吳哲 龐亞 陳曉梅 王東 明智 劉可 晏軍

1（自貢市第一人民醫(yī)院腫瘤科 自貢643000）

2（自貢市第一人民醫(yī)院護(hù)理部 自貢643000）

放射治療過程中的擺位誤差會(huì)對(duì)放射治療精度造成影響，進(jìn)而會(huì)影響最終的放療療效甚至安全［1］。頭頸部腫瘤涉及的危及器官較多，靶區(qū)與危及器官緊鄰，對(duì)誤差精度的要求更加嚴(yán)格。在頭頸部腫瘤放療中，通常采用頭架、頭枕和頭頸肩模具組合使用作為體位固定裝置，該裝置對(duì)保持體位一致性起到了重要的作用。為了進(jìn)一步減小治療誤差，又開發(fā)出了錐形束CT（Cone beam computer tomography，CBCT）和電子射野影像系統(tǒng)（Electronic portal imaging device， EPID）［2］等圖像引導(dǎo)放療技術(shù)，以降低一些擺位誤差對(duì)劑量的影響，但是仍有一些問題有待解決，例如肩膀的位置移動(dòng)，在擺位過程中，或多或少都存在肩膀位置的移動(dòng)，例如患者兩邊的肩膀朝左-右（LR）方向、腹-背（AP）方向、頭-腳（SI）方向移動(dòng)，這些移動(dòng)往往不是自主發(fā)生的，很難憑肉眼判斷。肩膀位置移動(dòng)造成了頭頸部腫瘤計(jì)劃設(shè)計(jì)的劑量與實(shí)際投照劑量不一致。醫(yī)生、物理師、放療技師需要判斷肩膀位置移動(dòng)對(duì)靶區(qū)和危及器官造成的劑量學(xué)影響，來評(píng)估實(shí)施治療前是否需要重新擺位。國(guó)外學(xué)者［3-5］報(bào)道在頭頸部腫瘤放療過程中，肩膀位置移動(dòng)超過了1 cm。頭頸部腫瘤病理類型種類較多，具備各自的生物學(xué)行為特點(diǎn)，不同的疾病分期和病理類型包括的靶區(qū)范圍稍有不同，但大致包括原發(fā)病灶、陽(yáng)性淋巴結(jié)區(qū)、高危和低危轉(zhuǎn)移區(qū)。本文針對(duì)不同病理類型以及不同分期的頭頸部腫瘤設(shè)計(jì)VMAT（Volumetric modulated arc therapy） 和 IMRT （Intensity modulated radiotherapy）放射治療計(jì)劃。研究肩膀位置朝不同方向移動(dòng)后靶區(qū)和危及器官的劑量學(xué)變化，并分析三維γ通過率，旨在為放療臨床工作者提供參考。

1 材料和方法

1.1 研究對(duì)象與一般資料

選取既往在自貢市第一人民醫(yī)院腫瘤科治療的14例頭頸部腫瘤患者，包括下咽癌1例、舌癌4例、喉癌4例、鼻咽癌5例。腫瘤原發(fā)灶均經(jīng)病理證實(shí)，KPS 評(píng)分均在70 分以上。篩選數(shù)據(jù)經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)審批。使用頭頸肩熱塑模及專用碳纖維板和枕頭固定患者，統(tǒng)一取仰臥位，在CT模擬定位機(jī)下增強(qiáng)掃描，CT 掃描層厚3 mm，獲得CT影像后，通過專用網(wǎng)絡(luò)傳輸至Eclipse v13.6放療計(jì)劃工作站，由高年資醫(yī)生在計(jì)劃系統(tǒng)上進(jìn)行靶區(qū)和危及器官的勾畫，再由物理師在計(jì)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)放療計(jì)劃。靶區(qū)類型包括：66～70 Gy 的原發(fā)病灶PTV1；66～70 Gy的淋巴結(jié)區(qū)PGTV2；59～63 Gy的高危預(yù)防區(qū)PTV3；50～54 Gy的低危預(yù)防區(qū)PTV4；部分涉及多靶區(qū)的采用同步推量。其中7 例設(shè)計(jì)VMAT計(jì)劃，7例設(shè)計(jì)9野IMRT計(jì)劃，資料如表1所示。VMAT為兩個(gè)共面全弧，IMRT為9野共面，角度均分別為0°、30°、70°、120°、160°、200°、240°、280°和320°。所有計(jì)劃均是基于瓦里安Trilogy加速器，射線質(zhì)為6 MV X射線。

表1 14例頭頸部腫瘤患者基本信息Table 1 Basic information of 14 head&neck cancer patients

1.2 影像配準(zhǔn)

為了獲取肩膀位置移動(dòng)的大小，選取實(shí)際臨床工作的若干幅頭頸部腫瘤患者CBCT 圖像。對(duì)CBCT 圖像與定位CT 進(jìn)行配準(zhǔn)，以第二到第七頸椎（C2～C7）為中心，由于CBCT 的視野（Field of view，F(xiàn)OV）較小，無(wú)法獲取肱骨頭及肩膀外側(cè)比較全面的肩膀圖像，故測(cè)量肩胛骨等比較明顯的結(jié)構(gòu)的位置移動(dòng)距離。發(fā)現(xiàn)SI 方向、AP 方向、LR方向肩膀位置移動(dòng)主要集中在0～6 mm（約占75%），少數(shù)在10 mm（約占6%）以上，如圖1所示。

圖1 肩膀位置移動(dòng)統(tǒng)計(jì)Fig.1 Shoulder position shift statistics

1.3 肩膀位置移動(dòng)

為了模擬擺位過程中的肩膀位置移動(dòng)，在計(jì)劃系統(tǒng)原始定位CT（o-CT）基礎(chǔ)上，利用“結(jié)構(gòu)邊界”功能外擴(kuò)或者收縮肩膀位置。如圖2 所示，肩膀輪廓外擴(kuò)時(shí)，新的組織密度設(shè)置為1 g/cm3；肩膀輪廓收縮時(shí)，輪廓外的組織不會(huì)參與劑量計(jì)算，床板支撐結(jié)構(gòu)除外。此外，肩膀位置移動(dòng)時(shí)，肱骨頭、肩胛骨、鎖骨等骨組織也朝著相同方向移動(dòng)，移動(dòng)后新的骨頭位置設(shè)置骨頭密度，原來位置設(shè)置1 g/cm3，如圖2（a）所示。以影像配準(zhǔn)結(jié)果為依據(jù)，使肩膀朝著SI方向、AP方向、LR方向分別移動(dòng)3 mm、6 mm 和15 mm，得到新的CT（n-CT）。圖2（a）、（b）、（c）展示了肩膀朝右（R）、背（P）、頭（S）方向移動(dòng)，向其他方向移動(dòng)同理。每例病人肩膀朝6個(gè)方向分別移動(dòng)3 mm、6 mm、15 mm，得到18個(gè)n-CT。所有病例最終得到252 個(gè)n-CT（14×6×3=252）。將原始治療計(jì)劃（o-plan）復(fù)制到n-CT 上重新計(jì)算［6］，得到肩膀位置移動(dòng)后的新計(jì)劃（n-plan）。

圖2 肩膀位置移動(dòng)：(a)朝R方向移動(dòng)；(b)朝P方向；(c)朝S方向移動(dòng)Fig.2 Shoulder position shift:(a)in the direction of R;(b)in the direction of P;(c)in the direction of S

1.4 γ通過率

運(yùn)用PTW VeriSoft v7.1軟件分析計(jì)劃驗(yàn)證通過率，分析肩膀移動(dòng)后的n-plan 和定位CT 的o-plan的差異，設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)為3%/3 mm［7］。最終的γ通過率是指靶區(qū)和危及器官上的點(diǎn)通過標(biāo)準(zhǔn)的百分比，通過標(biāo)準(zhǔn)的γ 通過率越高，意味著n-CT 與o-CT 重復(fù)性越好。本研究95%為計(jì)劃通過閾值。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)參數(shù)變化

肩膀位置移動(dòng)導(dǎo)致靶區(qū)D95%（95%靶區(qū)體積達(dá)到的處方劑量）劑量變化定義如式（1）。

式中：Dn-plan，95%表示肩膀位置移動(dòng)后新計(jì)劃95%靶區(qū)體積達(dá)到的處方劑量；Do-plan，95%為原始計(jì)劃上95%靶區(qū)體積達(dá)到的處方劑量。總結(jié)肩膀位置移動(dòng)對(duì)PTV1/2/3/4D95%影響，如圖3 所示。圖3 中橫坐標(biāo)“?”表示朝R、A、S方向移動(dòng)。“+”表示朝L、P、I方向移動(dòng)。從圖3可以看出，PTV1D95%變化最大的是病人p12-VMAT，肩膀朝頭（S）方向移動(dòng)15 mm，D95%減少3.83%，主要是因?yàn)榇瞬∪耸呛戆袇^(qū)PTV1 下界達(dá)到了C6 水平，其他方向（RL、AP、I）靶區(qū)影響甚微，均在0.5%以內(nèi)；PTV2D95%變化較大的是p6-IMRT和p11-IMRT，病人p6是舌癌，PTV2為鎖骨上區(qū)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，病人p11 是鼻咽癌，PTV2 為淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移區(qū)（跨度C2-T3），肩膀朝S 方向移動(dòng)15 mm，D95%減少達(dá)到1.11%，其他方向移動(dòng)距離均在0.6%以內(nèi)；PTV3D95%變化較大的是p12-VMAT（喉癌）、p3-VMAT（喉癌）、p6-IMRT（舌癌），肩膀朝S 方向移動(dòng)15 mm，D95%減少最大達(dá)到了3.99%，這三個(gè)病人的靶區(qū)PTV3 均是靠近肩膀水平，故影響比其他的（如鼻咽癌靶區(qū)PTV3）大；PTV4D95%變化較大的是p14-VMAT（鼻咽癌）、p1-IMRT（喉癌）、p7-VMAT（下咽癌），肩膀朝S方向移動(dòng)15 mm，D95%減少最大達(dá)到了4.16%。此外，PTV4 比PTV1/2/3受影響更大，從圖3中看出，其他方向其他移動(dòng)距離，D95%變化半數(shù)達(dá)到了0.5%以上。主要是因?yàn)镻TV4 靶區(qū)的范圍基本上是在肩膀水平上，所以PTV4受肩膀影響最大。

圖3 肩膀位置移動(dòng)對(duì)PTV1(a)、PTV2(b)、PTV3(c)和PTV4(d)D95%的影響（彩色見網(wǎng)絡(luò)版）Fig.3 Effect of shoulder position movement on PTV1(a),PTV2(b),PTV3(c)and PTV4(d)D95%(color online)

2.2 脊髓劑量變化

總結(jié)所選頭頸部腫瘤患者肩膀朝各個(gè)方向移動(dòng)3 mm、6 mm、15 mm，后共252 個(gè)n-plan 與對(duì)應(yīng)的o-plan 脊髓劑量最大值（Dmax）的差值如圖4所示，脊髓劑量增加較大的是肩膀朝腳（I）方向移動(dòng)3 mm、6 mm、15 mm，脊髓劑量分別增加了72.8 cGy、100 cGy和212 cGy。

2.3 γ通過率結(jié)果

總結(jié)n-plan 與對(duì)應(yīng)o-plan 的γ 通過率，如表2所示，IMRT 和VMAT 計(jì)劃組γ 通過率最低的是肩膀朝頭方向移動(dòng)15 mm，分別為（94.7±1.5）%和（94.1±2.1）%。

圖4 脊髓最大劑量變化（彩色見網(wǎng)絡(luò)版）Fig.4 Spinal cord maximum dose variation(color online)

3 討論

放射治療過程中，患者體位一致性是影響精準(zhǔn)放療療效的重要因素。頭頸肩熱塑模具提高了頭頸部腫瘤放療的精度，但是肩膀位置移動(dòng)對(duì)靶區(qū)和危及器官的影響難以預(yù)料。實(shí)際身體的移動(dòng)情況、解剖的復(fù)雜性等造成了研究的困難。近年來，通過改變定位CT身體輪廓來研究劑量學(xué)的文獻(xiàn)被廣泛報(bào)道［8-13］。Chow 等［8］通過在前列腺癌患者腹部及左右兩個(gè)側(cè)面方向均勻縮小身體輪廓模擬體重減小，進(jìn)而研究靶區(qū)及直腸、膀胱、股骨頭等部位的劑量變化；Astrid等［9］通過胰腺癌定位CT 與CBCT 影像配準(zhǔn)，得到身體輪廓改變位置，再有目的地針對(duì)改變位置外擴(kuò)或收縮身體輪廓模擬解剖結(jié)構(gòu)改變。文獻(xiàn)［10-12］以前列腺和頭頸部腫瘤為例，通過改變身體輪廓模擬解剖部位改變、體重改變（增加或減?。?，進(jìn)而研究相關(guān)劑量變化。這些報(bào)道［8-13］的身體輪廓改變方式雖然與實(shí)際臨床情況存在差異，卻是研究此類劑量學(xué)問題的重要方法。本研究在定位CT基礎(chǔ)上改變身體輪廓方向模擬肩膀位置移動(dòng)，以實(shí)際臨床影像配準(zhǔn)的肩膀位置移動(dòng)大小為依據(jù)，采用國(guó)外報(bào)道的方法論［13］，針對(duì)不同病理類型、不同處方劑量展開研究。圖1的肩膀位置移動(dòng)的統(tǒng)計(jì)影像配準(zhǔn)的結(jié)果與Neubauer等［5］報(bào)道不同，其中肩膀位移2～6 mm占85%，10 mm 以上位移占2%。本研究采用的CBCT 由于FOV 較小，獲取影像測(cè)量肩膀位置移動(dòng)方法較為粗糙，測(cè)量結(jié)果與文獻(xiàn)［5］的結(jié)果相比偏大。

本研究結(jié)果顯示：肩膀位置移動(dòng)對(duì)頭頸部腫瘤靶區(qū)的影響主要取決于靶區(qū)位置，靶區(qū)位置越靠近肩膀，影響越大。當(dāng)靶區(qū)有69.96 Gy 的原發(fā)病灶PTV1，且侵犯范圍到了C7椎體時(shí)，喉癌影響較大達(dá)到3.83%；當(dāng)靶區(qū)有66～70 Gy 的淋巴結(jié)區(qū)PGTV2時(shí)，舌癌、鼻咽癌影響較大達(dá)到1.11%；當(dāng)靶區(qū)有59～63 Gy的高危預(yù)防區(qū)PTV3時(shí)，喉癌影響較大達(dá)到3.99%；當(dāng)靶區(qū)有50～54 Gy 的低危預(yù)防區(qū)PTV4時(shí)，下咽癌、鼻咽癌、喉癌影響較大達(dá)到4.16%，移動(dòng)距離越小，影響越小，此結(jié)果與Neubauer 等［14］的研究結(jié)論類似。肩膀位置在左右方向和腹部方向移動(dòng)對(duì)脊髓劑量影響小于頭腳方向。肩膀位置朝腳（I）方向移動(dòng)15 mm，脊髓Dmax增加，最大達(dá)到212 cGy，Neubauer［13］報(bào)道了三例頭頸部腫瘤患者，脊髓Dmax同樣在I 方向移動(dòng)15 mm時(shí)增加最大。γ通過率結(jié)果顯示：肩膀朝頭（S）方向移動(dòng)15 mm的γ通過率小于95%，其他方向移動(dòng)的計(jì)劃γ通過率結(jié)果均大于95%。另外，針對(duì)VMAT 計(jì)劃，機(jī)架360°旋轉(zhuǎn)過程中出束，劑量率、機(jī)架速度、多葉光柵運(yùn)動(dòng)等都在機(jī)架旋轉(zhuǎn)過程中變化，而IMRT計(jì)劃，只在設(shè)定的射野角度出束。結(jié)果顯示，肩膀位置移動(dòng)后VMAT會(huì)比IMRT影響更大，Pair 等［6］報(bào)道每1 cm 源皮距變化導(dǎo)致靶區(qū)平均劑量的改變：VMAT（3.6%）大于IMRT（2.9%）。本研究也有類似的結(jié)論：如圖3所示，對(duì)PTV3D95%影響，p3/12-VMAT 大于p5/6/9/10/11-IMRT；對(duì)PTV4D95%影響，p14-VMAT 大于p1-IMRT；對(duì)脊髓Dmax影響，p12-VMAT（L+15 mm，212 cGy）大于p6-IMRT（L+15 mm，32.8 cGy）；γ通過率的影響也是VMAT 大于IMRT 計(jì)劃（p＜0.05，wilcoxon 秩和檢驗(yàn)，SPSS22.0）。因此，VMAT 計(jì)劃更應(yīng)該重視肩膀位置移動(dòng)對(duì)治療精度的影響。

頭頸部腫瘤靶區(qū)主要分為原發(fā)病灶PTV1、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移區(qū)PTV2、高危轉(zhuǎn)移區(qū)PTV3、低危轉(zhuǎn)移區(qū)PTV4等。盡管這些靶區(qū)的范圍因人而異，極不固定，但本文盡量選取不同范圍、不同類型的具有代表性的頭頸部腫瘤展開討論，因存在一定的局限性，如外擴(kuò)產(chǎn)生新的組織密度設(shè)置為1 g/cm3，與真實(shí)的解剖結(jié)構(gòu)有一定的差距（真實(shí)脂肪CT值在?190 ～?30 HU［15］）。兩邊肩膀位置移動(dòng)不一定沿同一方向進(jìn)行（例如一邊肩膀朝A，另一邊朝P方向移動(dòng)），或者肩膀可能朝多個(gè)方向移動(dòng)（如同時(shí)向L、S方向移動(dòng)），這些情況均沒有考慮，肩膀移動(dòng)引起的靶區(qū)和危及器官解剖結(jié)構(gòu)變化不在本研究范圍內(nèi)。下一步，開展更多病例、更多類型頭頸部腫瘤的研究；開展肩膀移動(dòng)后VMAT 和IMRT計(jì)劃差異性的研究。

綜上所述，肩膀位置移動(dòng)對(duì)頭頸部腫瘤靶區(qū)和危及器官影響客觀存在，且在頭-腳（SI）和腹-背（AP）方向的影響大于左-右（LR）方向。結(jié)合γ 通過率分析可得，當(dāng)肩膀位置向頭方向移動(dòng)在15 mm及以上，γ通過率較低，技師在擺位時(shí)應(yīng)該注意病人是否聳肩。為保證體位一致性，在CT定位和治療擺位時(shí)均應(yīng)囑托患者肩膀輕貼熱塑模具；物理師在計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)危及器官劑量限量留有足夠余地，防止擺位時(shí)因肩膀位置移動(dòng)帶來的危及器官超量。