形變配準分析下行同步加量調強放療的鼻咽癌患者靶區和危及器官劑量學研究

朱明琪

鼻咽癌（NPC）是發生于鼻咽腔頂部、側壁黏膜上皮的惡性腫瘤，具有病變部位隱匿、早期癥狀不典型、惡性程度高和預后差等特征[1-2]。NPC對放射治療的敏感度較高，因此臨床多采用以放療為主的個體化綜合根治性治療方案[3]。同步加量調強放療（SMART）技術可在同一個照射視野內同時對腫瘤靶區（GTV）和臨床靶區（CTV）進行不同分割劑量照射，在不降低NPC患者腫瘤放射劑量的基礎上，有效降低臨近正常組織的受照面積和劑量[4-5]。有研究顯示，隨照射時間和劑量的累積，部分患者在SMART過程中實際接受的照射劑量與初次計劃劑量出現偏差，對預測療效及放射損傷精度產生不良影響[6]。圖像配準是一種將不同條件下獲得的兩幅圖像進行對校、拼接的圖像預處理技術，包含剛性配準和形變配準，在醫學診斷、制定手術方案或放療計劃中應用廣泛[7-8]。本研究主要探討基于剛性配準和形變配準技術對行SMART的NPC患者靶區和危及器官（即CTV區）劑量學的影響，旨在為NPC患者放療方案的制定提供參考，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2019年1月至2022年1月浙江省麗水市中心醫院收治的62例行SMART治療的NPC患者，其中男40例，女22例；年齡35～75歲，平均（61.8±5.4）歲；T分期：T2期38例，T3期24例。納入標準：（1）符合NPC診斷標準[9]，經臨床病史、影像及病理檢查證實；（2）均接受SMART治療；（3）患者及家屬了解并知情同意。排除標準：（1）合并臟器功能不全；（2）合并其他惡性腫瘤；（3）合并心理、精神疾病。本研究經醫院倫理委員會批準通過。

1.2 方法

1.2.1 體位固定及CT掃描 采用西門子大孔徑CT掃描儀對62例NPC患者進行掃描定位，取頭頸肩固定的仰臥位，掃描范圍由頭頂至鎖骨下3 cm，掃描層厚3 mm。掃描結束后將圖像上傳至Pinnacle 9.10計劃工作系統內。

1.2.2 靶區及危機器官的勾畫 GTV、CTV和計劃腫瘤靶區（PGTV）的設定通過影像學檢查的原發腫瘤及其侵犯范圍進行劃分，其中GTV包括咽后和頸部轉移淋巴結、鼻腔后部、咽旁間隙及上頜竇后部等部位，PGTV包括近脊髓腦干和空腔，CTV包括腮腺、腦干、脊髓、眼球、視神經和晶體等臨近危及的器官組織。由放療醫生勾畫GTV及CTV，限制條件為腮腺體積劑量≤30 Gy，腦干、視神經≤54 Gy，脊髓≤45 Gy，眼球≤50 Gy，晶體≤8 Gy。

1.2.3 計劃設計及圖像配準方法 所有患者均接受SMART治療，在首次定位圖像CT1上制定初次SMART計劃Plan1，在復位圖像CT2上制定SMART計劃Plan2，共放療32次，劑量設置為66～70 Gy。配準采用圖像轉換對比完成，將Plan1和Plan2導入通用算法的Manteia公司的AccuContour圖像配準軟件，將Plan2的劑量分布剛性配準到定位CT1，再與Plan1進行累加得到總劑量分布Plan剛性。將Plan2的劑量分布形變配準到定位CT1，再與Plan1進行累加得到總劑量分布Plan形變。

1.3 觀察指標 測量并記錄GTV、PGTV和左、右腮腺體積的變化情況；比較圖像配準后GTV、PGTV和CTV的相似指數（DSC），其計算公式為2｜A∩B｜/（｜A｜＋｜B｜），其中A、B分別表示CT1、CT2靶區和危及器官的體積。比較GTV、PGTV和CTV在Plan1、Plan2、Plan剛性配準和Plan形變配準的劑量-體積變化情況。比較GTV和PGTV的平均劑量（Dmean）、95%體積所受劑量（D95）和99%體積所受劑量（D99）；比較雙側腮腺Dmean和腦干、眼球、視神經和晶狀體最大點劑量（Dmax）。

1.4 統計方法 采用SPSS 22.0統計軟件進行分析，計量資料以均數±標準差表示，采用兩樣本獨立t檢驗，多組比較采用重復測量方差分析。P＜0.05表示差異有統計學意義。

2 結果

2.1 GTV、CTV、PGTV及腮腺體積變化比較 62例NPC患者在SMART放療過程中，CT1和CT2中腫瘤靶區和雙側腮腺體積均出現不同程度的變化。其中GTV、CTV、PGTV體積差異均無統計學意義（均P＞0.05），而CT2中左側腮腺體積和右側腮腺體積均小于CT1（均P＜0.05），見表1。

表1 GTV、CTV、PGTV及腮腺體積變化比較 cm3

2.2 形變配準與剛性配準后DSC比較 左側腮腺、右側腮腺和脊髓形變配準后的DSC均高于剛性配準后（均P＜0.05），見表2。

表2 形變配準與剛性配準后DSC比較

2.3 不同計劃NPC患者GTV、PGTV劑量分布比較 Plan形變配準、Plan剛性配準與Plan1、Plan2比較，GTV、PGTV的Dmean、D95和D99均降低（均P＜0.05）；Plan形變配準在GTV、PGTV的Dmean、D95和D99均高于Plan剛性配準（均P＜0.05），見表3。

表3 不同計劃NPC患者GTV、PGTV劑量比較 Gy

2.4 不同計劃NPC患者CTV劑量分布比較 Plan形變配準、Plan剛性配準在腦干、左右眼球、左右視神經和左右晶體的CTV差異均無統計學意義（均P＞0.05），其中Plan1與Plan形變配準比較，CTV劑量體積差異較小；Plan形變配準在左側腮腺、右側腮腺的劑量均低于Plan剛性配準（均P＜0.05），見表4。

表4 不同計劃NPC患者CTV劑量分布比較 Gy

3 討論

NPC是耳鼻喉科高發的惡性腫瘤，對放療具有較高的敏感性，目前臨床多采用可顯著提高靶區劑量同時降低臨近器官組織輻射的SMRAT對NPC患者進行治療[10]。有研究發現，腮腺對放射線較為敏感，在SMRAT治療過程中，GTV和腮腺體積常發現顯著變化，并進一步對GTV和CTV的受量產生影響[11-12]。醫學圖像處理中，配準可改善器官運動、擺位誤差等多種因素導致的GTC劑量不均現象，在惡性腫瘤的圖像引導放療中應用廣泛，提高配準的精確度和效率已成為當前臨床放療中圖像配準的重點研究方向[13-14]。本研究主要探討剛性配準和形變配準技術對行SMART的NPC患者的靶區和危及器官劑量學的影響。

本研究結果顯示62例NPC患者在SMART放療過程中CT1和CT2中腫瘤靶區和雙側腮腺體積均出現不同程度的變化。其中，GTV、CTV、PGTV體積變化差異均無統計學意義（均P＞0.05），但CT2中左側腮腺體積和右側腮腺體積均小于CT1，與羅丹等[15]研究結果基本一致，這說明NPC患者SMART放療后腮腺均出現一定程度的退縮現象。目前，臨床圖像配準方法以剛性配準技術和圖像形變配準最為常見，剛性配準技術是在物理特性不變化的前提下，通過空間姿態與位置變化的交互式來確定剛性變換，包括平移量和旋轉量[16]。配準匹配由特征空間、搜索空間、相似度度量和搜索策略組成。圖像形變配準是基于特定算法，通過輪廓推衍形變而配準圖像，定量分析病灶和器官變化[17]。本研究結果顯示左側腮腺、右側腮腺和脊髓形變配準后DSC均高于剛性配準后，這提示形變配準優于剛性配準，這對NPC患者的放療方案制定具有一定的指導意義。

NPC患者在多個放療計劃時，可通過形變配準技術累加各計劃的劑量分布，并據此評估患者所需的總劑量。本研究對Plan形變配準、Plan剛性配準與Plan1、Plan2的GTV、PGTV劑量進行評估，結果發現四個計劃劑量整體差異不明顯，Plan形變配準的GTV、PGTV Dmean、D95和D99與Plan1、Plan2差異不明顯，但Plan形變配準劑量、Plan剛性配準均高于Plan剛性配準，與文獻[18]報道結果相似。這說明形變配準與剛性配準均可提高NPC患者的放療精度，但形變配準計劃的SMART劑量變化幅度較大，與剛性配準計劃比較，具有明顯的劑量學優勢。分析其原因，可能在于剛性配準較易受NPC患者頭頸部圖像變形的影響，導致CT1與CT2無法達到完美匹配，降低了配準的精確度。而形變配準可有效克服頭頸部圖像變形導致的配準誤差，改善了CT1與CT2的生成精度，表現為Plan形變配準與Plan1、Plan2的GTV、PGTV劑量差異明顯，且顯著高于Plan剛性配準[20]。進一步分析不同計劃NPC患者CTV劑量，結果顯示SMART過程中NPC患者GTV體積呈現逐漸縮小趨勢，Plan2與Plan1的CTV劑量變化較大，其中左側腮腺和右側腮腺Dmean分別減小4.95%和9.77%，Plan形變配準與Plan1、Plan2左側腮腺和右側腮腺Dmean差異明顯，而Plan剛性配準與Plan1、Plan2左側腮腺和右側腮腺Dmean差異均無統計學意義（均P＞0.05）。這說明其剛性配準劑量體積指標無法準確預測腮腺在SMART治療中的放射損傷，與剛性配準比較，形變配準可作為準確預測CTV中腮腺在SMART過程中的劑量學指標。本研究結果顯示Plan形變配準、Plan剛性配準與Plan1、Plan2的腦干、左右眼球、左右視神經和左右晶體等CTV在放療中的劑量變化差異不顯著，其中Plan1與Plan形變配準比較，CTV劑量體積差異較小，且Plan形變配準在左側腮腺、右側腮腺的劑量均低于Plan剛性配準。這提示形變配準的SMART治療可確保NPC患者危及器官在安全范圍內，臨床可利用Plan1的劑量體積指標評估NPC患者療效及放射性損傷。

綜上所述，NPC患者同步化療方案制定中，應在綜合考慮患者及其家屬期望和患者機體與心理狀態的基礎上，重點關注診療方案對靶區、臨床靶區和危及器官的影響，確保近遠期效果及治療的安全性，以提高患者生活質量，獲得最佳療效。