胸段食管癌图像引导放射治疗中摆位和剂量误差及治疗分次内动度对靶区剂量的影响

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目的:使用CBCT测量我院食管癌患者图像引导放疗中的摆位误差,用三维治疗计划系统模拟并评价患者图像引导放疗治疗分次内动度对靶区和周围正常组织物理剂量学的影响;并使用三维半导体探测矩阵delta4连续对加速器进行剂量测量,监测加速器机械及剂量误差和性能,以期指导临床调整治疗计划。方法:2011年12月至2012年9月首程治疗的胸段食管癌患者23例,全部患者采用胸膜固定,行CT模拟定位,通过局域网将CT模拟图象传输到治疗计划系统并进行三维重建,由主管医师根据临床检查结果勾画GTV、CTV、PTV和危及器官。由物理师设计治疗计划,主管医师确认治疗计划后,进行图像引导放疗。物理师将病人定位图像传输到XVI图像工作站,使用千伏级CBCT采集患者治疗前、后摆位图像,采用灰度配准,经主管医师确认配准结果后,由XVI软件输出三维方向(左右、头脚、前后方向)的误差。将治疗前摆位数据称为治疗前摆位误差,由于进行治疗时治疗前摆位误差已修正为零,所以将治疗后所得摆位数据称为治疗分次内动度。检测食管癌不同病变部位及不同治疗周摆位误差。治疗分次内动度的模拟可以通过改变射野中心(isocenter)的位置来实现,而射野角度、形状、权重等条件完全不变,重新计算。初始治疗计划为PLAN1,将每例患者治疗后CBCT显示治疗分次内动度≥3mm的予以模拟,获得两种新的治疗计划。PLAN2为将n次分次治疗时治疗分次内动度≥3mm的予以模拟,并给予单次处方剂量,分次治疗时治疗分次内动度<3mm则使用PLAN1予以治疗,形成总的治疗计划,PLAN3为n次分次治疗时治疗分次内动度≥3mm的予以模拟,并将n次模拟的计划平均分配到总的治疗次数中,相当于将患者所有分次治疗内的动度都视为大于3mm,形成总的治疗计划,比较PLAN2、PLAN3与PLAN1的区别,探讨患者图像引导放疗治疗分次内动度对靶区和周围正常组织物理剂量学的影响。采用三维半导体探测矩阵Delta4对19例食管癌患者的调强计划连续进行12周剂量验证,利用分析软件将得到的实际剂量分布与计划中的剂量分布进行比较,采用Gamma值(3mm和3%)测量剂量验证的偏差。结果:(1)胸上段、胸中段和胸下段食管癌患者治疗前平均摆位误差(cm)在X轴分别为0.39±0.32、0.28±0.25、0.42±0.38(F=8.357,P=0.000),在Y轴分别为0.63±0.51、0.65±0.58、0.61±0.43(F=0.147,P=0.863),在Z轴分别为0.26±0.19、0.32±0.24、0.30±0.17(F=3.699,P=0.026),胸上段和胸下段食管癌X轴平均治疗前摆位误差大于胸中段食管癌,胸中段食管癌Z轴平均治疗前摆位误差大于胸上段食管癌。胸上段食管癌患者治疗前系统误差和随机误差(cm)在X、Y、Z轴分别为0.07、0.47、-0.15和0.50、0.66、0.28,胸中段食管癌患者治疗前系统误差和随机误差(cm)在X、Y、Z轴分别为-0.04、0.45、-0.11和0.37、0.75、0.38,胸下段食管癌患者治疗前系统误差和随机误差(cm)在X、Y、Z轴分别为0.29、0.23、0.04和0.48、0.72、0.34。(2)胸上段、胸中段和胸下段食管癌患者平均治疗分次内动度(cm)在X轴分别为0.12±0.15、0.10±0.10、0.10±0.10(F=1.995,P=0.138),在Y轴分别为0.12±0.10、0.11±0.10、0.12±0.10(F=0.423,P=0.656),在Z轴分别为0.13±0.11、0.12±0.10、0.08±0.07(F=6.089,P=0.003),胸上段食管癌患者治疗分次内系统误差和随机误差(cm)在X、Y、Z轴分别为0.03、0.03、-0.10和0.19、0.15、0.13,胸中段食管癌患者治疗分次内系统误差和随机误差(cm)在X、Y、Z轴分别为-0.03、0.01、-0.10和0.13、0.15、0.11,胸下段食管癌患者治疗分次内系统误差和随机误差(cm)在X、Y、Z轴分别为-0.02、0.05、-0.05和0.14、0.15、0.09。(3)不使用CBCT情况下,胸上段食管癌在X、Y、Z轴应分别外扩6mm、17mm、6mm,胸中段食管癌在X、Y、Z轴应分别外扩4mm、17mm、6mm,胸下段食管癌在X、Y、Z轴应分别外扩11mm、11mm、4mm。使用CBCT后,胸上段食管癌在X、Y、Z轴应分别外扩3mm、2mm、4mm,胸中段食管癌在X、Y、Z轴应分别外扩2mm、2mm、4mm,胸下段食管癌在X、Y、Z轴应分别外扩2mm、3mm、2mm。(4)不同治疗周间治疗前摆位误差在Y轴上没有统计学差异(P>0.05),在X、Z轴上自第五周后与其他几周相比有统计学差异(P<0.05),自第五周开始治疗前摆位误差均高于其他几周。(5)PLAN1和PLAN2比较,GTVPLAN1的D50、D2平均值高于GTVPLAN2,经统计学检验,D50、D2有统计学差异,其余指标均无统计学差异。CTVPLAN2中D100、D2有统计学差异,其余指标均无统计学差异。PTVPLAN2中D50有统计学差异,其余指标均无统计学差异。PLAN1和PLAN3比较,GTVPLAN1的V100平均值高于GTVPLAN3,经统计学检验,V100有统计学差异,其余指标均无统计学差异。CTV和PTV中所有指标均无统计学差异。(6)PLAN1、PLAN2、PLAN3的全肺平均剂量分别为1374.25±182.82cGy、1374.09±182.93cGy和1362.04±194.05cGy;全肺V20分别为26.32±2.43%、26.32±2.42%和25.99±2.62%;全肺V30分别为15.67±2.28%、15.65±2.27%和15.24±2.24%。PLAN1、PLAN2、PLAN3的心脏平均剂量分别为1382.19±1269.94cGy、1382.90±1271.32cGy和1398.66±1300.80cGy;全心V40分别为9.35±12.83%、9.34±12.83%和9.36±12.94%;全心V50分别为4.71±6.79%、4.69±6.78%和4.57±6.62%。上述指标除PLAN1与PLAN3中全肺V30外,其余在PLAN1与PLAN2中及PLAN1与PLAN3中均无统计学差异(P>0.05),且PLAN3中肺V30的值低于PLAN1。原计划中无一例脊髓受量超过4500cGy,PLAN2中有2例超过4500cGy,最大剂量为4517.2cGy,PLAN3中有8例超过4500cGy,最大剂量为5045.2cGy。(7)三维半导体探测矩阵Delta4连续对加速器进行剂量测量,第112周平均通过率(%)分别为94.6±2.3、91.2±3.0、92.8±3.6、88.4±4.9、86.3±6.9、95.4±2.8、94.0±3.4、94.0±4.4、77.1±7.0、85.4±5.4、85.9±5.4、85.8±5.6。剂量验证第1周全体通过率最好,第9周最差。300°、0°、60°射野的γ值连续12周均在95%以上,210°、150°的γ值则较为分散,210°150°射野的平均通过率分别为92.3±6.5、97.9±3.1、97.4±2.1、96.4±4.8、92.7±4.6。结论:不同部位的食管癌在前后、左右方向摆位误差大小不同,在不使用CBCT的情况下,我院PTV外放边界0.5-1.0cm在Y轴方向显著不足。治疗后期患者X、Z轴治疗前摆位误差变大,建议自第五周时重新更换体膜进行模拟定位,制定治疗计划。在使用CBCT纠正摆位误差后,无论对于何段食管癌,PTV外放边界均显著减小,放疗时建议每次使用CBCT。患者使用CBCT后,分次治疗内的动度对原治疗计划靶区受量存在一定影响,但由于脊髓为串联器官,对治疗分次内动度相对敏感,可能会导致较多病例脊髓受量超过最大耐受量,需要引起临床重视。加速器机械误差和剂量误差客观存在,对靶区照射剂量产生一定影响。
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