鼻咽癌螺旋斷層治療計劃中靜脈注射造影劑對劑量計算的影響

解傳濱　徐壽平　戴相昆　王小深　叢小虎　鞏漢順　葛瑞剛　鞠忠建

?

鼻咽癌螺旋斷層治療計劃中靜脈注射造影劑對劑量計算的影響

解傳濱①解放軍總醫院放射治療科 北京 100853徐壽平①戴相昆①王小深①叢小虎①鞏漢順①葛瑞剛①鞠忠建①

[摘要]目的：探討鼻咽癌(NPC)螺旋斷層治療(HT)中靜脈注射造影劑所致CT值變化對劑量計算的影響，并評價其臨床意義。方法：回顧性選取10例已行CT平掃(C-)+增強(C+)并接受HT 的NPC患者資料，在計劃驗證模塊用C+圖像替代C-圖像實施劑量再計算，選取靶區及各興趣器官內10點讀取原計劃和驗證計劃CT值和點劑量行對比分析。結果：C-與C+靶區劑量偏差為0.31%，各興趣器官中血管差別最大為1.13%。腮腺劑量差為0.55%。腦干差別最小，劑量差為0.39%。結論：在C-與C+條件下HT計劃劑量計算差別較小，理論上可直接在增強CT圖像上行計劃優化，但考慮血管等CT值變化較大，對每次治療前X射線計算機體層攝影術(MVCT)自動灰度配準會產生一定影響可能，故在臨床運用中需謹慎。

[關鍵詞]鼻咽癌；螺旋斷層治療；造影劑；劑量計算；電子計算機斷層掃描

[First-author’s address] Department of Radiotherapy, PLA General Hospital, Beijing, 100853, China.

隨著放射治療技術的發展，以CT影像為基礎的三維放射治療以及由此發展起來的調強治療已成為腫瘤治療的常規手段。通過獲取CT-密度曲線將患者體內各組織CT值轉換為電子密度進行組織不均勻劑量校正，從而完成計劃劑量的計算[1]。而平掃CT對軟組織分辨率較差，尤其在鼻咽癌(nasopharyngeal carcinoma，NPC)中由于頸部動靜脈與淋巴結不易區分，掃描前需靜脈注射造影劑以提高靶區勾畫的準確性，將勢必改變CT圖像原CT值進而給劑量計算帶來影響。對于常規適形及調強放射治療國內外已有相關報道，認為造影劑對劑量計算影響較小(1%～3%)[2-4]。近年來，隨著螺旋斷層放射治療(helical tomotherapy，HT)的推廣和應用，其在復雜腫瘤尤其頭頸部腫瘤治療中的優勢已得到公認[5-7]。為提高劑量計算準確性，采用平掃＋增強掃描的方式通過圖像融合完成平掃序列上靶區勾畫及劑量計算，而對于增強圖像序列直接應用及由此帶來的劑量計算影響卻無相關報道。為此，本研究應用計劃驗證模塊，評估NPC患者靜脈注射造影劑所引起的CT值變化對HT劑量計算的影響，以評價其臨床意義。

1　資料與方法

1.1 一般資料

選取2014年6月至2014年9月在解放軍總醫院行鼻咽癌螺旋斷層放射治療10例患者，其中男性6例，女性2例；平均年齡53歲。

1.2 CT定位掃描

所有患者均采用仰臥位S型頭頸肩熱塑體模固定，在荷蘭飛利浦大孔徑CT行平掃(C-)+增強(C+)定位掃描，掃描范圍自頭頂至鎖骨頭下3 cm，掃描層厚為3 mm，掃描條件為管電壓130 kV，管電流200 mA。為保證體位一致性，所有患者定位前均已行靜脈穿刺留置靜脈針，對患者行C-圖像掃描后，高壓注射泵經臂靜脈自動注射造影劑(碘海醇，Omnipaque?)70～80 ml，注射速度為3.5 ml/s，注射完成后即行相同序列條件下C+圖像掃描。

1.3 靶區勾畫及計劃設計

將患者2個序列圖像以DICOM RT格式傳輸至Pinnical3 Ver 9.6治療計劃系統，將C-圖像作為原始序列、C+圖像作為附加序列行圖像融合后完成靶區及危及器官勾畫，以保證所畫輪廓位于C-序列。靶區定義參考ICRU50、62號文件[8]。將可見腫瘤定義為GTVnx，外擴3 mm為pGTVnx；轉移性腫大淋巴結定義為腫瘤體積(gross tumor volume，GTVnd)，外擴3 mm為計劃腫瘤體積(planning gross tumor volume，PGTVnd)。將高危淋巴引流區命名為CTV1，外擴3 mm為PTV1，并按實際情況調整臨近脊髓、腦干等部分外擴距離且與外輪廓保持≥2 mm距離。CTV2為低危區，外擴3 mm為PTV2。處方劑量：PGTVnx、PGTVnd為70 Gy/33 F；計劃靶區(planing target volume，PTV1)為60 Gy/33次；PTV2為54 Gy/33次。將勾畫完成的輪廓及C-圖像數據傳輸至Hi-Art計劃工作站(Ver4.1.2)進行計劃設計，射野寬度選用2.5 cm，螺距為0.35，并實時調整調制因子(Modulation factor)以保證計劃機架旋轉周期在16～20 s[9]。

1.4 C+圖像劑量再計算

在CT工作站將每例患者C+圖像序列名更改為“_ phantom”后以DICOM RT格式傳輸至Hi-Art計劃工作站，Hi-Art會將_phantom命名格式的圖像預存為模體數據以供制定驗證計劃時調取。在Hi-Art劑量驗證模塊按照驗證計劃設計流程，將每例患者C+圖像以模體形式調入原計劃束流場并保持圖像坐標位置不變。在C+圖像上進行計劃劑量的重新計算從而獲得相同束流條件下的劑量分布。

1.5 數據讀取

那語氣像是剛才什么都沒有發生似的，我心里七上八下地坐在了萍萍的身邊，然后看著林孟拿著一張白紙和一支筆走過來，他和我們坐在了一起，他對萍萍說：“你做了對不起我的事……”

隨機選取每例驗證計劃靶區(PGTVnx、PGTVnd)及各興趣器官(血管、腮腺、腦干、脊髓等)區域內10個點，分別讀取原計劃和驗證計劃CT值及對應劑量。

1.6 統計學方法

采用SPSS 19.0統計軟件對數據進行分析處理，計量資料結果以均值±標準差(x-±s)表示，采用配對t檢驗，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2　結果

2.1 CT值變化

注射造影劑后，靶區及各感興趣器官的CT值變化見表1。靶區內CT值變化較小，增強前后差異為79.7%和79.3%，差異具有統計學意義(t=-5.5，t=-4.6；P＜0.05)，各興趣器官中以血管CT值變化最為顯著，C+圖像CT值達到C-圖像5.8倍，腦干脊髓相對較少，且腦干CT值變化無統計學意義(t=-1.7，P＞0.05)。

表1　不同掃描計劃患者靶區及各興趣器官CT值(HU，x-±s)

表2　不同掃描計劃患者靶區及各興趣器官劑量差異(Gy，x-±s)

2.2 劑量差異

通過在相同坐標系下讀取靶區和各興趣器官點劑量進行對比分析發現，C-與C+條件下得到的劑量差異很小，但差異除脊髓以外均體現出了統計學差異。除血管內平均劑量差異＞1%外，其他部位包括靶區內劑量差異均＜0.6%，見表2。

3　討論

CT模擬定位的應用使放射治療由簡單的二維時代進入了精確定位、精確計劃及精確治療的三維時代，由此也帶來了調強放射治療、螺旋斷層放射治療及容積調強放射治療等新技術的推廣和應用。CT依據表達組織密度的CT值進行灰度圖像重建是計劃系統劑量計算的基礎。而放射治療中靶區勾畫的精確度依賴于與組織密度差異正相關的灰度對比度[10]。若腫瘤組織密度與軟組織相近則圖像灰度近似，這勢必給靶區確定帶來困難，而造影劑的引入很好的解決了這個問題。但由此造成的CT值變化對劑量計算的影響引起了許多學者的關注。

Shibamoto等[11]在影像增強劑對3DCRT計劃跳數影響的研究中發現，除上腹部腫瘤跳數增加＞2%外，顱內、頸部、縱隔及盆腔部位影響均＜1%。Choi等[12]在對頭頸部腫瘤調強放射治療劑量影響研究中發現：在相同體位固定、CT掃描及靶區計劃參數條件下，平掃CT計劃靶區劑量均高于增強CT，其差異＜1%。本研究結果顯示，除頸部血管影響＞1%外，其他部位的劑量影響均＜0.6%，與Choi等[12]研究結果相類似。Ramm等[13]研究發現，造影劑對劑量計算的影響會隨著射野個數的增加而逐漸減少。而HT計劃在計算過程中將機架旋轉的一個周期分成了51個角度進行優化，這無疑會降低造影劑對劑量計算的影響，本研究的結果也很好的印證了這一點。

本研究通過應用Hi-Art計劃驗證模塊，在保證原計劃束流場不變情況下以模體圖像形式引入C+圖像，實現了C-計劃在C+圖像的再計算，從而為劑量差異評估創造了前提。此外，本研究所選病例均為熱塑頭頸肩模固定，并在定位前做了靜脈針的留置準備，已有研究表明，頭頸肩模固定具有較好的體位穩定性，其次內擺位誤差均在亞毫米級[14]。在注射造影劑的較短時間內，其體位移動可以忽略，為在影像增強劑注射前后體位一致性提供了有力保證。

由于驗證軟件模塊限制，本研究未能得出靶區及各器官體積劑量信息，而是借助坐標定位方式分別讀取2個圖像序列相對應的點劑量，分析結果顯示了增強劑對于HT劑量影響較小，完全可以勝任計劃的優化計算。但多數單位臨床應用中都是結合廠商建議一直沿用C-聯合C+的定位掃描方式。本研究認為，這與HT精益求精的設計理念密不可分，但更重要的是在患者實施治療前所行MVCT掃描是在C-條件下進行，其在圖像灰度值基礎上的自動位置配準勢必由于C+定位圖像CT值的較大改變帶來影響，這也是進一步需要研究的課題。

綜上所述，在C-與C+條件下HT計劃劑量計算差別較小，理論上可直接在C+圖像上完成靶區勾畫及治療計劃的優化計算，但考慮血管等在注射造影劑后CT值變化較大，對每次治療前MVCT自動灰度配準會產生一定影響可能，故在臨床運用中需謹慎。

參考文獻

[1]祁振宇,黃劭敏,鄧小武.放療計劃CT值的校準檢測及其影響因素分析[J].癌癥,2006,25(1):110-114.

[2]Burridge NA,Rowbottom CG.Effect of contrastenhanced CT scans on heterogeneity corrected dose computations in the lung[J].Clin Med Phys,2006,7(4):1-12.

[3]李奇欣,孫長庚.CT增強掃描對鼻咽癌調強放射治療劑量的影響[J].醫療裝備,2008,21(8):38-40.

[4]Wertz H,Jakel O.Influence of iodine contrast agent on the range of ion beams for radiotherapy[J].Med Phys,2004,31(4):767-773.

[5]Xin Z,Jose P,Eduardo G,et al.Dosimetric comparison of Helical Tomoherapy and Linac-IMRT treatment plans for head and neck cancer patents[J].Medical Dosimetry,2010,35(4):264-268.

[6]解傳濱,徐壽平,葛瑞剛,等.下咽癌靜態調強放療與兩種射野寬度設計螺旋斷層治療的劑量學研究[J].中國醫學物理學雜志,2011,28(6):2967-3020.

[7]杭霞瑜,劉海,李益坤,等.鼻咽癌螺旋斷層放療與常規調強放療的劑量學分析[J].中國醫療設備,2013, 28(12):15-18.

[8]ICRU.Prescribing,Recording and Reporting Photom Beam Therapy(Supplement to ICRU Report 50)[S].ICRU Report No.62,1999:12.

[9]解傳濱,徐壽平,鞏漢順,等.鼻咽癌螺旋斷層治療中物理參數優化的因素分析[J].實用癌癥,2012,27(3): 257-262.

[10]Armstrong JG.Target volume definition for threedimensional conformal radiation therapy oflung cancer[J].Br J Radiol,1998,71(846):587-594.

[11]Shibamoto Y,Naruse A,Fukuma H,et al.Influence of contrast materials on dose calculation in radiotherapy planning using computed tomography for tumors at various anatomical regions:a prospective study[J].Radiother Oncol,2007,84(1):52-55.

[12]Choi Y,Kim JK,Lee HS,et al.Influence of intravenous contrast media on dose calculations of intensity modulated radiation therapy plans for head and neck cancer[J].Radiother Oncol,2006,81(2):158-162.

[13]Ramm U,Damrau M,Mose S,et al.Influence of CT contrast agents on dose calculations in a 3D treatment planning system[J].Phys Mad Biol, 2001,46(10):2631-2635.

[14]尹文晶,孫穎,遲峰,等.應用錐形束CT研究鼻咽癌容積弧形調強放射治療的擺位誤差[J].中山大學學報(醫學科學版),2012,33(5):678-682.

Research on influence of intravenous contrast agent on dose calculations of helical tomotherapy plans for nasopharyngeal carcinoma/XIE Chuan-bin, XU Shou-ping, DAI Xiang-kun, et al// China Medical Equipment,2016,13(1):84-87.

[Abstract]Objective: To investigate the influence of computed tomography(CT) values increased by intravenous contrast agent(CA) on dose calculations of Helical Tomotherapy(HT) plans for nasopharyngeal carcinoma(NPC). Methods: Eight patients with NPC treated by HT were enrolled. Eah patient took two sets of CT in the same position before and after intravenous CA injections. Dose recalculations were done using the C+ images which were uses as a substitute for the C- images of original plans in the QA mode. The 10 points were selected randomly from every target and organ of interest, the CT values and the point doses of the QA plans were compared with the original plans in the same coordinate system. Results: The dose deviation of targets in C- and C+ plans was 0.31%, The vessels indicated the highest difference(1.13%), the dose difference of parotids was 0.55%, the difference of brainstem was the smallest with 0.39%. Conclution: The influence of intravenous contrast agent on dose calculations of HT plans for NPC is small. The C+ images can be used in HT planning theoretically. But the CT values of some tissues such as vessels were increased significantly, which may lead to the errors on the automatic registration of MVCT before delivery. So it needs to be careful in clinical use.

[Key words]Nasopharyngeal carcinoma; Helical tomotherapy; Contrast media; Dose calculation; Computed tomography

收稿日期：2015-01-27

DOI:10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.01.026

[文章編號]1672-8270(2016)01-0084-04

[中圖分類號]R739.62

[文獻標識碼]A

作者簡介
解傳濱,男,(1983- ),碩士，主管技師，物理師。解放軍總醫院放射治療科，研究方向：醫學物理和腫瘤精確放射治療。