圖像引導下宮頸癌容積旋轉調強放療中膀胱和直腸實際受照劑量評估

倪曉雷，陳榕欽，柏朋剛，陳文娟，翁星，林秀容，李奇欣，戴藝濤，陳開強，陳濟鴻，張瑋婷

1.福建醫科大學附屬龍巖市第一醫院，福建龍巖364000；2.福建醫科大學附屬福建省腫瘤醫院，福建福州350014；3.南華大學核科學技術學院，湖南衡陽421001

前言

隨著放射治療技術的發展，調強放射治療技術（Intensity-Modulated Radiotherapy,IMRT）在國內外已廣泛應用，而在此基礎上發展起來的容積旋轉調強放射治療技術（Volumetric Modulated Arc Therapy,VMAT）使調強技術有了進一步的發展［1-2］。VMAT技術的一個明顯優勢是治療患者用時比靜態IMRT用時顯著減少［3-5］。IMRT的特點是可以給予靶區足夠的劑量覆蓋的同時，在周圍產生高梯度的劑量陡降，這樣對保護正常器官有極大的益處［6］。但對于治療中發生形變的危及器官應給予格外關注，因為微小形變可能會使危及器官部分落入高劑量區域。在宮頸癌的VMAT治療中，對于宮頸癌分次間照射的形變是無法很好控制的。因為在宮頸癌放療中，膀胱和直腸由于生理原因根本無法保證其空間位置與計劃設計時模擬CT的空間位置完全一致［7-9］。圖像引導放射治療技術（Image-Guided Radiation Therapy,IGRT）的應用，能在治療中獲取患者的準確體位，控制擺位誤差，進而提高放療準確性［10-11］。最有代表性的是錐形束CT（Cone Beam Computed Tomography,CBCT）應用于患者的治療擺位，雖然可以比較好地控制較為剛性的移動，但是對于內部器官的移動效果不佳［12-13］。本研究使用計劃CT圖像與治療時的CBCT圖像進行配準后進行膀胱及直腸的勾畫，然后再加入平移擺位誤差因素，對比評估這兩個危及器官在計劃設計與實際治療中受照射劑量的差異。

1 材料與方法

1.1 病例基本資料

入組2017年2～4月本院初診并行根治性放療的宮頸癌患者25例，年齡42～72歲，中位年齡52歲；分期為I期2例，II期11例，III期8例，IV期4例。CT掃描條件：掃描半小時前，患者飲水200 mL，感覺有尿意時掃描，CT模擬機使用Philips大孔徑CT，CT掃描層厚為5 mm。患者體位：仰臥位，雙手抱頭，真空墊固定體位，加上熱塑型腹部網罩固定。CT圖像通過網絡傳輸至Pinnacle3 9.2計劃系統中。臨床醫師參考患者的磁共振圖像進行危及器官（膀胱、直腸等）勾畫和靶區勾畫。治療計劃使用雙弧VMAT方式，旋轉弧度分別為182°～178°和178°～182°。經逆向優化設計達到臨床處方要求，傳輸至MOSIAQ系統中進行治療。

1.2 CBCT圖像獲取

CBCT掃描前，保持患者體位與模擬CT掃描一致，以盡量避免膀胱和直腸的體積或空間變化。并在Elekta Synergy VMAT加速器下，患者初次治療前使用治療機自帶的XVI（X-ray Volume Image）系統中的CBCT工具進行圖像采集。CBCT參數選擇：濾線器F1，準直器M20，曝光條件設置為120 kV和657 mA，掃描角度為360°。掃描完成后使用中等分辨率重建方式重建。配準方式使用灰度配準。配準框設定的范圍以腫瘤為中心，適當包括周圍的骨性組織即可。獲取患者的擺位誤差后，將CBCT切分為3 mm層厚的DICOM圖像傳輸至Pinnacle計劃系統。

1.3 形變膀胱和直腸勾畫

在Pinnacle治療計劃系統中，使用歸一化互信息法將CBCT圖像嚴格配準到CT圖像上。依據CBCT圖像在CT圖像中勾畫出膀胱和直腸。如果CBCT圖像中膀胱或直腸僅顯示部分，那么刪除治療計劃CT圖像中相應多出的層面，以便合理評估劑量。

1.4 擺位誤差的引入

使用治療計劃系統的器官擴邊和縮小組合，依照擺位誤差數據生成平移以后的膀胱和直腸。生成帶誤差的CT圖像上的膀胱、直腸和帶誤差CBCT圖像上的膀胱、直腸。計算膀胱和直腸體積，并且分別統計帶有或不帶有擺位誤差的CT與CBCT圖像這4組膀胱、直腸受到不低于50 Gy劑量的體積比（V50）及最大劑量（1%體積的劑量）。

1.5 統計學處理

統計分析采用SPSS 16.0軟件包，選用配對t檢驗對膀胱和直腸體積以及4組感興趣區域劑量進行對比分析，P＜0.05為有統計學差異。

2 結果

2.1 基本數據

初次擺位時患者使用CBCT掃描的圖像與CT圖像擺位配準獲得的擺位誤差的3個方向的平移誤差，即左右平移、頭腳平移和前后平移的平均值分別為（0.16±0.11）、（0.27±0.24）和（0.23±0.16）cm。基于CT圖像和基于CBCT圖像勾畫出的直腸體積分別為（33.0±16.0）和（21.8±16.5）cm3。基于CT圖像和基于CBCT圖像勾畫出的膀胱體積分別為（387.1±222.3）和（227.8±107.3）cm3。直腸和膀胱的V50與最大劑量在不同條件下的平均值和標準差見表1。

表1 在CT與CBCT上考慮與不考慮平移擺位誤差的膀胱和直腸的V50體積百分比和最大劑量Tab.1 Comparison of V50and maximum dose of bladder and rectum based on the CT vs CBCT images(with vs without translational setup errors)

2.2 評估對比分析

基于CT與CBCT圖像的直腸、膀胱體積配對t檢驗結果分別為t=2.8（P＜0.01）；t=3.72（P＜0.01）。以計劃CT圖像中危及器官為基準，與CBCT圖像中的危及器官加入擺位誤差的數據進行配對t檢驗，直腸V50的t=-3.6（P＜0.01），膀胱V50的t=-2.98（P＜0.01），差異均有統計學意義。而直腸、膀胱最大劑量t檢驗分別為t=-1.18（P=0.25），t=0.66（P=0.51），均無統計學意義。

3 討論

宮頸癌是中國高發的腫瘤之一，放射治療在宮頸癌的治療中具有重要地位［14］。隨著放射治療技術的快速發展，許多宮頸癌患者可以完全依靠放射治療進行根治性治療。同時，已有文獻報道，使用IMRT可以進一步提高宮頸癌的放射治療療效，并有效地保護危及器官［15-16］。

對于VMAT技術在宮頸癌治療實際應用中還有一些值得探討的地方，如VMAT技術的特點是可以給予靶區足夠的劑量覆蓋的同時，在靶區周圍產生高梯度的劑量陡降，這樣可以有效保護正常器官，但對移動度比較大的腫瘤及周邊危及器官可能會存在腫瘤劑量欠量或危及器官保護不足問題。宮頸癌的放療過程中，膀胱和直腸又是需要特別保護的主要危及器官。在整個治療過程中，分次治療中分次間和分次內都可能存在膀胱和直腸位置形變和移動的變化。本研究雖然主要是研究模擬CT掃描與首分次治療之間病人的膀胱和直腸的體積和劑量變化，而在放射治療中主要存在兩個方面的誤差：一是擺位誤差；二是患者器官運動的誤差，包括器官形變、位移和人體呼吸運動［17］。本研究中可以明確看到擺位誤差引起的劑量學差異還是比較小的。當然，這是在臨床實踐中有對擺位誤差進行控制的條件下。比如，在基于計劃CT的危及器官劑量和單純加入擺位誤差后直腸和膀胱的劑量均變化不大的情況下。在進行配對t檢驗分析時，膀胱的劑量差異無統計學意義，但是在基于CBCT勾畫的危及器官的劑量和加入擺位誤差的劑量都與計劃CT勾畫的危及器官的劑量有明顯差異。CBCT勾畫的直腸和膀胱的最大劑量（危及器官1%體積的劑量）與計劃CT圖像中比較無明顯差異。根據臨床實踐，利用調強放射治療后，會盡力保證靶區內的劑量比較均勻，本身靶區就較少存在熱點。那么，直腸和膀胱即使有一定移動，也并不能影響其最大劑量有明顯變化。從另外一個方面來說，在控制靶區內部的劑量均勻性后，更要注重膀胱和直腸V50的體積百分比。

本研究中考慮的CBCT加入擺位誤差所評估的危及器官劑量，這是最接近真實患者受照劑量。但是由于技術上的原因，本研究不足之處在于：雖然利用圖像引導技術勾畫出膀胱和直腸，也增加了平移誤差，但是還有旋轉誤差并未計算進入誤差中［18-19］。在小體積腫瘤中可能旋轉誤差影響比較小，但是宮頸癌照射體積相對比較大，并且靶區在患者頭腳方向的長度比較長（有時會接近40 cm），旋轉誤差對劑量的影響也比較大。旋轉誤差對膀胱和直腸的影響，還需要進一步研究。

宮頸癌放療過程中腫瘤會發生不規則皺縮，導致退縮后周圍組織器官移位，并且胃腸道的蠕動及膀胱、直腸等的不同充盈狀態均會不同程度地導致靶區移位，從而引起解剖空間位置變化。膀胱、直腸等體積變化及其對靶區的影響也是宮頸癌放射治療臨床關心的問題。本研究主要集中于治療計劃與首次治療的危及器官的空間及體積變化所受的照射劑量，這里沒有對放療過程中腫瘤等靶區退縮情況進行進一步分析。在今后的研究中，增加放療過程中CBCT的掃描次數，對分次間的危及器官體積變化和加入擺位誤差因素對危及器官所受劑量的情況進一步研究。

4 結論

綜上所述，在首分次的宮頸癌VMAT中，膀胱和直腸的受照體積劑量均與計劃中的劑量有明顯差異，這很不利于評估患者的實際治療劑量及療效。因此，最好應使用在線自適應治療方式，同時進行多分次劑量合成評估的方式才能獲得準確的受照劑量，進而客觀評價患者的治療療效，使患者獲得最大收益。