ПОРІВНЯННЯ ГЕОМЕТРИЧНИХ ПОХИБОК В ДИСТАНЦІЙНІЙ ПРОМЕНЕВІЙ ТЕРАПІЇ ЗАЛЕЖНО ВІД ЧАСТОТИ КОРЕКЦІЇ ПОЛОЖЕННЯ ПАЦІЄНТА

DOI: 10.32471/oncology.2663-7928.t-23-1-2021-g.9450

Головна ціль променевої терапії — це підведення необхідної дози опромінення на визначену зону і мінімізація опромінення оточуючих здорових тканин. Для досягнення зазначеного потрібна висока геометрична точність як пучка опромінення, так і положення пацієнта під час проведення процедури. Основою перевірки та корекції положення пацієнта є мегавольтні зображення (MV), мегавольтні [1] та кіловольтні (kV) знімки; широку популярність набирає також метод трьохвимірного рентгенівського знімка (Cone Beam Computed Tomography — CBCT) [2]. Якщо відома геометрична похибка положення пацієнта, до необхідного клінічного об’єму опромінення (clinical target volume — CTV) додається додатковий відступ на це відхилення від запланованого об’єму опромінення (planning target volume — PTV). Таким чином, при зменшенні геометричних неточностей, можна зменшити PTV, не знижуючи терапевтичну ефективність лікування.

На даний момент існує кілька найбільш застосовуваних режимів контролю положення пацієнта: щоденний, щотижневий, контроль лише на першій фракції і контроль на перших 3–5 днях лікування (еквівалент no-action level protocol). Основною причиною відмови від виконання щоденних знімків є підвищення променевого навантаження на пацієнта, додаткова витрата людських та матеріальних ресурсів, а також зменшення пропускної здатності відділення. На даний момент з використанням сучасних низькодозових зображень kV-kV та CBCT променеве навантаження суттєво знизилося [3, 4]. У дослідженні А. Amer et al. [5] було виявлено, що при повному CBCT грудної клітки пацієнти отримують в середньому 6 мГр за один скан (близько 18 сГр за 30 фракцій), що становить до 0,5% від середніх терапевтичних доз. Час виконання верифікації за сучасними технологіями також суттєво скоротився і становить 1–3 хв. При середній тривалості всієї терапевтичної процедури в 12–15 хв час на зображення займає 7,0–20,0% від тривалості всього лікувального процесу.

Неточності в укладанні пацієнта можна розділити на дві категорії: систематична та випадкова похибки [6, 7]. Випадкова похибка розмиває дозовий розподіл і робить його більш однорідним, у той час як систематична похибка призводить до зміщення всієї накопиченої дози. Систематична похибка реалізується в одному напрямку і з однаковою амплітудою, а випадкова варіює в усіх напрямках зі змінною амплітудою і є непередбачуваною. Систематична похибка є більш критичною, тому що вона впливає на всі фракції лікування [7]. Зменшення похибки дозволить не лише знизити променеве навантаження на здорові тканини, але й дасть можливість підвищувати дози на пухлину, що у разі радіорезистентних пухлин може суттєво покращити локальний контроль [8].

У фаховій літературі існує ряд робіт щодо можливості та підходів до зменшення похибки, але дослідження з репрезентативними вибірками пацієнтів (аналогічними з кількістю обстежених в даній роботі) були проведені з використанням обладнання попередніх поколінь, а наявні результати досліджень на сучасному обладнанні мають малу (<50) вибірку пацієнтів [9–11].

Значною перевагою дослідження, проведеного в клініці «Оберіг», є «засліпленість» працівників (лікарів і лаборантів), що обґрунтовує максимальну наближеність наших результатів до рутинної практики та можливість їх застосування на обладнанні аналогічного класу в більшості сучасних центрів променевої терапії. Важливою особливістю дослідження є також обрахунок абсолютних значень випадкової та систематичної похибок окремо для всіх трансляційних та ротаційних ступенів вільності. Показано, що таке розділення дозволяє визначити основні джерела геометричних неточностей та, за можливості, уникати або мінімізувати їх [12].

Більшість стандартних рекомендацій роблять з припущенням, що похибки в усіх напрямках однакові, що є грубою оцінкою ситуації. Більш коректним вважаємо визначення похибок для кожного напрямку окремо, тобто формування анізотропних відступів на PTV. Такий підхід до формування об’єму опромінення дасть змогу зменшити відступи в напрямках з невеликою похибкою та збільшити відступи у напрямках з великою похибкою. Таким чином можна зменшити променеве навантаження на здорові тканини та покращити дозове покриття CTV.

Враховуючи викладене, основною метою даної роботи було визначення додаткових анізотропних відступів на PTV за відсутності щоденного контролю положення пацієнта за рентгенівськими знімками.

ОБ’ЄКТ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ

У дослідження включені відомості (дані суміщень рентгенівських зображень) щодо 222 пацієнтів, які одержали променеве лікування з приводу зло­якісних пухлин різної локалізації в Центрі променевої терапії Універсальної клініки «Оберіг». Усі дані повністю анонімізовані та не несуть загрози розголошення персональних даних пацієнтів.

Пацієнтів було розділено на 5 груп залежно від розміщення ізоцентру опромінення: голова (n = 67), голова-шия (n = 27), грудна клітка (n = 58), черевна порожнина (n = 12), мала миска (n = 58). Пацієнти були проліковані на прискорювачі TrueBeam 2.7 з використанням методик 3D-конформної терапії, модуляції за інтенсивністю (intensity modulated radiation therapy — IMRT) та об’ємно модульованої променевої терапії (volumetric modulated arc therapy — VMAT). Лікувальні плани розраховані в Eclipse 15.6.

Іммобілізація пацієнтів. Для кожної групи пацієнтів використовували різні фіксуючі пристрої Orfit, що враховували анатомічні особливості зони опромінення: для іммобілізації голови та голови-шиї — SBRT Plate, маски Eficast та підголівники; для грудної клітки — вакуумні матраци або MammoRX та аксесуари, фіксатори колін і ступень; для черевної порожнини — SBRT Plate та вакуумні матраци; для органів малого таза — SBRT Plate, фіксатори колін, фіксатори ступень та/або вакуумні матраци [13].

Системи контролю та корекції положення пацієнта. Для перевірки положення пацієнта використовували пари взаємоперпендикулярних планарних kV-знімків та CBCT з повним обертом (360 0) або півобертом (200 0). Підтвердження зсувів проводилися досвідченим рентген-лаборантом на лінійних прискорювачах або променевим терапевтом.

Схема дослідження. Було отримано і оброблено контрольні знімки та зсуви (більше 4000 корекцій) всіх відібраних пацієнтів на всіх фракціях лікування, окрім першої. На першій фракції пацієнта спочатку вкладають за мітками, отриманими на комп’ютерній томографії, що не є лікувальними; після цього вираховують та проводять зсув на лікувальний ізоцентр. Саме через цей зсув з’являється додаткова похибка, яка буде відсутньою в наступних фракціях. Тому зсув на першій фракції не піддається такій статистичній обробці, як всі наступні фракції.

Для порівняння було вибрано 2 режими частоти проведення знімків: щоденний та режим «знімків лише на першій фракції» з подальшим укладанням пацієнта за мітками на тілі. Режим «знімків лише на першій фракції» є гіпотетичним, тобто насправді положення пацієнтів на всіх фракціях лікування були скориговані, а величини зсувів у цьому дослідженні будуть виступати як додаткові похибки за умови відсутності знімків перед лікуванням. Метою такого порівняння є оцінка додаткових відступів на PTV у разі, якщо не проводять знімки пацієнтів кожного дня заради зменшення витрат часу на одного хворого.

Зсуви були поділені на 2 категорії: трансляційні та ротаційні. Трансляційні мають три лінійно незалежні складові — медіолатеральні (ML), краніокаудальні (CC) та вертикальні (AP). Ротаційні зміщення — нахили за/проти годинникової стрілки, нахили вліво-вправо та нахили в бік голови/ніг.

Статистична обробка. Обрахунок індивідуальних та групових параметрів геометричної неточності укладання пацієнта було проведено згідно з «On target: ensuring geometric accuracy in radiotherapy» від The Royal College of Radiologists [14]. Індивідуальна середня похибка укладки m_i була визначена як середня похибка для одного пацієнта на кожній із фракцій його лікування:

,

де n — кількість фракцій лікування.

Групові середні зміщення визначалися як середнє від середніх значень окремого пацієнта:

,

де k — кількість пацієнтів у групі.

Середні значення визначалися по трьох окремих напрямках зміщень окремо — ML, CC та AP.

Також було розраховано довжину вектора зміщення пацієнта на кожній фракції r_n:

Систематична похибка укладки Σ_setup визначалася як середньоквадратичне відхилення середнього індивідуального m_i від середнього групового M_group:

Випадкова похибка щодо пацієнта σ_i визначалася як середньоквадратичне відхилення на кожній фракції від середнього значення m_i за всі фракції лікування:

Випадкова похибка групи пацієнтів визначалася як корінь від середніх квадратів σ_i:

Анізотропні відступи на PTV обраховані за формулою Ван Херка [15], при якій мінімальну дозу CTV в розмірі 95% від приписаної отримають більше 90% пацієнтів [16]:

Систематична Σ_R та випадкові σ_R похибки довжини вектора зміщення (радіальний зсув) були визначені аналогічно до Σ_setup та σ_setup.

РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

Середні відхилення пацієнта вказують на систематичну похибку, що пов’язана з низкою таких факторів, як люфт фіксуючих пристроїв, зміна емоційного стану хворого протягом всього циклу лікування та ін.

За результатами середніх значень відхилень та поворотів, представлених на рис. 1 та 2, очевидно, що систематична похибка найбільше проявляється у пацієнтів в групах опромінення черевної порожнини та грудної клітки, особливо в напрямку AP.

Примітки: Pitch — нахил вперед-назад, Roll — нахил вліво-вправо, Rtn — повороти за та проти годинникової стрілки.

Найбільші відхилення від бажаного положення показала група пацієнтів з опроміненням грудної клітки, у той час як найменші — група з опроміненням голови. Дані щодо модулів середніх відхилень та середнім радіальним відхиленням показано на рис. 3 і 4 відповідно.

Важливим параметром у характеристиці точності укладання є модуль вектора переміщення. Медіана радіальних відхилень має найбільші значення для органів малого таза та грудної клітки — 1,07 см та 1,38 см. Розподіл за всіма локалізаціями показаний на рис. 5.

Систематичну похибку можна суттєво зменшити за рахунок використання більшої кількості фіксуючих пристроїв і ретельної підготовки пацієнта до кожного сеансу опромінення [17]. Випадкову похибку набагато важче передбачити, тому зменшити її вплив набагато складніше. Внесок систематичної та випадкової похибок в загальну похибку наведено на рис. 6. Як видно, для локалізації центру опромінення «органи малого таза» або «голова» значущість систематичної і випадкових похибок для загальної неточності близькі між собою. За інших локалізацій центру опромінення внесок систематичної і випадкових похибок різниться. Найбільший відсотковий внесок у загальну похибку систематична похибка має при укладанні черевної порожнини, що вказує на необхідність використання значної кількості фіксуючих пристроїв за такої локалізації, якщо знімки для перевірки положення пацієнта не проводяться кожного дня. Особливо це має значення для зменшення PTV, оскільки коефіцієнт внеску до відступів 2,7 для систематичної та 0,7 для випадкової похибок.

За формою Ван Херка були розраховані анізотропні відступи для компенсації неточності укладання окремо для кожної групи пацієнтів (таблиця). Дані відступи забезпечують мінімальну дозу на CTV в розмірі 95% від приписаної для 90% [18] всіх пацієнтів у групі.

Таким чином, головним результатом дослідження є встановлення анізотропних відступів на PTV, які потрібно використовувати за відсутності щоденного контролю положення пацієнта за рентгенівськими знімками. Відступи обраховані для основних 5 зон опромінення: голова, голова/шия, грудна клітка, черевна порожнина та органи малого таза. Було виявлено, що найбільші відступи необхідні в латеральному напрямку.

Аналіз одержаних даних дозволяє зробити наступні висновки і рекомендації:

1. У більшості випадків маркери на тілі пацієнта не є абсолютно нерухомими відносно лікувального ізоцентру, тому повністю уникнути похибки укладання практично неможливо, особливо у разі укладання пацієнта за мітками в зоні малого таза, черевної порожнини та грудної клітки, тому, використовуючи дані дослідження, можна суттєво зменшити недопокриття зони CTV.

2. Одним із підходів до зменшення похибки укладання є протокол «no-action level», який частково зменшує величину систематичної похибки. Але за результатами дослідження середні відхилення пацієнта коливаються несуттєво від початкових міток, тому такий підхід значно поступається в ефективності щоденним зображенням, особливо для зон голови та голови/шиї.

3. Показана наявність суттєвих ротаційних похибок, корекція яких можлива лише при використанні 6D-лікувального столу. Вплив поворотів на точність лікування залежить від низки факторів, таких як форма пухлини, енергія та геометрія пучків опромінення. Найбільшої актуальності використання ротаційної корекції набуває у разі використання високих разових доз, коли ефект розмиття випадкової похибки не виникає через невелику кількість фракцій. Ефект від таких неточностей на розмір PTV потребує подальших досліджень.

4. Розподіл випадкової і систематичної похибок варіює залежно від сукупності локальних факторів: набору фіксуючих засобів, системи візуалізації, досвідченості лаборантів, товщини та точності лазерів для позиціонування, товщини маркерів на тілі та ін. Тому проведення ідентичного дослідження в інших клініках може дати інші результати щодо відступів PTV.

5. У більшості лікувальних центрів, незалежно від частоти проведення передлікувальних знімків, використовують ізотропні відступи на PTV, які за своєю природою є анізотропними. Це призводить до опромінення зайвої кількості здорових тканин. Використання анізотропних відступів, визначених у даному дослідженні, дозволить більш індивідуально підходити до лікування пацієнтів та знизити променеве навантаження на здорові тканини.

6. Використання специфічних фіксуючих пристроїв, таких як термопластичні маски для голови, у більшості випадків дозволяє знизити частоту контрольних зображень у разі лікування з великою кількістю фракцій. За результатами дослідження, в цій локалізації майже відсутня необхідність в анізотропних відступах через велику ступінь відтворюваності положення пацієнта і невеликий розмір систематичної похибки, яка становила 0,10 см, 0,11 см та 0,21 см в напрямках AP, CC та ML відповідно.

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

• 1. Gildersleve J, Dearnaley DP, Evans PM, Swindell W. Reproducibility of patient positioning during routine radiotherapy, as assessed by an integrated megavoltage imaging system. Radiother oncol 1995; 35 (2): 151–60.
• 2. Den RB, Doemer A, Kubicek G, et al. Daily image guidance with cone-beam computed tomography for head-and-neck cancer intensity-modulated radiotherapy: a prospective study. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2010; 76 (5): 1353–59.
• 3. Walter C, Boda-Heggemann J, Wertz H, et al. Phantom and in-vivo measurements of dose exposure by image-guided radiotherapy (IGRT): MV portal images vs. kV portal images vs. cone-beam CT. Radiother Oncol 2007; 85 (3): 418–23.
• 4. Purdie TG, Bissonnette JP, Franks K, et al. Cone-beam computed tomography for on-line image guidance of lung stereotactic radiotherapy: localization, verification, and intrafraction tumor position. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2007; 68 (1): 243–52.
• 5. Amer A, Marchant T, Sykes J, et al. Imaging doses from the Elekta Synergy X-ray cone beam CT system. Br J Radiol 2007; 80 (954): 476–82.
• 6. Kanakavelu N, Jebaseelan SJ. Determination of patient set-up error and optimal treatment margin for intensity modulated radiotherapy using image guidance system. J BUON 2016; 21 (2): 505–11.
• 7. Landberg T, Chavaudra J, Dobbs J, et al. Report 62, Journal of the International Commission on Radiation Units and Measurements1999; os32 (1): https://doi.org/10.1093/jicru/os32.1.Report62
• 8. Dawson LA, Jaffray DA. Advances in image-guided radiation therapy. J Clin Oncol 2007; 25: 938–46.
• 9. Padhani AR, Khoo VS, Suckling J, et al. Evaluating the effect of rectal distension and rectal movement on prostate gland position using cine MRI. Int J Radiat Oncol Biol Phys 1999; 44 (3): 525–33.
• 10. Dawson LA, Litzenberg DW, Brock KK, et al. A comparison of ventilatory prostate movement in four treatment positions. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2000; 48 (2): 319–23.
• 11. Van der Heide UA, Kotte ANTJ, Dehnad H, et al. () Analy­sis of fiducial marker-based position verification in the external beam radiotherapy of patients with prostate cancer. Radiother Onco 2007; 82 (1): 38–45.
• 12. Thasanthan L, Piyasena W, Croos A, et al. Assessment of three-dimensional set-up errors in pelvic radiation therapy. J Cancer Prev Curr Res 2014; 1 (2): 00009. DOI: 10.15406/jcpcr.2014.01.00009.
• 13. Gilbeau L, Octave-Prignot M, Loncol T, et al. Comparison of setup accuracy of three different thermoplastic masks for the treatment of brain and head and neck tumors. Radiother Oncol 2001; 58 (2): 155–62.
• 14. Hoskin P, Greener A, Kirby MC, et al. On Target: ensuring geometric accuracy in radiotherapy. A Joint RCR/IPEM/SCoR Report, Royal College of Radiologists, 2008 (RCR, London, UK). ISBN 1-905034-33-8.
• 15. Van Herk M. Errors and margins in radiotherapy. Seminars in radiation oncology 2004; 14 (1): 52–64.
• 16. Van Herk M, Remeijer P, Rasch C, Lebesque JV. The probability of correct target dosage: dose-population histograms for deriving treatment margins in radiotherapy. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2000; 47 (4): 1121–35.
• 17. Bortfeld T, van Herk M, Jiang SB. When should systematic patient positioning errors in radiotherapy be corrected? Phys Med Biol 2002; 47 (23): N297–N302.
• 18. Stroom JC, de Boer HC, Huizenga H, Visser AG. Inclusion of geometrical uncertainties in radiotherapy treatment planning by means of coverage probability. Int J Radiat Oncol Biol Phys 1999; 43 (4): 905–19.

Адреса для листування:
Ващишин В.П.
Універсальна клініка «Оберіг»,
Центр променевої терапії
03057, Київ, вул. Зоологічна, 3Г
E-mail: v.vashchyshyn@gmail.com

Одержано: 6.04.21