鄭倩倩,高文超,陳文彰△

(1.首都醫(yī)科大學石景山教學醫(yī)院/北京市石景山醫(yī)院放療科,北京 100043;2.解放軍總醫(yī)院第五醫(yī)學中心放療科,北京 100071)

宮頸癌是最為常見的女性惡性腫瘤,其發(fā)病率逐年升高,且發(fā)病人群逐漸趨于年輕化。調強放射治療已廣泛應用于宮頸癌術后患者,靶區(qū)受照劑量的準確性是保證宮頸癌放療質量的關鍵因素[1-3]。宮頸癌放療患者的體位固定方式為碳纖維體位固定板和熱塑膜,由于靶區(qū)位置居中,常采用容積旋轉調強放療或固定野均分調強放療,其射線有將近一半需穿過治療床和體位固定板才能到達患者體內,在此過程中劑量會衰減。為了減少劑量衰減,臨床上使用的治療床和體位固定板大多采用碳纖維材料,但是研究發(fā)現(xiàn)碳纖維材料對于劑量的衰減影響仍然不容忽視,國內外已有眾多文獻報道碳纖維治療床對放療劑量的影響較大,建議放射治療計劃系統(tǒng)(TPS)中添加治療床模型,以保證放療劑量的準確性[4-10],而有關碳纖維體位固定板的存在對放療劑量的影響研究較少。因此,本文通過XHA1400加速器和RayStation計劃系統(tǒng),探討碳纖維體位固定板對宮頸癌患者放療劑量的影響,為后期臨床工作中體位固定板模型的添加與否提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 材料與設備

新華碳纖維體位固定板:外殼為碳素纖維材料,內部由泡沫填充;Philips 大孔徑CT;RayStation 9.0計劃系統(tǒng); XHA1400醫(yī)用電子直線加速器;測量設備:PTW UNIDOS E劑量儀、PTW30013 0.6cc指型電離室;RW3型固體水; ArcCHECK計劃驗證設備。

1.2 體位固定板模型建立及模型驗證

1.2.1體位固定板模型建立

碳纖維體位固定板在Philips 大孔徑CT下進行掃描,CT掃描圖像傳輸至RayStation計劃系統(tǒng),通過勾畫工具分別勾畫碳纖維體位固定板外殼及內部泡沫輪廓,并分別測量CT值,以此CT值為基礎分別賦予外殼、內部泡沫0.85 g/cm3、0.09 g/cm3的密度值,見圖1。

圖1 碳纖維體位固定板模型

1.2.2模型驗證

Philips 大孔徑CT下掃描RW3型固體水模體,模體構成如下:0.6cc電離室插入固體水中,并且上、下各放5 cm固體水。掃描完成后CT圖像傳輸?shù)絉ayStation計劃系統(tǒng),分別設計有板模型計劃、無板模型計劃,計劃條件:等中心照射,射野10 cm×10 cm,出束100 MU,射野角度分別為80°、60°、40°、20°、0°、340°、320°、300°、280°。將2種計劃下各自對應的照射角度劑量進行比較,得到模型板衰減系數(shù)fTPS,見圖2;XHA1400加速器下按照計劃系統(tǒng)計劃條件進行實際測量,得到實際板衰減系數(shù)f實測。比較fTPS、f實測二者偏差d,d=(f實測-fTPS)/ f實測。

圖2 有板模型模體計劃和無板模型模體計劃

1.3 宮頸癌無板模型計劃、有板模型計劃比較

1.3.1計劃設計

選取10例宮頸癌患者,使用RayStation計劃系統(tǒng)在不添加體位固定板模型的CT圖像上設計7野調強計劃,射野角度分別為180°、130°、80°、30°、330°、280°、230°,經(jīng)過計劃優(yōu)化、劑量計算,得到無板模型計劃。再將無板模型計劃移植到添加體位固定板模型的CT圖像上,直接進行劑量計算,以保證子野數(shù)目、射野跳數(shù)等參數(shù)不變,得到有板模型計劃劑量。計劃處方劑量5 040 cGy/28 f,180 cGy/f。

1.3.2劑量參數(shù)評估

對于計劃靶區(qū)(planning target volume,PTV),比較有板模型計劃、無板模型計劃下的最大受照劑量(Dmax)、最小受照劑量(Dmin)、平均受照劑量(Dmean)、D2(2%的PTV體積受照射劑量)、D50(50%的PTV體積受照射劑量)、D98(98%的PTV體積受到的照射劑量)、適形性指數(shù)(conformity index,CI)、均勻性指數(shù)(homogeneity index,HI)等參數(shù)。對于危及器官(organ at risk,OAR),采用V30(接受300 cGy劑量照射的體積點比)、V40(接受400 cGy劑量照射的體積點比)、Dmean評估小腸及左、右股骨頭受照劑量,采用V40、V45(接受450 cGy劑量照射的體積點比)、V50(接受500 cGy劑量照射的體積點比)、Dmean評估膀胱和直腸受照劑量,采用Dmax評估脊髓受照劑量。HI=(D2-D98)/D50;CI=(Vt,ref×VT,ref)/(VT×Vref),其中Vt,ref為參考等劑量線所覆蓋的靶體積,VT為靶區(qū)體積,Vref為參考等劑量線所覆蓋的總體積。

1.3.3宮頸癌有板驗證計劃、無板驗證計劃比較

RayStation 計劃系統(tǒng)中分別建立無板模型、有板模型2種ArcCHECK驗證模體,將10例宮頸癌患者的無板模型計劃分別移植到2種驗證模體中,保證子野數(shù)目、射野跳數(shù)等參數(shù)不變,并進行劑量計算得到2種驗證計劃:無板模型驗證計劃、有板模型驗證計劃,見圖3。在XHA1400加速器下,將ArcCHECK驗證模體置于新華體位固定板上執(zhí)行無板模型計劃,進行計劃驗證,見圖4。分析RayStation計劃系統(tǒng)中體位固定板模型的有、無對宮頸癌患者伽馬通過率的影響。

A:無板模型驗證計劃;B:有板模型驗證計劃。

圖4 ArcCHECK計劃驗證

1.4 統(tǒng)計學處理

2 結 果

2.1 體位固定板模型驗證

體位固定板在不同機架角度下的實際衰減系數(shù)在0.961～0.997,RayStation計劃系統(tǒng)中,不同機架角度下計算得到的fTPS與f實測接近,均d<0.3%,見表1。

表1 體位固定板在不同機架角度下的衰減系數(shù)

2.2 PTV劑量參數(shù)比較

對于PTV,計劃系統(tǒng)中體位固定板的加入,導致Dmean、Dmin、Dmax、D50、D2、D98的平均受照劑量分別下降55.10 cGy(1.06%)、41.80 cGy(0.97%)、67.50 cGy(1.21%)、54.50 cGy(1.04%)、65.70 cGy(1.21%)、51.10 cGy(1.05%),即計劃系統(tǒng)計劃設計時若不考慮體位固定板的存在,會使PTV受照劑量被高估1%左右;同時,體位固定板的加入對CI、HI影響不大,差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05),見表2。

表2 有板模型計劃和無板模型計劃PTV劑量參數(shù)比較

2.3 OAR劑量參數(shù)比較

對于OAR,有板模型計劃的劑量體積(V30、V40、V45、V50)、Dmean、Dmax比無板模型計劃均有不同程度的降低,其中小腸、膀胱、直腸、左股骨頭、右股骨頭的劑量體積百分點降低范圍<3%,Dmean降低范圍<2%;脊髓Dmax偏低了2.3%,上述各個OAR劑量參數(shù)有板模型計劃與無板模型計劃比較差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05),見表3。

表3 有板模型計劃和無板模型計劃OAR劑量參數(shù)比較

2.4 計劃驗證伽馬通過率比較

無板模型驗證計劃、有板模型驗證計劃的伽馬通過率均3 mm/3%>95%、均2 mm/2%>90%;有板模型驗證計劃的伽馬通過率均高于無板模型驗證計劃,3 mm/3%通過率平均提高0.69%,2 mm/2%通過率平均提高1.50%,且差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05),見表4。

表4 有板模型和無板模型驗證計劃伽馬通過率比較

3 討 論

隨著放射治療技術的發(fā)展,對精準放療的要求越來越高,影響放療精確度的因素較多,如制模階段的體位固定方式[11-12]、CT定位后的靶區(qū)勾畫范圍[13-14]、計劃設計階段的劑量計算算法[15-16]、治療階段的加速器機械、劑量精度等。張坤等[17]指出,TPS計算的放療劑量準確度最好限制在3%左右,因此患者在實際治療過程中為保證計劃系統(tǒng)計算準確度,應盡可能地將各個誤差來源均考慮在內。加速器治療床和體位固定板作為腫瘤放療過程中不可少的輔助固定裝置,因后斜射野對射線的衰減影響,大多數(shù)計劃系統(tǒng)加入了治療床模型以確保劑量準確性,而體位固定板因厚度相對治療床較小,對射線的衰減要少得多,而常被忽略,這無疑對劑量計算的精確度引入了偏差,該偏差影響有多大,是否會影響患者治療效果,有待進一步研究。因此,本文對新華碳纖維體位固定板進行研究,探討RayStation計劃系統(tǒng)中新華碳纖維體位固定板的加入與否對宮頸癌患者放療劑量的影響。

目前國內外大多數(shù)計劃系統(tǒng),如RayStation、Varian Eclipse等,在進行劑量計算時均以外輪廓(Body)的勾畫范圍作為邊界,Body外不參與劑量計算(Body外默認為空氣),而目前Body的勾畫主要通過計劃系統(tǒng)的半自動勾畫工具或第三方自動勾畫軟件進行勾畫,這2種Body勾畫方式均無法完整包裹體位固定板,導致未包裹的體位固定板默認為空氣,即射線穿過時劑量不衰減,導致劑量計算不準確。若要考慮體位固定板的影響,需要醫(yī)生或物理師對每層CT圖像的Body進行手動勾畫修改,此過程耗時費力。因此本研究采用構建虛擬體位固定板模型的方法,來模擬新華碳纖維體位固定板對射線的影響,并通過實驗驗證該模型準確性。本研究結果顯示,新華體位固定板在不同機架角度下的實際衰減系數(shù)在0.961～0.997,射野角度越偏離中心軸,射線穿過板的路徑越長,衰減系數(shù)越大,與孔偉等[18]的研究結果一致,即為保證劑量計算的精確度,計劃系統(tǒng)需要考慮體位固定板對射線的影響。同時本研究結果還顯示,RayStation計劃系統(tǒng)中虛擬板模型衰減測試結果與實際板衰減具有良好的一致性,不同角度下的偏差均在0.3%以內,驗證了固定板模型的準確性。

對于宮頸癌放療計劃,本研究以不添加板模型的計劃為基準,探討若計劃系統(tǒng)再加入板模型對放療劑量的影響。結果顯示,板模型的加入會使PTV、OAR受照劑量降低。對于PTV:計劃系統(tǒng)中加入體位固定板模型,將導致Dmean、Dmin、Dmax、D2、D98、D50的平均受照劑量降低1%左右,而對PTV的CI、HI影響不大,其中HI研究結果與孔偉等[18]一致,根據(jù)HI計算公式及實驗數(shù)據(jù)得D2、D98、D50的平均受照劑量均降低1%左右,近似等比例降低,因此對均勻性HI影響不大。對于OAR:體位固定板模型的加入導致OAR劑量體積百分點偏低,偏低范圍在3%以內,影響其評估準確性。因此在計劃設計時,有必要考慮體位固定板對放療劑量的影響。

本研究還通過ArcCHECK分析測量了體位固定板模型對宮頸癌計劃驗證的伽馬通過率影響。結果顯示,加入體位固定板模型的驗證計劃伽馬通過率有明顯提高,與王曉春等[19]的實驗結論一致,加入板模型后3 mm/3%通過率平均提高0.69%,2 mm/2%通過率平均提高1.50%。研究結果也進一步表明計劃設計過程中考慮體位固定板的必要性。

綜上所述,體位固定板對宮頸癌放療劑量有一定的影響,在進行計劃設計時建議考慮體位固定板的影響,以提高劑量計算精確度。同時,本研究提出一種創(chuàng)建虛擬板模型的方法替代手動勾畫,該板模型可以和治療床模型同步添加到放療計劃中,省時省力,適合在臨床工作中開展應用。