varian Edge 和Varian Novalis，USA）。TOMO 和所選C 型臂加速器治療床精度皆為亞毫米級(jí)（0.1 mm）。

表1 患者病例分布及圖像引導(dǎo)次數(shù)

1.2 CT 定位和計(jì)劃設(shè)計(jì)

所有患者均取仰臥位，雙手平放于體側(cè)，輔助使用全碳素纖維頭頸肩固定底板與配套的頭枕底座，根據(jù)患者頸部曲度選擇不同型號(hào)的頭枕，使用頭頸肩熱塑網(wǎng)膜進(jìn)行固定，在膜體上勾畫(huà)出3 個(gè)“十”字標(biāo)記線作為擺位治療標(biāo)記，掃描層厚和層距均為3 mm。囑患者平靜自由呼吸，將CT 采集的影像傳輸至Pinnacle 計(jì)劃系統(tǒng)，由臨床醫(yī)師進(jìn)行靶區(qū)勾畫(huà)、物理師制訂治療計(jì)劃，計(jì)劃經(jīng)驗(yàn)證后傳輸?shù)絋OMO 或C 型臂加速器以及配套的軟件系統(tǒng)。經(jīng)臨床醫(yī)生批準(zhǔn)后，行劑量驗(yàn)證，驗(yàn)證通過(guò)后即可實(shí)施治療。

1.3 圖像引導(dǎo)和擺位誤差記錄

每次治療時(shí)由2 名放射治療師進(jìn)入機(jī)房同時(shí)進(jìn)行擺位固定，然后進(jìn)行MV 級(jí)CT 掃描（掃描條件選取Normal，掃描層厚為3 mm）或kV 級(jí)CBCT 掃描。參考《放射治療質(zhì)量控制基本指南》要求[6]，掃描采用第1 周每天掃描，之后每周掃描1 次的方式。掃描完成后，將當(dāng)日影像和模擬CT 定位影像進(jìn)行自動(dòng)配準(zhǔn)，并經(jīng)人工確認(rèn)后記錄各方向上的擺位誤差，相同的病種按照統(tǒng)一范圍的配準(zhǔn)框和配準(zhǔn)原則進(jìn)行配準(zhǔn)。

1.4 擺位誤差分析

統(tǒng)計(jì)擺位誤差的分布情況，分析比較患者實(shí)際擺位和治療計(jì)劃中心位置在X（左右）、Y（頭腳）、Z（腹背）方向上的誤差絕對(duì)值。TOMO 由于存在床板沉降情況，因此首次治療后系統(tǒng)會(huì)記錄并糾正床值。本科室在利用TOMO 治療患者的擺位過(guò)程中，首次擺位后會(huì)沿用修正之后的Z 值，而X 和Y 方向依舊使用患者治療中心的“十”字標(biāo)記線進(jìn)行擺位，所以本研究在統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)剔除了TOMO 所有首次治療的擺位誤差數(shù)據(jù)。

1.5 PTV 外放邊界計(jì)算

利用擺位誤差原值，根據(jù)van Herk[7]的研究計(jì)算平均擺位誤差M（各個(gè)患者擺位誤差平均值的平均值）、系統(tǒng)擺位誤差Σ（各個(gè)患者擺位誤差平均值的標(biāo)準(zhǔn)差）、隨機(jī)擺位誤差δ（各個(gè)患者擺位誤差標(biāo)準(zhǔn)差的均方根）。根據(jù)公式MPTV=2.5Σ＋0.7δ 分別計(jì)算出采用不同類型加速器治療的2 組患者的臨床靶區(qū)（clinical target volume，CTV）外擴(kuò)至PTV 時(shí)各方向的外放邊界。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用IBM SPSS 22.0 軟件分析各方向的擺位誤差絕對(duì)值，擺位誤差絕對(duì)值用xˉ±s 表示。符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)，組間比較采用配對(duì)樣本t 檢驗(yàn)；不符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)，組間比較采用Mann-Whitney U 檢驗(yàn)，P＜0.05 為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 擺位誤差分布

TOMO 和C 型臂加速器在X、Y、Z 方向的擺位誤差分布以誤差范圍1 mm 進(jìn)行分組，依次統(tǒng)計(jì)擺位誤差偏差在5 mm 以內(nèi)及以外的頻次和累積占比，詳見(jiàn)表2。由表2 可知，在0～4 mm 的誤差范圍內(nèi)，TOMO的誤差分布頻次占比均大于C 型臂加速器，即在0～4 mm 的誤差范圍內(nèi)，TOMO 的擺位誤差相較于C型臂加速器分布更集中。

表2 TOMO 和C 型臂加速器在三維方向上的擺位誤差分布 單位：頻次（%）

2.2 TOMO 與C 型臂加速器治療患者擺位誤差絕對(duì)值對(duì)比

由于數(shù)據(jù)不屬于正態(tài)分布，故使用Mann-Whitney U 檢驗(yàn)，詳見(jiàn)表3。結(jié)果顯示，在X、Y 和Z 方向上，TOMO 的擺位誤差均小于C 型臂加速器，且差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

表3 TOMO 與C 型臂加速器治療患者的擺位誤差絕對(duì)值比較 單位：mm

2.3 PTV 外放邊界對(duì)比

使用TOMO 和C 型臂加速器治療的患者在X、Y、Z 方向的Σ、δ 和M 見(jiàn)表4。從表4 可知，在X、Y、Z方向上，TOMO 在擺位方面呈現(xiàn)出的Σ 和δ 均小于C 型臂加速器；同時(shí)根據(jù)公式MPTV=2.5Σ+ 0.7δ 計(jì)算在X、Y、Z 方向上CTV 外擴(kuò)至PTV 的外放邊界（見(jiàn)表5），可見(jiàn)在三維方向上，TOMO 所需的外放邊界均小于C 型臂加速器。

表4 TOMO 與C 型臂加速器治療患者的M、Σ 和δ 比較單位：mm

表5 TOMO 與C 型臂加速器治療患者的CTV 外擴(kuò)至PTV 的外放邊界比較單位：mm

3 討論

隨著放療技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的新技術(shù)和新設(shè)備應(yīng)用于臨床。有研究指出，與傳統(tǒng)放療技術(shù)相比，先進(jìn)的技術(shù)會(huì)使靶區(qū)及其他感興趣區(qū)域的適形度更高，邊緣劑量跌落更快，擺位誤差對(duì)精準(zhǔn)治療的影響更大[8]。而頭頸部的重要器官比較集中，解剖關(guān)系復(fù)雜，對(duì)放療位置的精準(zhǔn)度提出了更高的要求[9]。TOMO的機(jī)架形式和治療床的運(yùn)動(dòng)形式均與常規(guī)C 型臂加速器有明顯不同，本研究從擺位誤差方面分析和比較二者的差異。

從本研究結(jié)果可以看出，TOMO 在X、Y 和Z 方向的擺位誤差均明顯小于C 型臂加速器；TOMO 的系統(tǒng)擺位誤差Σ 和隨機(jī)擺位誤差δ 也均小于C 型臂加速器。朱夫海等[10]分析了34 例采用TOMO 治療的頭頸部網(wǎng)面固定患者的擺位誤差，得出在X、Y、Z 方向上CTV 外擴(kuò)至PTV 的外放邊界分別為3.31、5.32和3.35 mm，X 方向與本研究結(jié)果相似，Y 和Z 方向比本研究結(jié)果略大。劉曉東等[11]對(duì)35 例TOMO 治療的頭頸部腫瘤患者的擺位誤差進(jìn)行分析，得出在X、Y、Z 方向上的擺位誤差分別為（0.97±0.89）、（1.58±1.08）和（1.06±0.83）mm；張校銘等[12]比較了采用C 型臂加速器（瓦里安Trilogy）治療時(shí)4 種不同的頭頸部固定技術(shù)的擺位誤差，其中頭頸肩聯(lián)合熱塑膜在X、Y、Z 方向上的擺位誤差分別為（1.33±1.42）、（1.43±1.71）和（1.57±1.91）mm。2 項(xiàng)研究結(jié)果均與本研究結(jié)果相似。當(dāng)然，各治療中心的數(shù)據(jù)存在差異，除受到機(jī)器本身差異的影響外，治療師的責(zé)任心、經(jīng)驗(yàn)以及從定位到治療流程的規(guī)范性也是很重要的影響因素。

TOMO 在Z 方向上存在床板沉降情況，看似引入了新的系統(tǒng)誤差，但有文獻(xiàn)指出[13]，等中心處治療床的沉降值與治療床等中心前的承重呈良好的線性關(guān)系，在患者體質(zhì)量不發(fā)生重大變化、固定裝置與床板的相對(duì)位置一致的情況下，對(duì)于同一患者，治療床在治療位置的沉降是基本穩(wěn)定的。TOMO 完成初次治療后，會(huì)選擇拷貝床值以修正Z 方向的誤差，在以后的分次治療時(shí)會(huì)應(yīng)用治療床的校正值，從而減少Z方向的擺位誤差[14-15]?；谶@一操作方式，使用TOMO治療的患者在首次治療時(shí)都相當(dāng)于進(jìn)行了一次Z 方向上的“校準(zhǔn)”。而C 型臂加速器的治療過(guò)程是直接使患者的治療中心與加速器的等中心（激光燈）重合，然后行圖像驗(yàn)證。如果Z 方向上的誤差在臨床允許范圍內(nèi)，或者經(jīng)過(guò)前幾次的圖像引導(dǎo)驗(yàn)證未觀察到方向一致的偏差，治療師一般不會(huì)申請(qǐng)校位或重新標(biāo)記擺位中心，這也是TOMO 在Z 方向的隨機(jī)擺位誤差較小的主要原因之一。另外，TOMO 可以通過(guò)自動(dòng)調(diào)整開(kāi)始治療時(shí)的機(jī)架角度來(lái)糾正患者在10°以內(nèi)以“Y”方向?yàn)橹行妮S的旋轉(zhuǎn)（Roll）誤差[16]，因此TOMO的圖像配準(zhǔn)采用的模式是“Translations+Roll”，即在平移的同時(shí)也計(jì)算了患者RY方向上的旋轉(zhuǎn)，Roll 的修正會(huì)抵消一部分X、Z 方向上的平移誤差[17]，這是TOMO 在X 和Z 方向上擺位誤差較小的原因之一。

有研究指出，TOMO 與C 型臂加速器相比，TOMO在劑量分布、降低危及器官劑量和減少不良反應(yīng)等方面具有優(yōu)勢(shì)[18]，PTV 劑量分布更均勻，對(duì)關(guān)鍵危及器官，如脊髓、腦干保護(hù)得更好[19]，與本實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果有相通之處。根據(jù)本研究的結(jié)果，TOMO 治療頭頸部腫瘤更具優(yōu)勢(shì)，但是在實(shí)際臨床中，需要考慮一部分身體自主控制性較弱的患者，這些患者會(huì)因?yàn)門(mén)OMO 治療時(shí)間長(zhǎng)、舒適度降低，在治療過(guò)程中發(fā)生體位上的改變，可能增大劑量學(xué)差異。另外，一般情況下，TOMO 的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)高于常規(guī)加速器[20]，采用何種設(shè)備也應(yīng)根據(jù)患者的實(shí)際狀況進(jìn)行選擇。

當(dāng)然本研究也存在一些不足之處：由于客觀條件所限，所選病例在病種的分布和數(shù)量上不能完全按比例對(duì)應(yīng)，同時(shí)收集病例的時(shí)間跨度較大，可能對(duì)實(shí)際結(jié)果造成一定程度的影響。在未來(lái)的研究中，將增加病例數(shù)量，并逐步延伸至劑量學(xué)的比較，從而為臨床選擇加速器提供更加準(zhǔn)確的參考。