螺旋斷層MVCT在鼻咽癌自適應放射治療中的劑量學研究*

倪千喜 朱 俊 龐金猛

在放射治療過程中，由于腫瘤靶區體積消退、患者體重變化等原因，致使腫瘤與周圍危及器官(organ at risk，OAR)的相互位置關系發生變化，在人體內的放射治療劑量分布也會隨之發生改變。因此，自適應放射治療(adaptive radiation therapy，ART)技術[1-3]應用越來越廣泛。鼻咽癌目前以調強放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)為主要治療方法，自適應放射治療應用優勢顯著[4-5]。

由于螺旋斷層放射治療系統(tomotherapy，TOMO)兆伏級(megavoltage CT，MVCT)成像(TOMO-MVCT)與治療同源，成像精度高，TOMOMVCT在自適應放射治療中扮演著重要角色。本研究通過比較TOMO-MVCT與放射治療計劃常規采用的千伏級CT(kilovoltage CT，kVCT)在放射治療劑量計算方面的差異，分析TOMO-MVCT在鼻咽癌ART中的應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

隨機選取2018年1-7月在湖南省腫瘤醫院就診期間采用TOMO放射治療的10例鼻咽癌患者，其中男性7例，女性3例；年齡32～74歲，中位年齡46歲。本研究經醫院倫理委員會批準。所有患者均知情同意，并簽署知情同意書。

1.2 納入與排除標準

(1)納入標準:①經過病理證實為鼻咽癌患者；②放射治療為根治手段。

(2)排除標準:①發生遠處轉移；②放射治療非根治手段。

1.3 儀器設備

LightSpeed型CT模擬定位機(美國GE公司)；CIRS 062M型電子密度模體(美國CIRS公司)

1.4 治療方法

(1)模擬定位與計劃設計:采用LightSpeed型CT模擬定位機進行CT掃描。掃描層厚為鼻咽原發區域內3 mm/每層，治療區域外5 mm/每層，掃描范圍為顱頂至胸骨切跡下2 cm。采用Accuracy Planning Station計劃系統(TomoHDTM Version 2.1.3)進行計劃設計。

(2)靶區與OAR勾畫:根據國際輻射單位與測量委員會(International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU)50號和62號文件[6]原則勾畫靶區和重要器官，結合患者病理、影像資料勾畫腫瘤靶區(gross tumor volume，GTV)、臨床靶區(clinical target volume，CTV)和計劃靶區(planning target volume，PTV)；OAR勾畫包括腦干、脊髓、晶體、眼球、視神經、垂體及腮腺等。

(3)MVCT圖像獲取:采用TOMO治療系統采集患者首次治療時的MVCT圖像。采集范圍為患者PTV及外放2 cm區域。

(4)CT相對電子密度曲線獲取:采用CIRS 062M型電子密度模體，分別在LightSpeed型CT模擬定位機和TOMO治療系統(TomoHD)進行測量。①kVCT測量條件:管電壓為120 kV，管電流為100 mAs；②MVCT測量條件:能量為3.5 MV，獲取CT電子密度(electron density，ED)曲線。

1.5 圖像融合配準與劑量計算

(1)圖像融合配準。在TOMO治療計劃系統中，將采集到的MVCT圖像與放射治療計劃用的kVCT圖像進行融合配準。配準參數選擇骨和組織配準(Bone and tissue technique)方式，配準分辨率選擇超精細分辨率(Super fine resolution)，配準移動先選擇平移+俯仰、偏轉及旋轉(Translation+Pitch，Yaw，Roll)自動配準。若匹配結果顯示Pitch和Yaw兩個方向旋轉誤差＞3°，則重新擺位采集MVCT，再選擇Translation+Roll二次配準。射野等中心左右(X軸)、頭腳(Y軸)和前后(Z軸)3個方向的平移誤差≤3 mm，旋轉誤差≤3°，則認可配準結果。

(2)劑量計算。將已批準用于治療的放射治療計劃導入至MVCT圖像中，選用實際測量得到MVCT的ED曲線，不更改任何計劃參數，直接進行劑量計算。比較基于MVCT和kVCT圖像的靶區和OAR劑量分布差異，并進行統計分析。

1.6 劑量評價參數

評價GTV和PTV的D95、D98及D2劑量參數；OAR的腦干、脊髓、晶體、眼球、視神經及垂體的Dmax劑量參數；腮腺D50的劑量參數。

1.7 統計學方法

采用SPSS22.0統計軟件對分別基于MVCT和kVCT進行劑量計算的靶區和OAR的劑量差異進行配對t檢驗，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 相對ED曲線

測量得到的kVCT與MVCT的相對ED曲線的CT值在-1200～0范圍內，兩者相對ED差異很小，均呈線性分布，見圖1。

圖1 MVCT與kVCT的相對電子密度曲線

表1 MVCT與kVCT圖像的GTV及PTV劑量分布相對誤差比較(±s)

表1 MVCT與kVCT圖像的GTV及PTV劑量分布相對誤差比較(±s)

*注：表中GTV為腫瘤靶區；PTV為計劃靶區

表2 基于MVCT與KVCT圖像的OAR劑量分布相對誤差比較(±s)

表2 基于MVCT與KVCT圖像的OAR劑量分布相對誤差比較(±s)

2.2 靶區與OAR劑量分布比較

(1)基于MVCT和kVCT圖像進行劑量計算，靶區GTV、PTV，OAR腦干、脊髓、晶體、眼球、視神經、垂體及腮腺的劑量計算相對誤差均＜2%。其中，GTV的D95、D98和D2劑量計算差異有統計學意義(t=-2.802，t=-2.830，t=-2.935；P＜0.05)，見表1。

(2)靶區PTV和OAR的劑量計算差異無統計學意義(P＞0.05)，見表2。

(3)MVCT與kVCT圖像劑量計算的層面劑量分布比較，其差異較小，見圖2。

圖2 基于MVCT與kVCT影像劑量計算的劑量分布比較

3 討論

在放射治療實施過程中，當腫瘤縮小時周圍正常組織替代了腫瘤原來位置，導致其周圍正常組織接受了腫瘤所需照射的處方劑量，而高劑量對于正常組織而言卻無必要。在腫瘤縮小的基礎上，再次針對腫瘤縮小后的體積制定放射治療計劃相當有必要。Guckenberger等[7]對局部晚期非小細胞肺癌患者放化療過程中采用ART技術提高放射治療劑量的可行性進行研究，其結果顯示，腫瘤體積每天消退1.2%，治療6周后殘余(49±15)%的GTV體積。采用ART治療方案后，在不改變GTV原有劑量覆蓋率的前提下，肺組織平均劑量下降5.0%～7.9%，GTV劑量從66.8 Gy提升至73.6 Gy，可以提高腫瘤局部控制率。

TOMO治療系統的MVCT成像與治療同源，成像精度高，MVCT在ART中應用越來越廣泛。

在鼻咽癌IMRT放射治療過程的OAR中，腮腺體積變化較為顯著[8-10]。本研究顯示，利用MVCT直接用于劑量計算，左腮腺和右腮腺的D50相比于kVCT的相對誤差分別為(0.65±1.11)%和(0.26±0.86)%。

Duchateau1等[11]研究顯示，在ART中應用MVCT于劑量計算，需要同步采集其相對ED曲線，確保劑量計算準確。本研究結果顯示，測量得到的kVCT與MVCT的相對ED曲線的CT值在-1200～0范圍內，兩者相對電子密度差異很小，均呈線性分布。

戴相昆等[12]研究顯示，MVCT的CT值與電子密度呈較好的線性和穩定性，MVCT與kVCT間的劑量計算誤差均≤±3%，平均誤差為1.27%。Pukala等[13]研究表明，基于MVCT和kVCT的計算劑量誤差為-1.4%～0.6%。有研究報道，將MVCT與kVCT進行形變配準后，MVCT可以用于ART的計劃優化與計算[14-17]。本研究結果表明，根據腫瘤靶區與OAR的劑量統計分析結果，分別基于MVCT與kVCT圖像的劑量計算差異較小。靶區GTV、PTV的最大劑量D2、最小劑量D98、95%體積處方劑量D95，串行OAR腦干、脊髓、晶體、眼球、視神經、垂體的最大劑量Dmax，并行OAR腮腺的50%體積照射劑量D50的劑量計算相對誤差均在2%以內。

在鼻咽癌ART臨床實踐中，需要多次采集MVCT影像用于放射治療計劃的修改。由于每次MVCT的采集參數設置是一致的，對應的相對電子密度曲線是不變的，從而所產生的放射治療劑量計算誤差是不變的。因此，本研究對于患者首次治療時的MVCT影像直接用于放射治療劑量計算誤差的研究結果可用于ART全過程。

TOMO的MVCT圖像可以直接用于放射治療計劃劑量計算，完全滿足鼻咽癌ART中的臨床應用要求。相對于kV-錐形束計算機斷層攝影(cone-beam computed tomography，CBCT)而言，TOMO的MVCT具備成像精度高、劑量計算準確的優勢。