膀胱和直腸體積變化對前列腺癌調強放療靶區劑量的影響

李 明，王 嬋，李高峰(通訊作者)，張紹剛

(北京醫院 放療科，北京100730)

膀胱和直腸體積變化對前列腺癌調強放療靶區劑量的影響

李 明，王 嬋，李高峰(通訊作者)，張紹剛

(北京醫院 放療科，北京100730)

目的:應用圖像引導放射治療(Image—guided radiotherapy，IGRT)技術，觀察膀胱、直腸在治療中的變化，分析其對治療的影響。方法:入選16例接受根治性調強放療的前列腺癌患者，共行KVCBCT在線校正治療體位214次。在模擬CT和錐形束CT(cone beam CT，CBCT)圖像上勾畫CTV、膀胱及直腸，觀察膀胱、直腸體積和位置變化，分析其對治療的影響。結果:治療過程中膀胱和直腸的充盈度有較大變化。PTV95與膀胱、直腸的移動具有相關性，相關系數分別為0.293、0.171。直腸體積與PTV95的相關系數為0.112，說明兩者存在一定相關性。對于PTVmin而言，除上述各指標之外，與膀胱體積有一定相關性，相關系數為－0.126。結論:在前列腺癌的調強治療中，使膀胱、直腸尤其是后者盡量復原定位時狀態，對保證靶區受量及減少直腸受照有明顯意義。

前列腺腫瘤/調強放射療法;圖像引導放射治療;圖像配準;劑量學

圖像引導放療(IGRT)是目前腫瘤精確放射治療技術發展的趨勢，IGRT技術在前列腺癌的治療中得到了廣泛的應用。系列研究證明，IGRT技術可減小前列腺癌放射治療的擺位誤差，進而減小外放間距，并可觀察正常器官變化情況，減少由于膀胱和直腸變化而對腫瘤局控率產生的影響［1］。本研究試圖探討膀胱和直腸充盈度對靶區的潛在影響。在模擬 CT和錐形束 CT(cone beam CT，CBCT)圖像上勾畫CTV、膀胱和直腸，比較膀胱、直腸體積和位置變化，分析其對放射治療的影響。

1 材料與方法

1.1 患者一般情況:從2013年11月～2014年10月期間在我科行根治性放療的100余例局限期前列腺癌患者中選擇不同分期、分組及CBCT次數的病例代表共16例，放療計劃的特點是所有病例靶區CTV只包括前列腺±精囊，均接受IGRT治療共214次。

1.2 CT模擬定位和IMRT計劃設計:CT定位前0.5h排空直腸膀胱，口服500mL水充盈膀胱。仰臥位，雙手上舉抱肘置額前，采用真空氣墊固定體位。采用飛利浦大孔徑 CT定位機(Philips Brilliance Big Bore CT－Simulation)進行CT掃描，根據靶區規定勾畫靶區，CTV包括整個前列

腺及其包膜±精囊，計劃靶區PTV為臨床靶區CTV外放7～8mm，直腸方向5mm。處方劑量是95%PTV 76－80Gy/38－40f/7.5－8w，使用Varian Ecilpse11.0治療計劃系統進行IMRT計劃設計，治療計劃與CT圖像通過網絡系統傳輸至Varian iX醫用直線加速器。

1.3 在線圖像引導及配準:治療前患者按定位時要求充盈膀胱，排空直腸。真空氣墊固定體位，進行等中心擺位。采用 Varian iX醫用直線加速器(配有OBI CBCT圖像系統)進行CBCT掃描。OBI系統對CBCT圖像和定位CT圖像進行在線自動配準，之后由臨床醫師評價前列腺、精囊及周圍正常組織(如直腸、膀胱等)在橫斷面及矢狀面的匹配情況，或進行手動微調。圖像配準符合要求后，OBI自動計算出X(左右)、Y(升降)和Z(頭腳)三個方向的擺位誤差。當各方向誤差≤3 mm時，即行放療;若某方向擺位誤差＞3 mm，則在相應方向上通過調整治療床位置來糾正或重新擺位。

1.4 離線再計劃:離線整理 CBCT數據，通過ARIA網絡借助治療計劃系統在每個CBCT圖像上勾畫CTV和正常器官，PTV為CTV外放7～8mm，直腸方向5mm。之后按照在線自動配準融合結果，將三個方向擺位誤差引入原定位CT，通過改變照射野等中心參數重新計算劑量，統一處方劑量是95%PTV 78Gy/39f，并將CBCT上勾畫的正常器官復制到對應的定位CT圖像上進行評價。

1.5 評價參數:用Varian Ecilpse11.0治療計劃系統評估測量的參數。計劃靶體積(PTV)95%體積劑量(D95)，最大劑量(Dmax)，最小劑量(Dmin)，平均劑量(Dmean)。正常器官的評價參數包括:(1)膀胱、直腸總體積(BV、RV)，(2)在CBCT上勾畫實際接受照射的膀胱、直腸位于的PTV內的部分占膀胱、直腸總體積的百分比(BVP、RVP)，(3)膀胱、直腸的前后位移(BM、RM)。

1.6 統計學方法:PTV體積劑量、膀胱和直腸的體積及位移用平均值±標準差(ˉx±s)表示，用SPSS17.0統計軟件處理上述參數，對再計劃與原計劃結果行配對t檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義。并采用相關性分析探討膀胱、直腸位移和膀胱、直腸體積對靶區受照劑量的影響，檢驗水準α =0.05。

2 結果

2.1 膀胱、直腸的位移

分次治療時，膀胱、直腸可有不同程度的位移，主要表現在前后方向。將CBCT圖像與模擬CT圖像融合，選取從最下一層開始向上CTV所在的十個層面(膀胱為六個層面)，測量實際膀胱、直腸前壁與定位時的距離，規定向前(腹側)移位為正，向后(背側)移位為負。各測量結果的平均值為該次分次治療的膀胱、直腸位移。結果見表1、2。可見直腸平均位移為0.018±0.299，最大位移為向前1.04cm。膀胱平均位移為0.097± 0.611，最大位移為向前3.35cm。

2.2 膀胱體積變化

分次治療時，膀胱的體積和形狀可有不同程度的變化，盡管CT模擬定位和分次治療前使用了統一的準備方法，目的是使膀胱保持在相對一致的充盈狀態，但膀胱充盈度在治療中仍存在較大的差別，結果見表3。病人之間的膀胱體積差異較大，模擬CT的結果波動于62.23～526.52cm3。實際治療時的膀胱體積較定位時普遍偏小(160.74± 82.47cm3vs 161.25±116.87cm3)，但病人之間的差異同樣顯著，波動于53～452cm3。同一病人分次治療間膀胱體積的差異最大者可相差5.18倍(87.21cm3vs 452cm3)。

表1 直腸移動范圍

表2 膀胱移動范圍

表3 模擬定位膀胱體積與實際治療膀胱體積比較

以分次掃描的CBCT圖像中膀胱、直腸占勾畫的PTV體積的比例來衡量膀胱、直腸大小變化及與靶區的關系。可見分次治療時膀胱占PTV體積的百分比與模擬CT相比普遍有較大差異，比值最小者為0.33(0.04 vs 0.12)，最大者為5(0.15 vs 0.05)。每例患者實際治療時的平均值與各自模擬CT的比值波動于0.573～2.433之間。結果見表4。

表4 模擬定位膀胱占PTV體積比例與實際治療情況比較

2.3 直腸體積變化

分次治療時，直腸的體積、形狀和位置可有不同程度的變化，盡管要求患者在定位和治療前排空直腸，仍可見直腸體積有較大差異，結果見表5。不同病人的直腸體積差異較大，模擬CT的結果波動于33.16～138.46cm3。實際治療時病例之間的差異也很顯著，波動于32.31～231.41cm3。同一病人分次治療間的差異最大者可相差 3.34倍(196.88cm3vs 58.84cm3)。與膀胱類似，直腸位于CBCT勾畫的PTV范圍內的部分占其總體積的比例，結果見表6。可見分次治療時CTV層面內直腸占PTV體積的比例與模擬CT相比有一定差異，比值最小者為0.66(0.04 vs 0.06)，最大者為3.6(0.18 vs 0.05)。每例患者實際治療時的平均值與各自模擬CT的比值波動于0.985～1.975之間。

表5 模擬定位直腸體積與實際治療直腸體積比較

表6 模擬定位直腸占PTV體積比例與實際治療情況比較

2.4 再計劃靶區劑量變化

16例患者再計劃PTVD95和PTVDmin明顯低于原計劃，說明擺位誤差對靶區受量有影響。結果見表7。

表7 16例患者再計劃與原計劃的PTV劑量體積參數比較

2.5 各參數對治療的影響

用SPSSl7.0分析PTV95與各參數的相關性。P＜0.05表示兩個參數間存在相關性，相關性系數為Pearson Correlation，結果見表8。由結果可知PTV95與膀胱、直腸的移動具有相關性，相關系數分別為0.293、0.171。直腸體積與PTV95的相關系數為0.112，說明兩者存在一定相關性。PTV95與其他指標缺乏明顯相關性。對于PTVmin而言，除上述各指標之外，與膀胱體積有一定相關性，相關系數為－0.126。

3 討論

前列腺癌放療過程中靶區的變化分為以下三種情況:分次間移位、分次間形變和分次內移位。分次間移位主要由擺位誤差和鄰近器官充盈度決定，是造成治療過程中前列腺移位的主要原因。

表8 PTV－－Pearson Correlation(P值)

通過本研究可見，PTV95與膀胱、直腸的移動具有相關性，相關系數分別為0.293、0.171。直腸體積與PTV95的相關系數為0.112，說明兩者存在一定相關性。對于PTVmin而言，除上述各指標之外，與膀胱體積有一定相關性，相關系數為－0.126。盡管CT模擬定位前與每次治療前均使用了統一的準備方法，期待膀胱保持在相對一致的充盈狀態，但膀胱的充盈度仍存在較大的差別。盡管分次治療前患者按醫囑憋尿充盈膀胱，但實際治療時的膀胱體積較定位時普遍偏小，可能與飲食、身體狀況、準備時間等因素有關。膀胱體積的變化直接影響到PTV內受照射膀胱的體積，其充盈度對CTV形狀也有很大的影響。本研究發現患者間膀胱體積存在很大差別，同一患者在治療中膀胱體積也存在很大的差別。因此，治療必需個體化，對于精確定位的病人，在定位和每次治療前，最理想的方式是采用排空膀胱再通過導尿管等方式注入固定數量液體，使膀胱體積相同，減少膀胱充盈度對CTV的影響。

直腸的充盈狀況目前研究認為對前列腺移位影響顯著，特別在前后方向［2，3］，這一點也在本研究中得到了證實。如果每次治療中直腸內放入氣囊，可能會起到以下作用:對前列腺位置的內固定，標記膀胱后部和改善直腸受照劑量。Teh等對10名患者的研究發現，直腸氣囊的應用可一定程度減小前列腺移位，前后及左右移位都在1mm以內，上下移位的標準差為1.78mm［4］。但van Lin等對52名患者的對照研究認為對植入標記物的前列腺經校正后而言，直腸氣囊并無額外貢獻［5］。

但直腸氣囊對直腸的保護作用受到一致肯定。Patel［6］、Teh［7］、vail Lin［8］等研究發現直腸氣囊可顯著降低直腸受高劑量照射的體積、直腸氣囊和組織交界區域的受照劑量、減輕了直腸毒性反應。

直腸擴張是治療失敗的獨立預后因素，其原因在于導致放射靶區的前移，如果有條件每天做CBCT引導擺位，可有效避免這一因素的干擾。且TV外擴范圍可縮小至3～5 mm，明顯減少直腸出血等不良反應的發生。

4 結論

基于16例患者再計劃的PTVD5和PTVDin明顯低于原計劃，說明擺位誤差對靶區受量有影響。具體與PTV95具有相關性的是膀胱、直腸的移動以及直腸體積。而對于PTVDin而言，除上述各指標之外，尚與膀胱體積有一定相關性。因此在前列腺癌的調強治療中，對膀胱、直腸充盈體積做到較好的管理，尤其是直腸充盈度，使之盡量復原定位時狀態，對保證靶區受量及減少直腸受照有明顯意義。

［1］ Kupel ian PA，Langen KM，Wi l loughby TR，et al.Image—Guided Radi otherapy for Local i zed Prostate Cancer:Treat i ng a Movi ng Target.Semin Radiat Oncol，2008，18:58－66.

［2］Ghilezan MJ，Jaffray DA，Siewerdsen JH，et al.Prostate gland motion assessed with cine—magnetic resonance imaging(cine－MRI).Int J Radiat Oncol Biol Phys，2005，62:406－417.

［3］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，1999，44:525－533.

［4］Teh BS，McGary jE，Dong L，et al.The use of rectal bal loon during the del ivery of intensity modulated radiotherapy(IMRT)for prostate cancer:More than just a prostate gland immobilization device?Cancer J，2002，8:476－483.

［5］van Lin EN，van der Vight LP，Witjes JA，et al.The effect of an endorectal balloon and off—line correction on the interfraction systematic and random prostate position variations:A comparative study.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2005，61:278－288.

［6］Patel RR，Orton N，Tome WA，et al.Rectal dose sparing with a balloon catheter and ultrasound localization in conformal radiation therapy for prostate cancer.Radiother Oncol，2003，67:285－294.

［7］Teh BS，Dong L，McGary JE，et al.Rectal wal 1 sparing by dosimetric effect of rectal bal loon used during intensity－modulated radiation therapy(IMRT)for prostate cancer.Med Dosim，2005，30:25－30.

［8］ van Lin EN，Kristinsson J，Philippens ME，et

al.Reduced late rectal mucosal changes after prostate three—dimensional conformal radiotherapy with endorectal balloon as observed in repeated endoscopy.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2007，67:799－811.

Effect of bladder and rectum volume changes on target dose distribution for image guided prostate cancer radiotherapy

LI Ming，Wang Chan，LI Gao－feng，ZHANG Shao－gang
(Department of Radiation Oncology，Beijing Hospital，Beijing100730，China)

LI Gao－feng.Email:lgf6243@163.com

Objective:To observe the motions of normal tissues and organs，and analyze their impact on treatment by using image－guided radiotherapy(IGRT).Metheds:16 patients with prostate cancer undergoing IMRT were enrolled onto the study and 214 CBCT imagings were obtained from this study.The CTV，bladder and rectum were contoured on all CT scans to examine their volume and position changes，and to evaluate their impact on the treatment.Results:Volumes of the bladder and rectum were observed to have a relatively significant variation during the treatment.There are correlations between PTV95 and the motions of bladder and rectum，correlation coefficients were 0.293 and 0.171.The correlation coefficient of rectal volume and PTV95 was 0.112，that there is a certain correlation.For PTVmin，in addition to the above indexes，and there is a certain correlation between bladder volume，the correlation coefficient is－0.126.Conclusions:The state recovery when positioning of bladder and rectum especially the latter has obvious significance to ensure the target dose and reduce exposure of rectum for image guided prostate radiotherapy.

Prostate neoplasms/intensity modulated radiotherapy;Image－guided radiotherapy;Alignment;Dosemetry

TH774

A

1002－2376(2015)06－0005－05

2015－03－23