四維錐形束CT對食管癌調(diào)強放療中靶區(qū)劑量的影響

葛小林　陳佳艷　王沛沛　李金凱　李彩虹　孫新臣

四維錐形束CT對食管癌調(diào)強放療中靶區(qū)劑量的影響

葛小林陳佳艷王沛沛李金凱李彩虹孫新臣

目的 分析四維錐形束CT對食管癌調(diào)強放療中計劃靶區(qū)及危及器官劑量的影響。方法 收集16例食管癌患者，分別設(shè)計圖像引導(dǎo)放療計劃（IGRT）及非圖像引導(dǎo)的調(diào)強放療計劃（IMRT），在滿足靶區(qū)處方劑量要求（95%的體積范圍包括PTV95%劑量）的情況下，通過劑量體積直方圖（DVH）評價和比較兩個計劃的雙肺、脊髓和計劃靶區(qū)（PTV）劑量的差異。結(jié)果 IGRT和IMRT兩個計劃之間腫瘤計劃靶區(qū)的最大劑量、最小劑量、平均劑量、包含95%靶區(qū)的劑量均很接近，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），但IGRT計劃中脊髓計劃區(qū)的最高受量明顯較IMRT的低［（38.46±3.34）Gy vs（42.80±7.26）Gy，P＜0.05］；>5Gy的雙肺受照體積為（50.8±6.8）%，也明顯較IMRT計劃的（62.3±5.7）%低，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。結(jié)論 IGRT技術(shù)在食管癌中的應(yīng)用減少正常組織的體積及受量，有可能提高臨床療效，為減輕放療毒性反應(yīng)提供質(zhì)量保證。

圖像引導(dǎo)的放射治療 調(diào)強放射治療 劑量學(xué) 食管癌

放射治療已從普通放療階段發(fā)展到調(diào)強放療階段，調(diào)強放療的優(yōu)勢在于提高腫瘤劑量的同時又減少對正常組織的損傷［1］。圖像引導(dǎo)放射治療的目的是確保形狀復(fù)雜并處于運動狀態(tài)的腫瘤投照準(zhǔn)確的劑量，是調(diào)強放射治療得到精確實施的技術(shù)保證，有望進一步提高腫瘤放療的療效［2］。在調(diào)強放療中，腫瘤靶區(qū)與周圍正常組織劑量梯度明顯增加的劑量學(xué)分布特點，客觀要求治療前體位驗證的有效實施，確保靶區(qū)接受準(zhǔn)確的處方劑量。伴隨醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的發(fā)展，圖像引導(dǎo)下放射治療（IGRT）通過千伏錐形束CT（kV-CBCT）在線糾正擺位誤差不僅提高了放射治療的精確性，同時通過分析其擺位誤差規(guī)律，為研究臨床靶區(qū)（CTV）外放提供了契機。

1　臨床資料

1.1一般資料 收集2013年10月至2014年6月在本院放療科使用IGRT治療的食管癌患者16例（經(jīng)病理學(xué)確診），其中男12例，女4例；年齡48～82歲，中位年齡61歲。KPS評分均≥70分。全程采用圖像引導(dǎo)下的調(diào)強適形放療（IMRT）計劃，放射治療采用2Gy/次，5次/周，總劑量60Gy。放療期間接受2周期化療，放療結(jié)束后因病情需要均行2～4周期化療，化療方案以鉑類為主。

1.2體位固定 患者取仰臥位，雙手抱頭，采用熱塑體膜進行體位固定。平靜呼吸下在西門子大孔徑螺旋CT掃描機下掃描，層間距5mm，掃描范圍為環(huán)甲膜至肝臟下緣。掃描圖像傳至Monaco治療計劃系統(tǒng)，進行靶區(qū)勾畫及制定調(diào)強放療計劃。綜合考慮器官運動和擺位誤差等因素，IMRT組PTV在CTV的基礎(chǔ)上外放5～7mm，IGRT組在CTV的基礎(chǔ)上外放3mm。危及器官（OARs）：雙肺、脊髓。其中脊髓最大劑量≤45Gy，雙肺V30≤20Gy，V20≤28Gy。

1.3IGRT實施流程 采用Elekta Axesse四維錐形束CT（4D-CBCT）引導(dǎo)放療系統(tǒng)獲取和分析患者的CBCT影像。由兩名技術(shù)員根據(jù)患者體表標(biāo)記進行等中心擺位，確認患者的垂直源皮距，打開千伏（kV）級影像探測板，行4D-CBCT掃描。將重建獲得的4D-CBCT影像與計劃設(shè)計CT影像在XVI工作站上進行配準(zhǔn)。圖像配準(zhǔn)以4D-CBCT和模擬CT圖像的重合度為依據(jù)，觀察相關(guān)解剖結(jié)構(gòu)和感興趣區(qū)是否達到重合要求。采用骨性配準(zhǔn)、灰度值配準(zhǔn)和手動配準(zhǔn)三種配準(zhǔn)方式分別進行圖像配準(zhǔn)，配準(zhǔn)不理想時選取臨床靶區(qū)的上下兩層橫斷面CBCT圖像及其相應(yīng)的冠狀面、矢狀面圖像與計劃CT圖像進行適當(dāng)手動調(diào)整。糾正后行第2次CBCT掃描，以保證患者擺位后的誤差在可接受范圍內(nèi)，最后開始治療。

1.4統(tǒng)計學(xué)分析 采用 SPSS17.0 統(tǒng)計軟件。IGRT組及IMRT組兩個計劃中的物理參數(shù)的比較，采用兩獨立樣本資料的t檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2　結(jié)果

2.1擺位誤差 每例患者于放療全程中接受4D-CBCT掃描6次，16例患者共接受166次掃描，其中第1次掃描（調(diào)整前）96次，第2次掃描（調(diào)整后）70次。調(diào)整前、調(diào)整后三維方向上的CBCT匹配圖像見圖1。分析16例患者的所有等中心擺位誤差在三維方向的數(shù)據(jù)分布，顯示接近標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。從三維方向上的擺位誤差數(shù)據(jù)顯示，頭腳方向誤差最大可達15mm。分別計算頭腳、左右、前后方向上調(diào)整前、調(diào)整后的擺位誤差。調(diào)整前頭腳、左右、前后方向的擺位誤差分別為（5.6±0.4）mm、（3.4±0.5）mm、（2.2±0.2）mm。經(jīng)過調(diào)整后在頭腳、左右、前后方向的擺位誤差分別為（1.6±0.2）mm、（0.2±0.1）mm、（0.3±0.2）mm。結(jié)果顯示調(diào)整后較調(diào)整前誤差減少，其差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。

圖1　食管癌患者放療前CBCT與計劃CT圖像配準(zhǔn)前后示例

2.2兩個計劃參數(shù)的比較 （1）PTV評價參數(shù)比較：比較IMRT和IGRT兩個計劃中的計劃靶區(qū)PTV的最大劑量（Dmax）、最小劑量（Dmix）、平均劑量（Dmean）、計劃靶區(qū)95%體積的劑量（D95）。根據(jù)體積劑量直方圖進行分析，兩組計劃中的Dmax、Dmix、Dmean、D95經(jīng)統(tǒng)計學(xué)分析無顯著性差異（P＞0.05）。（2）兩個計劃中肺、脊髓劑量的比較 見表2。

表2　IGRT與IMRT危及器官的劑量學(xué)比較（x±s）

3　討論

食管癌是我國最常見的惡性腫瘤之一，在初診時大多數(shù)患者已到了中晚期［3］。同步放化療是中晚期食管癌主要根治方法之一［4］。肺、脊髓是食管癌放療中提高腫瘤靶區(qū)劑量的主要限制性因素，腫瘤靶區(qū)劑量降低直接導(dǎo)致治療療效的下降。其次，正常組織的放射性損傷亦嚴重影響患者的生活質(zhì)量，甚至可能因為出現(xiàn)嚴重的并發(fā)癥而致患者死亡［5］。所以在放療過程中要盡量保護正常組織，避免出現(xiàn)嚴重放射性損傷。圖像引導(dǎo)放射治療技術(shù)是在調(diào)強適形放療基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項新技術(shù)，它利用圖像引導(dǎo)可檢測出治療過程中的系統(tǒng)誤差及隨機誤差，采取相應(yīng)的措施對檢測出的誤差進行處理，有效減少靶區(qū)外擴的邊界，減少腫瘤周圍正常組織的照射劑量及體積，從而提高腫瘤病灶的放療劑量。近年來發(fā)展起來的四維機載錐形束CT是將CBCT平板探測器的讀數(shù)裝置和探測器結(jié)合在一起，具有提高空間分辨率和密度分辨率的優(yōu)勢，能較直觀、精確地計算擺位誤差［6］。四維CBCT技術(shù)現(xiàn)已成為目前IGRT開發(fā)和應(yīng)用的熱點。

調(diào)強放療技術(shù)和以CBCT為主要引導(dǎo)方式的IGRT技術(shù)已成為本院治療食管癌的標(biāo)準(zhǔn)方式，作者利用CBCT對腫瘤靶區(qū)的準(zhǔn)確定位，是精確放療的重要保證。圖像引導(dǎo)放療技術(shù)的應(yīng)用旨在減少擺位誤差及靶區(qū)位移誤差，校正與監(jiān)測放射治療時周圍正常組織與腫瘤運動所引起的誤差，實時監(jiān)測靶區(qū)，盡可能減少CTV至PTV的外擴距離，為減少放射性損傷的發(fā)生及提升腫瘤靶區(qū)照射劑量創(chuàng)造條件［7，8］。本研究中IGRT治療組的患者CTV到PTV外擴3mm，IMRT治療組的患者CTV到PTV外擴5～6mm，經(jīng)分析計算得出兩組間PTV Dmax、Dmix、D95差異均無統(tǒng)計學(xué)有意義（P＜0.05），這可能患者病例數(shù)相對較少有關(guān)，同時計劃系統(tǒng)為了滿足計劃靶區(qū)劑量要求而使得周圍正常組織劑量增加有關(guān)。

在胸部腫瘤放射治療中有兩個因子可作為放射性肺損傷的重要預(yù)測因子。其一是Vx，表示正常肺組織受到≥X線劑量照射時的體積所占全肺的百分比，如V10、V20、V30等；其二是肺的平均受量（MLD）［9］。Hawkins等［10］研究表明利用圖像引導(dǎo)放療技術(shù)進行靶區(qū)重建及治療計劃再優(yōu)化可給予腫瘤更高劑量，在保證腫瘤局控率的基礎(chǔ)上可更好地保護危及器官，降低放療并發(fā)癥，改善患者生活質(zhì)量。本研究中圖像引導(dǎo)放療計劃中雙肺V10、V20、V30未明顯降低，但V5較調(diào)強計劃明顯下降，減少雙肺低劑量區(qū)照射體積，可潛在降低放射性肺炎的機會。放射性脊髓炎臨床早期表現(xiàn)為感覺障礙，晚期可發(fā)生肢體癱瘓，出現(xiàn)自主神經(jīng)功能受損的癥狀，預(yù)后差。故在放射治療的實施過程中應(yīng)控制脊髓的受照Dmax。脊髓組織的耐受Dmax為45Gy，超過此值就有可能發(fā)生放射性脊髓炎。本研究中，兩個計劃中脊髓最大受照劑量均＜45Gy，經(jīng)分析IGRT組及IMRT組脊髓的最大劑量，經(jīng)比較得出，IGRT組較IMRT組脊髓最大劑量低，IGRT的應(yīng)用可減少脊髓的最大受量，減少放射性脊髓炎的發(fā)生。

總之，IGRT計劃可減小擺位誤差，縮小PTV外擴數(shù)值，減小雙肺V5受照劑量，減小脊髓最大劑量，降低正常組織并發(fā)癥概率。

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10 Maria Hawkins,Kristy K. Brock,Cynthia Eccles,et al.Improving image-guided target localization through deformable registration. Acta Oncologica,2008,47（7）： 1279～1285.

Objective To evaluate the dosimetric advantages of image-guided radiation therapy（IGRT）using four-dimensional cone-beam computed tomography（4D-CBCT）for esophageal cancer.Methods Sixteen patients with esophageal cancer were enrolled to be planned with IMRT and IGRT plan. The parameters of dose volume histogram（DVH）for targets and organs at risk（OAR）were compared between two techniques. The OAR mainly take lungs and spinal cord into accord .Results For the planning target volume（PTV）of tumor and para-tumor tissues，the mean dose，maximal dose and doses covering 95%volume were similar in IMRT and IGRT plans（P＞0.05）.However，IGRT plans have lower maximal dose to the planning risk volume of the spinal cord［（38.46±3.34）Gy vs（42.80±7.26）Gy，P＜0.05］and lower lung volume received dose of 5 Gy or higher［（50.8±6.8）% VS（62.3±5.7）%，P＜0.05］than IMRT plans.Conclusion For esophageal cancer，IGRT has better spinal cord sparing than IMRT，and can reduce the volume of lung that received dose of 5Gy or higher.And IGRT may provide quality assurance to reduce radiation toxic reactions.

Image-guided radiation therapy Intensity-modulated radiation therapy Dosimetriy Esophageal cancer

210009 南京醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射治療科