CTVision系統在分析鼻咽癌放療過程靶區體積及其劑量學變化規律中的應用

甘曉根，徐子海，廖福錫

中國人民解放軍第三○三醫院 放療中心，廣西 南寧 530021

CTVision系統在分析鼻咽癌放療過程靶區體積及其劑量學變化規律中的應用

甘曉根，徐子海，廖福錫

中國人民解放軍第三○三醫院 放療中心，廣西 南寧 530021

目的 探討CTVision系統在分析鼻咽癌放療過程靶區體積及其劑量學變化規律中的應用價值。方法 采用CTVision系統對10例鼻咽癌患者進行圖像引導調強放療，分析鼻咽癌靶區及腮腺體積在放療過程中的變化規律。并將采集到的CT圖像傳回計劃系統，重新計算并分析危險器官的劑量。結果 靶區及雙側腮腺體積隨放療過程的進展呈現逐漸遞減的規律，其中靶區體積和右側腮腺體積在放療第4周時與放療前有明顯差異，左側腮腺體積在放療第5周時與放療前有明顯差異；且左右側腮腺所受到的照射劑量隨體積縮小而逐漸增加，并與體積縮小程度呈正相關（右側腮腺r=0.471，P=0.036；左側腮腺r=0.578，P=0.008）。結論 鼻咽癌患者在調強放療過程中，靶區及腮腺體積會隨著放療進程而逐漸縮小，并導致腮腺受照射劑量增加，故建議在調強放療的第4～5周重新勾畫靶區及危險器官并重新制定放療計劃，以提高鼻咽癌局控率并減少放療副反應。

CTVision系統；圖像引導；鼻咽癌；調強放療

0 前言

調強放射治療是目前精確放療的代表，其突出特點就是實現了的“劑量雕刻”[1]，即劑量分布的高度適形性，使靶區得到高劑量的同時，也能使周圍危險器官受到盡可能低的劑量照射，尤其在靶區形狀比較復雜又比較靠近重要危險器官時，調強放射治療更能體現其獨特的優勢。然而，放射治療療程較長，在放療的過程中，患者放療體位的變化、腫瘤靶區體積及危險器官體積的變化、患者體重的變化及外輪廓的變化等，都會影響劑量的重新分布，使得靶區和危險器官所受到的照射劑量不是放療計劃所規劃的劑量。因此，為了保證放療療效、避免危險器官受到過高的照射劑量，在放療過程中，對上述動態變化的監測是非常必要的。本研究應用西門子ONCOR CTVision圖像引導放療系統對10例行調強放射治療的鼻咽癌患者的靶區及腮腺體積進行監測，以了解其在放療過程中的變化，然后將采集到的CT圖像上傳至計劃系統，重新勾畫靶區病灶及危險器官并進行劑量計算，以進一步了解其劑量的變化規律，現報道如下。

1 材料與方法

1.1 一般資料

選擇2013年1月～2013年10月于我院進行放療的10例鼻咽癌患者，其中男7例，女3例，年齡31～47歲，中位年齡41歲。所有患者均經病理證實為鼻咽癌，所有患者病理、病歷及影像學資料均完整、清晰。患者均有較良好的依從性，卡氏評分均≥70分，放射治療過程無中斷現象，均能按時完成治療。根據2008年鼻咽癌分期標準，T1期1例，T2期3例，T3期3例，T4期3例。

1.2 放療計劃的制定及實施

患者仰臥于定位床，放療技師按標準調強放療體位給患者擺位，采用熱塑頭頸肩膜固定患者。采用Siemens SOMATOM OPEN型40層螺旋CT掃描機對患者進行掃描定位（將此時的CT圖像命名為定位圖像），CT掃描范圍從顱頂到胸鎖關節下3 cm，掃描基線與水平面垂直，掃描層厚3 mm。掃描完成后將CT圖像傳輸至Oncentra MasterPlan 3.0計劃系統，由主治以上醫生按ICRU62號報告勾畫大體腫瘤體積（GTVnx）及腮腺、腦干、脊髓等危險器官。GTVnx外擴3 mm形成鼻咽部原發腫瘤體積（PGTVnx），PGTVnx處方劑量為7400～7600 cGy，按95％進行歸一；各危險器官劑量限量為：脊髓最大劑量＜4500 cGy，腦干最大劑量＜5000 cGy，50％體積的腮腺＜3000 cGy。總療程分33次，每周5次治療。調強計劃設計分7個照射野，等角度照射（0°、50°、100°、150°、200°、250°、300°），子野數目限制在100個以內。放療計劃經副主任以上醫生和上級物理師共同審核，審核通過后將計劃傳輸至治療系統，由物理師進行劑量驗證（包括相對劑量驗證和絕對劑量驗證）和幾何驗證，計劃通過驗證后，患者上機開始行放射治療。

1.3 圖像引導過程和劑量分析

在第2、4、5、6周放療前對患者行圖像引導CT掃描（將此時的CT圖像命名為治療圖像），其掃描體位、掃描條件和掃描范圍均與放療前CT定位時一致。將治療圖像傳輸到CTVision系統的Adaptive Targetting形變配準軟件，并與放療前定位圖像進行融合，融合方法是采用最大共有信息化融合和人工手動融合，融合效果由醫生和物理師共同評定。通過融合軟件，觀察PGTVnx與腮腺等危險器官的體積變化情況。再將每位患者第2、4、5、6周的治療圖像分別傳輸至Oncentra MasterPlan 3.0計劃系統，由與第一次勾畫放療計劃的同一主治醫生按相同的勾畫原則重新勾畫靶區及危險器官，由同一上級醫生審核，物理師則將原來的放療計劃復制到勾畫好的治療圖像上，按同樣的給量方式、參數設置及權重設置重新計算。由計劃系統分別算出治療圖像上靶區的體積及各危險器官的受照劑量。記錄并分析定位圖像、治療圖像上的靶區體積及危險器官的受照劑量。

1.4 統計學分析

采用SPSS 17.0軟件對數據進行統計分析，采用配對t檢驗比較不同放療時間的靶區及腮腺體積，采用Spearman秩相關分析法，分析腮腺體積的變化與其劑量的增加有無相關性，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 靶區體積隨放療進程的變化趨勢

靶區體積隨放療進程總體呈逐漸縮小趨勢，放療第2、4、5、6周末靶區縮小體積的平均值分別為5.50、22.35、32.77、59.78 cm3；靶區體積在放療后期縮小較為明顯，但其中編號為5和9的患者靶區體積在放療過程中有增大趨勢；第4周末靶區體積與放療前靶區體積相比有明顯差異（t=2.301，P=0.047），具體數值見表1。靶區體積縮小示例圖，見圖1。

表1 靶區體積變化（cm3）

圖1 靶區體積縮小示例圖

2.2 雙側腮腺體積隨放療進程的變化趨勢

雙側腮腺體積隨放療進程總體呈逐漸縮小趨勢，放療第2、4、5、6周末腮腺縮小體積的平均值分別為左側腮腺0.93、1.32、2.36、5.28 cm3，右側腮腺0.45、1.27、4.76、6.86 cm3，即腮腺體積在放療后期縮小較為明顯，其中左側腮腺體積在放療第5周末與放療前靶區體積相比有明顯差異（t=2.250，P=0.051），右側腮腺體積在放療第4周末與放療前靶區體積相比有明顯差異（t=2.365，P=0.042）。具體數值見表2～3。

表2 左側腮腺體積變化（cm3）

表3 右側腮腺體積變化（cm3）

2.3 危險器官隨放療進程的變化趨勢

隨著放療的進展，雙側腮腺、腦干、脊髓所受的照射劑量與原計劃的照射劑量相比均呈增大趨勢。其中雙側腮腺所受的平均劑量增加幅度與其體積縮小的幅度呈正相關（右側腮腺：r=0.471，P=0.036；左側腮腺r=0.578，P=0.008），即腮腺體積縮小幅度越大，其所受的照射劑量相對增加幅度也越大；右側腮腺平均劑量增加1.98～10.42 Gy（1.17％～16.62％）；左側腮腺平均劑量增加1.47～11.23 Gy（1.87％～15.25％）。

3 討論

3.1 鼻咽癌圖像引導放療及CTVision系統

常規放療是鼻咽癌經典的放療方式，常用方法為頸面聯合野對穿照射加鎖骨上野照射，照射一定劑量后，由于受到腦干及脊髓的限量限制，需要經過幾次縮野改野，對危險器官避讓。在縮野改野時容易漏照部分病灶，并且較難把握交界野的劑量冷熱點。常規放療由于無法很好地避讓危險器官，使病灶劑量無法給足，使用常規放療，鼻咽癌的局部控制率僅為70％～80％[2-3]。調強放射治療是精確放療的代表，能夠改進劑量的分布，使劑量分布高度適形，其出現使鼻咽癌的局部控制率提高到了90％以上[2-3]。但在放療過程中存在著許多不確定性因素，這些因素會制約腫瘤和危險器官實際照射劑量的分布[4]，如靶區和危險器官的體積與位置的變化、患者體重與外輪廓的變化等。為了了解這些變化，往往會將影像設備和放療設備結合在一起，在放療過程中對患者進行影像采集。CTVision圖像引導系統是在加速器治療室內安裝一臺CT，CT與加速器共用治療床，該系統體現了影像技術和放療技術的完美結合，使定位與治療一體化，大大提高了治療的正確性。有研究表明，CTVision圖像引導的幾何精度可達1 mm[4]，有力地保證了局部治療的實施。CTVision圖像引導系統另外的一個突出特點就是在引導過程中直接使用診斷級CT成像，診斷級CT成像被認為是圖像引導診斷的金標準，其圖像可以直接用于計劃設計，極大地提高了放療過程的集成度。

3.2 靶區及危險器官在放療過程中體積及劑量變化的分析

鼻咽癌在放療過程中，靶區及危險器官的改變、患者體重及外輪廓的改變、擺位誤差等的改變都是隨著放療的進程逐漸增大的，尤其在后半程的放療中，上述改變愈發明顯。因此，在放療過程的第2、4、5、6周行CT圖像引導，相應增加后半程引導次數，基本上能反映整個放療過程中各種變化的規律。有研究報道，在放療過程中，腫瘤體積的變化不僅能夠提示腫瘤的放射敏感性，也能影響腫瘤的局控率[5]。本研究發現，鼻咽癌靶區在放療的進程中呈縮小趨勢，放療第2、4、5、6周末靶區縮小體積的平均值分別為5.50、22.35、32.77、59.78 cm3，可見靶區體積在放療后期縮小較為明顯，筆者認為這除了與腫瘤分期、腫瘤靶區給量情況及患者身體條件有關外，還與腫瘤細胞在放療后的損傷與修復、細胞加速增殖、細胞周期的再分布及乏氧細胞的再氧化有關。在臨床進行分次照射時，每次的照射劑量不可能破壞全部的腫瘤細胞，而是部分細胞死亡部分細胞損傷。死亡的細胞也并不是馬上消失，而是要經過機體的生理過程，其可能是在第1次、第2次或者是第3次細胞分裂時才會消亡。損傷的細胞則會自我修復，在其完成自我修復之前給予第2次、第3次放療，腫瘤細胞才會死亡。腫瘤細胞受照射后可啟動腫瘤內存活的克隆源細胞，使其比照射之前分裂更快，稱之為細胞加速增殖，其出現降低了放療的療效[6]。細胞周期也隨著放療的進程而進行再分布，腫瘤細胞由原來處于對放射線不敏感的細胞周期向對放射線敏感的細胞周期轉變；乏氧細胞對放射線不敏感，隨著足氧細胞的死亡，乏氧細胞逐漸暴露并再氧合。以上是腫瘤細胞在放療過程中的生物學基礎，也是實行分次放療的理論依據，以上過程的共同作用不同程度地影響著腫瘤靶區的體積變化，使得靶區體積隨著放療的進程逐漸縮小。有研究指出，頭頸部腫瘤的體積變化趨勢基本服從指數形式衰減[7]。本研究未能連續動態地觀察放療中及放療后的靶區體積變化情況，故未能得出以上結論。

腮腺是唾液腺中最重要的器官，腮腺受到過量照射時患者口干癥狀的發生率明顯提高，鼻咽癌患者行調強放射治療后嚴重口干癥狀的發生率較常規放療顯著降低。但在調強放療中，腮腺體積的變化會導致腮腺所受的劑量明顯增加。本研究發現，腮腺在放療中隨著放療的進程逐漸縮小，且兩側腮腺縮小程度不一，筆者認為可能與放療過程中所受的照射劑量多少不一有關。本研究發現，同一患者中腮腺所受平均劑量較高一側，其體積縮小程度較所受平均劑量較低一側大，但本研究樣本量較少，且雙側腮腺所受的平均劑量相差不大，所以該結論有待加大樣本量進一步研究。本研究中，右側腮腺平均劑量增加1.98～10.42 Gy（1.17％～16.62％）；左側腮腺平均劑量增加1.47～11.23 Gy（1.87％～15.25％）；隨著腮腺體積的縮小，腮腺所受到的照射劑量逐漸增加，兩者呈正相關（右側腮腺：r=0.471，P=0.036；左側腮腺r=0.578，P=0.008），這是由于腮腺體積逐漸縮小并且向高劑量區方向縮小導致的，兩側腮腺縮小的方向都是由外向內縮小，即向靶區方向縮小，高劑量區所包繞的腮腺體積將會增大。各種文獻所報道的腮腺體積在放療過程中的縮小程度及其所受的劑量有較大差異，如Rohar等[8]報道，左右腮腺平均每天縮小0.7％、0.9％，在放療過程中所受平均劑量較放療前分別增加（2.6±4.3）％、（0.2±4.0）％，且左右腮腺所受的平均劑量不一；Han等[9]在放療過程中每周行一次圖像引導掃描，發現左右側腮腺平均縮小體積分別為42％、33％，且腮腺在最后一次放療時所受的中值劑量比第一次放療時增加了（177±49）％；Lee等[10]報道10例頭頸部腫瘤患者在放療過程中腮腺所受的照射劑量，結果腮腺的平均劑量是初始計劃的111％。故在放療過程中影響腮腺所受的劑量變化因素是多種多樣的，值得一提的是，在本研究中所涉及的各器官劑量值并不是器官在放療過程中所受到的照射劑量，只是照射劑量的變化趨勢，只能反映腮腺在放療過程中所受的照射劑量均比初始計劃所規劃的照射劑量呈增加趨勢。影響照射劑量變化的原因除了靶區及危險器官體積變化外，還有患者體重的變化[11]、外輪廓的變化、放療體位及器官的位移情況[12]等各種因素，而本研究只涉及到腮腺體積的變化及所引起的劑量學變化趨勢。腦干、脊髓照射劑量均呈增高趨勢，且增加趨勢無規律，可見影響腦干、脊髓的劑量分布的因素也不止是靶區及腮腺的體積變化，但目前國內外尚無對影響腦干及脊髓劑量分布因素的詳細研究，因此尚需加大原本量進一步研究。

3.3 關于調強放療的二次計劃

綜上所述，調強放射治療劑量分布適形度高，在給予靶區高劑量的同時也能很好地保護危險器官，使患者放療毒副反應明顯降低，也使得放射治療的療效有了很大的提高。但整個放療療程較長，每次放療的時間也較長，在每次放療之間及放療過程中，靶區及危險器官的體積及位置會發生較明顯的變化，這些變化會導致劑量的分布發生變化，使器官的照射劑量增加，靶區劑量降低。因此，為了減輕危險器官的毒副反應、提高放療療效，對靶區及危險器官體積變化較明顯的調強放療患者，有必要進行第二次放療計劃，而基于本研究，筆者認為在放療的第4～5周修改計劃較為合適。

總之，CT在鼻咽癌調強放射治療過程中，能監測放療靶區及危險器官的體積等變化趨勢，且成像清晰、幾何精確度高、操作集成度高，對實行精確放療有重要意義。鼻咽癌在調強放療過程中，靶區及腮腺體積會隨著放療進程呈逐漸縮小趨勢，并導致危險器官受照射劑量增加，故重新勾畫靶區及危險器官并重新制定放療計劃，有助于提高鼻咽癌局控率并降低放療副反應。

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App lication of CTVision System in Analysis of the Change Law of the Target Volume and Dose for Nasopharyngeal Carcinoma in the Course of Radiotherapy

GAN Xiao-gen, XU Zi-hai,
LIAO Fu-xi
Radiotherapy Center, No. 303 Hospital of PLA, Nanning Guangxi 530021, China

Objective To study the effectiveness of application of CTVision system in analysis of the change law of the target volume and dose for nasopharyngeal carcinoma in the course of radiotherapy. Methods Image-guided IMRT（Intensity-Modulated Radiation Therapy）was performed in 10 patients w ith nasopharyngeal carcinoma by using CTVision system to analyze the change law of the volume of target area and parotids. Then, the CT images were transm itted back to the TPS（Treatment Planning System）for recalculation and analysis of the dose for organs at risk. Results The volume of target area as well as the volume of bilateral parotids was diminishing with the progress of radiotherapy. And the volume of target area as well as the volume of right-sided parotids revealed obvious differences in the 4thweek of radiotherapy from the pre-treatment volume. The volume of left-sided parotids revealed obvious differences in the 5thweek of radiotherapy from the pre-treatment volume. Meanwhile, the radiation dose received by bilateral parotids increased gradually w ith the shrinkage of the volume, and was positively associated w ith the shrinkage degree（Right-sided parotids：r=0.471, P=0.036；Left-sided parotids：r=0.578, P=0.008）. Conclusion For nasopharyngeal carcinoma patients who were experiencing IMRT, the volume of target area and parotids was shrinking w ith the progress of radiotherapy, leading to the increasing of the dose for organs. In view of this, it was suggested to redraw the outline of the target area and redesign the radiotherapy plan in the 4thto 5thweek in of IMRT, which would improve the local control rate of nasopharyngeal carcinoma and reduce the side effects of radiation.

CTVision system；image-guided；nasopharyngeal carcinoma；intensity-modulated radiation therapy

R739.63

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.11.011

1674-1633（2015）11-0035-04

2015-03-21

廣西自然科學基金（2012GXNSFAA053166）。

本文作者：甘曉根，碩士研究生，研究方向：腫瘤放射治療。

作者郵箱：425647874@qq．com