馬廣棟，洪莉

武漢大學人民醫(yī)院 a.放療科；b.婦二科，湖北 武漢 430060

引言

腫瘤精確放療的基本原則是應用各種方法或設備使腫瘤保持相對較高的物理性、精確性和較好的重復性，確保治療射線能夠最大限度地把劑量集中在腫瘤區(qū)域,而周圍的正常組織能夠得到很好的保護。這就要求在放療前的精確性診斷，精確的定位，精確的放射治療計劃和精確的治療。提高靶區(qū)的適形度和靶區(qū)區(qū)域劑量處處相等。在腫瘤的放射治療過程中有許多的不確定性因素影響著放射治療的精度，主要包括：腫瘤和正常組織的位移，治療中的擺位誤差和治療設備的可靠性和穩(wěn)定性等因素。而如何解決這些不確定因素，提高靶區(qū)照射的精度是放療界一直在研究的課題，圖像引導放射治療的出現(xiàn)在提高靶區(qū)照射精度方面得到很好的應用。

1 圖像引導放療的研究進展

1.1 圖像引導放射治療保證了放療的精度

圖像引導放射治療（Image Guide Radiation Therapy，IGRT）技術(shù)是繼三維適形放療和調(diào)強放射治療之后形成的新放療技術(shù)。它考慮到了組織內(nèi)部器官的運動、放療分次間的擺位誤差和靶區(qū)放療一定劑量后病灶消退等因素的影響；實際上圖像引導放療是一種四維放射治療技術(shù)，也要考慮時間因素造成的影響。IGRT獲取的圖像可以是二維的圖像也可以是三維的圖像，IGRT技術(shù)可以在患者放療前、中、后利用先進的探測成像技術(shù)獲取圖像，然后利用獲取的圖像和定位CT圖像或數(shù)字重建圖像（Digital Reconstruction Radiography，DRR）進行圖像配準和融合，獲取兩者的差別。通過放射治療床的移動、旋轉(zhuǎn)，呼吸門控等方法得到與定位圖像一致的位置,進而提高放射治療的精度。

在圖像引導放療的實際應用中，分析患者體位誤差的配準方法有許多，包括骨性標記配準,軟組織配準，解剖區(qū)域配準等方法。在實際應用中應根據(jù)患者實際情況選擇合適的配準方式，既能提高分析的精度，又能減少患者在配準過程中等候時間。Ryckman等[1]經(jīng)過骨性配準來分析患者擺位誤差，在配準過程中簡單的使用骨性標記配準并不能提高配準精度，需要參考患者靶區(qū)周圍解剖結(jié)構(gòu)及其它軟組織位置來提高配準精確度。而有的學者利用形變配準算法對盆腔腫瘤放療配準，結(jié)果顯示該算法對骨骼和前列腺具有積極的剛性約束，對膀胱也有一定的剛性約束，配準耗時短，不僅提高了配準的精確度，也可以分析各器官的變形規(guī)律性[2]。各配準方式的實際使用應根據(jù)本科室實際情況選擇應用。

在宮頸癌放射治療中，圖像引導放療中可以分析分次治療期間腫瘤的位置，靶區(qū)的大小，危及器官的變化和膀胱的變化等。腫瘤的位移還受到其它因素的影響如身體的移動、體位固定方法、仰臥位還是俯臥位等。腫瘤區(qū)域在放療進行中會引起退縮，這種變化不只是簡單的體積大小變化，還有外形邊界的形變和位置的變化。Chen等[3]運用錐形束CT（Cone Beam CT，CBCT）來觀察靶區(qū)體積隨放療的變化情況，靶區(qū)體積會顯著退縮，靶區(qū)和周圍組織的相對空間位置也會產(chǎn)生變化。圖像引導技術(shù)的應用不僅可以觀察分次放療靶區(qū)退縮情況，還可以指導物理師修改調(diào)整放射治療計劃。正因如此，圖像引導放療技術(shù)在宮頸癌放射治療中得到了廣泛的應用。

1.2 圖像引導內(nèi)照射

近年來宮頸癌圖像引導后裝治療有了長足的發(fā)展，基于TRUS/CT、CT、MRI、PET等三維后裝治療逐漸取代了常規(guī)的二維后裝治療。不同影像獲取的靶區(qū)劑量是不同的。Nesvacil等[4]利用超聲（Ultrasound，TRUS）和CT圖像融合來在CT圖像上勾畫靶區(qū)，并制作梳理出一個完整的工作流程，并計算評價出不同TRUS和CT或TRUS/CT上CTV的D90和OARs D2cm3。在TRUS/CT上結(jié)果顯示CTV為92 Gy，膀胱為85 Gy，直腸為64 Gy，乙狀結(jié)腸為66 Gy。而單獨用CT，TRUS/CT和MRI上CTVHRD90分別為69，92和89 Gy。對于危機器官D2cm3直腸和膀胱控制在3%，乙狀結(jié)腸控制在5%，完全滿足臨床要求。Duane等[5]認為D2cm3的劑量偏差稍大，膀胱達到13.2%，直腸9%，乙狀結(jié)腸達到19.9%。膀胱和直腸的勾畫產(chǎn)生的誤差可能與器官壁每一層面位置和解剖上差異有關。不同影像方式勾畫出來的器官體積也會有所不同，有研究發(fā)現(xiàn)應用CT和MRI影像勾畫的HR-CTV的平均體積分別為36 cm3和30.35 cm3[6]。MRI對病灶邊界的顯示要優(yōu)于CT。基于MRI的可變形圖像配準和單獨的CT影像配準在GTV和高劑量CTV區(qū)域有著顯著區(qū)別MRI影像配準獲得的治療靶區(qū)體積更小[7-8]。在提高靶區(qū)精度方面也有所研究，Karlsson等[9]研究在CT引導和內(nèi)照射過程中使用的不使用內(nèi)置插入標記針分析各方向的移動誤差，發(fā)現(xiàn)使用和不使用插入針在頭側(cè)最大有2.5 mm的誤差，在足側(cè)最大有3.6 mm的誤差，未使用固定針最大誤差達到0.7 mm，而D90 HR-CTV相對劑量增加了1.6%。使用固定針沒有顯著改變。Swanick等[10]使用浸有5種不同性質(zhì)物質(zhì)的紗布條填塞陰道，來比對宮頸在磁共振引導下施源器位置，以改善定位和固定方式。增加宮頸癌內(nèi)照射圖像引導放療的精度。經(jīng)過隨訪調(diào)查圖像引導放療的內(nèi)照射可以提高患者治療的耐受性[11]，定位精確，靶區(qū)劑量充足，有效減少了周圍危及器官的照射劑量，大大提高了患者治療后的生活質(zhì)量。

2 圖像引導放療在宮頸癌治療中的應用

2.1 圖像引導放療在分析宮頸癌分次擺位誤差中的應用

圖像引導放療技術(shù)主要按照影像維數(shù)分類主要分為二維的KV影像，MV影像和三維的KV-CBCT影像或MV-CBCT影像。三維的CBCT影像可以分析6個維度方向的擺位誤差，減少了二維影像的影像重疊產(chǎn)生的分析盲區(qū)影響，使圖像引導放療更加準確[12]。在臨床工作中擺位誤差分為系統(tǒng)誤差和隨機誤差，系統(tǒng)誤差的影響因素主要是機器的精密程度；而隨機誤差的影響因素較多主要包括組織器官的運動，擺位技術(shù)和放療醫(yī)生的經(jīng)驗等。隨機誤差是我們在臨床工作中主要考慮的問題，也是影響患者治療效果的主要原因。

患者體型會對擺位誤差產(chǎn)生影響。蔡栩如等[13]根據(jù)體質(zhì)指數(shù)（Body Mass Index，BMI）將宮頸癌患者分為正常體型和肥胖型，分析結(jié)果為兩者在頭腳方向和前后方向擺位誤差分別為（2.73±0.81）、（2.23±0.85）、（3.14±0.98）、（2.65±0.74）mm，P＜0.05。肥胖型患者在這兩個方向的擺位誤差較大；劉云等[14]觀察體質(zhì)質(zhì)量指數(shù)，以BMI=24 kg/m2為界分為仰臥位和俯臥位兩組患者，分別分析患者的擺位誤差；BMI＜24 kg/m2組，仰臥位和俯臥位各軸位擺位誤差無明顯差異，BMI≥24 kg/m2組，仰臥位和俯臥位在z軸方向有明顯差異，俯臥位誤差大于仰臥位。因此靶區(qū)外擴時應考慮體型影響。由于患者放射過程一般持續(xù)5周左右，但是隨著放療的進行患者會出現(xiàn)消瘦、皮膚松弛，靶區(qū)縮小等因素的影響，分別統(tǒng)計了第一周至第五周的3個軸向方向的擺位誤差發(fā)現(xiàn)在頭腳方向和腹背方向隨放療的周次變化而變大[15]。以上兩個方向的擺位誤差有可能引起靶區(qū)劑量的欠量和周圍正常組織的過量照射，進而提高并發(fā)癥的發(fā)生率。

宮頸癌圖像引導放療定位中不同的放療體位也會影響擺位誤差和各組織器官的體積變化。Ahmad等[16]研究發(fā)現(xiàn)仰臥位和俯臥位在左右方向、腹背方向，頭腳方向的擺位誤差分別為（1.4±4.4）、（-0.6±6.8）、（1.8±6.3）、（0.4±3.1）、（2.1±4.9）、（0.1±5.4）mm。經(jīng)過 DVH 分析發(fā)現(xiàn)，俯臥位小腸體積較仰臥位有50%左右的增加（P＜0.001），膀胱體積減少約4.5%，直腸體積增加約13.5%；與仰臥位比較，在俯臥位小腸劑量有著明顯的減少，在高劑量區(qū)域30～50 Gy，小腸劑量明顯減少（P＜0.05），在低劑量區(qū)域0～20 Gy，小腸劑量變化不明顯，無統(tǒng)計學意義，而對于膀胱和直腸的體積和劑量無統(tǒng)計學意義。Michael等[17]和Lai等[18]研究也表現(xiàn)出相似的結(jié)果。旋轉(zhuǎn)方向的誤差范圍都在1°以內(nèi)，而對患者的劑量的改變很小，可以忽略。如果旋轉(zhuǎn)誤差超過了3°，我們就要考慮產(chǎn)生的原因是不是擺位不正確，是否患者按照要求脫掉衣物或者患者有一側(cè)疼痛引起身體扭曲等因素的影響；重新擺位后再次行CBCT掃描，減少擺位引起的旋轉(zhuǎn)誤差。采用合適的體位固定既能保證患者放療過程中的舒適性又可以保證放療危及器官少受多余劑量的照射，進而減少放療并發(fā)癥的發(fā)生率。

圖像引導放療提高了宮頸癌放療的精確度，為了在放療過程中盡量減少擺位誤差的發(fā)生，除了進一步加強放療的技術(shù)水平外，責任心問題也是不可以忽視的，明確責任制度，病人專人負責制。另外我們也需要對圖像引導設備進行定期的保養(yǎng)和維護，放療輔助設備如三維激光燈和治療床的等中心，發(fā)現(xiàn)問題及時解決，確保放療設備能夠健康穩(wěn)定的運行，減少機器故障對患者放療帶來的影響。

2.2 圖像引導放療在分析宮頸癌膀胱充盈狀態(tài)和靶區(qū)移動變化中的應用

膀胱位于盆腔的中央，是一種多變的囊性器官，具有很大的伸縮性，其體積、大小和形狀受膀胱的充盈程度決定。一般成人的膀胱的容量約300～500 mL，最大容量可達800 mL。隨著膀胱體積的增加，小腸區(qū)域可以被充盈的膀胱向上推擠，進而移除治療照射區(qū)域；膀胱體積變小時，空缺的部分就容易被移動的小腸來充滿。在行模擬定位CT和CBCT時應盡量保證膀胱的充盈。膀胱的充盈方式主要有自主充盈和人工干預充盈，自主充盈是患者在行定位CT前或CBCT前一定時間內(nèi)排空膀胱后飲入一定量的水，直到患者充滿憋尿感為止；人工干預充盈是排空膀胱后人工插入導尿管，然后向?qū)Ч軆?nèi)注入一定量的0.9% NaCl溶液。后者對于患者來說增加了尿道感染的可能性，每次的置管有可能造成患者受傷，有的患者不可能接受，在執(zhí)行過程中造成患者不配合，而且增加了患者準備的時間。因此膀胱的自主充盈更受臨床的青睞，而如何保證分次間膀胱充盈體積的一致性值得臨床去研究。

臨床在勾畫組織器官和治療靶區(qū)的參考圖像有多種，患者的增強CT、磁共振影像和PET-CT影像等。對于盆腔腫瘤放療，醫(yī)生喜歡運用對軟組織成像較好的磁共振影像或PET-CT影像。Varian在線影像設備（On-Board Imaging，OBI）設備可以在患者放療前后實行錐形束CT掃描，獲取患者的盆腔影像；CBCT可以在線或離線的分析患者影像，可以將CBCT圖像與模擬定位CT影像融合和配準，而尤其對充盈膀胱的顯示很清楚，完全可以滿足臨床需求。在膀胱邊界的勾畫方面，建議模擬定位CT和CBCT圖像采用同一個醫(yī)生并采用相同的軟組織窗寬窗位進行勾畫，盡量減少勾畫膀胱邊界時產(chǎn)生的誤差。姚春梅等[19]利用模擬定位CT掃描排空和充盈的膀胱，充盈的膀胱體積較排空時膀胱體積增加了569.31%，膀胱受照劑量減少了24.8%，小腸劑量下降了46.61%。而對于不同充盈程度的膀胱來分析發(fā)現(xiàn)不同的充盈程度對宮頸區(qū)域的位移也會產(chǎn)生不同的影響。而無論是宮頸還是宮底都會隨憋尿程度的不同而產(chǎn)生位移，而膀胱體積的變化也會引起骨性標記的影響，最大達到了5 mm[20]。邢建紅等[21]研究在頭腳方向的變化與膀胱體積增大成正相關，而膀胱充盈度對體表的參考點也會產(chǎn)生影響，主要表現(xiàn)在前后方向?？梢姴煌陌螂壮溆潭葘m頸靶區(qū)區(qū)域的移動度是不同的，各個方向產(chǎn)生的誤差也不同。

膀胱不同的充盈狀態(tài)也會對靶區(qū)的劑量學參數(shù)產(chǎn)生影響[22]，膀胱充盈和排空時靶區(qū)均勻指數(shù)分別為1.04±0.01和 1.05±0.01。適形指數(shù)為 0.84±0.01和 0.86±0.01。表明兩個指數(shù)不受膀胱充盈程度影響。而膀胱充盈程度對其本身劑量相差可達72%，V30和V40相差可達41.8%和31.6%。因此對于盆腔腫瘤患者保證膀胱充盈的一致性是提高放療質(zhì)量和減少放療并發(fā)癥的重要一環(huán)。

膀胱的充盈程度決定了膀胱的體積和位置結(jié)構(gòu)的變化，對其吸收劑量可能會造成一定的影響；不同醫(yī)生在膀胱邊界的勾畫方面也會有所不同，這就會造成了膀胱體積的誤差，這也是不能避免的。將同一醫(yī)生在CBCT圖像上勾畫的膀胱輪廓映射到計劃CT上面后分析膀胱體積及位置變化對吸收劑量的改變，龐皓文等[23]研究發(fā)現(xiàn)膀胱體積與膀胱的并無直接的相關性，個別患者成正相關性，膀胱的充盈程度對吸收劑量的影響在可以接受的臨床范圍內(nèi)。此項研究膀胱充盈的準備方法和患者膀胱準備的配合對研究相當重要。CTV在放療過程中的退縮對膀胱的吸收劑量也會產(chǎn)生影響，而較大的CTV體積會明顯的擠壓膀胱，造成膀胱體積的形變和幾何中心的位移，而大CTV靶區(qū)對膀胱的吸收劑量會超出50%的V45。因此對于較大CTV患者在放療中要密切監(jiān)視，適時的修改患者的計劃和重新的劑量計算評價。膀胱不同的充盈狀態(tài)可以對靶區(qū)產(chǎn)生明顯位移，宮底部在頭腳，前后和左右方向上的位移分別為1.33、0.67和0.6 cm.在宮頸部為1.18、0.63和0.49 cm。靶區(qū)質(zhì)心為0.61、0.46和0.28 cm，膀胱體積變化和靶區(qū)質(zhì)心前后位移有強相關性R為0.843，對于直腸和股骨頭有很好地保護作用[24]。膀胱的充盈不僅可以降低本身的受照劑量，同時也可以降低對小腸的受照劑量。

2.3 圖像引導放療在分析宮頸癌靶區(qū)外擴方面的應用

在制定宮頸癌放射治療計劃前首先應對腫瘤區(qū)域和正常組織進行勾畫，腫瘤區(qū)（Gross Tumor Volume，GTV）包括腫瘤病灶和轉(zhuǎn)移的淋巴結(jié)，而臨床靶區(qū)（Clinical Target Volume，CTV）包括腫瘤區(qū)和亞臨床灶及有可能要侵犯的區(qū)域；但是對于手術(shù)后的患者，只需要勾畫CTV即可。但是目前CTV的勾畫并沒有統(tǒng)一的標準要求，不同單位對靶區(qū)和危及器官的勾畫是不同的。Khan等[25]勾畫CTV包括宮頸，子宮旁組織，陰道上半和盆腔淋巴結(jié)（髂總淋巴結(jié)，髂內(nèi)淋巴結(jié)和髂外淋巴結(jié)）。Dutta等[26]勾畫的CTV包括陰道上半，宮頸區(qū)域，子宮旁組織恥骨旁區(qū)域和盆腔淋巴結(jié)。對于勾畫的正常組織主要包括直腸、膀胱、小腸和股骨頭，有的單位把骨髓也包括進去以減少血液的毒性。由于盆腔組織內(nèi)器官的運動，形變或腫塊的衰退縮小等因素，可能造成靶區(qū)的移動。如何考慮這方面因素帶來的影響，我們引進了計劃靶區(qū)（Planning Target Volume，PTV）的概念。所謂PTV就是指在患者治療的坐標系內(nèi)包括CTV本身，由于擺位誤差和治療中靶位置和體積變化和組織器官的移動等因素引起的外擴范圍，以確保CTV得到足夠的治療劑量。

靶區(qū)外擴的公式主要有兩種Stroom公式PTV=2.0∑總+0.7σ總[27]和 Van Herk公式 PTV=2.5∑總 +0.7σ總[28]。兩種公式的評價方法有著本質(zhì)的區(qū)別，Stroom公式的基本原則是保證99%的CTV體積至少受到95%的處方劑量照射。而Van Herk公式的基本原則是保證90%靶區(qū)體積的最小累積劑量至少給予95%的處方劑量。Van Herk公式同時考慮了系統(tǒng)誤差和隨機誤差對劑量的影響，應用較多。不同配準方式獲取外擴距離不同。有研究[25,29]通過獲取的電子射野影像裝置（Electronics Portal Image Device，EPID）圖像經(jīng)過骨性配準方式獲得CTV-PTV的外擴邊界分別為左右方向8.9 mm，頭腳方向為10.8 mm，腹背方向為9.7 mm。經(jīng)過植入的標記物配準獲得CTV-PTV的外擴邊界分別為左右方向9. 2 mm，頭腳方向為12.2 mm，腹背方向為10.5 mm。合適的CTV-PTV外擴距離[25]左右方向為10.2 mm，頭腳方向為12.7 mm，腹背方向為12.9 mm。不同的研究機構(gòu)對于外擴的距離也是不一樣的，外擴距離一般為0.5～1.5 cm。

3 總結(jié)和展望

放射治療是宮頸癌治療的主要手段之一，宮頸癌的調(diào)強放射治療可以通過計算機調(diào)整射野的強度分布，提高射野的劑量和形狀的適形，增加了靶區(qū)的劑量，減少了靶區(qū)周圍正常組織的受量，因此得到了廣泛的應用。宮頸癌的圖像引導放療提高了宮頸癌患者放療的精確度。圖像的配準和融合技術(shù)的發(fā)展對腫瘤的圖像引導放療的作用越來越重要，這對于靶區(qū)和危機器官的勾畫準確性至關重要。圖像引導放療的應用需要影像設備和技術(shù)的發(fā)展，未來磁共振引導的放射治療是放射治療的發(fā)展方向，MRI不僅可以得到準確清晰的影像，實時的得到腫瘤變化及隨呼吸運動而產(chǎn)生的移動，也可以實時跟蹤腫瘤，當腫瘤靶區(qū)移動到放療射野內(nèi)時再出射線，這樣腫瘤就得到高的劑量照射，進而減少周圍正常組織的受量，減少患者并發(fā)癥的發(fā)生。劑量引導放射治療既可以提高軟組織顯像的清晰度又可以精確的實施劑量照射，在射野治療時可以對照射野與計劃射野的形態(tài)和劑量的進行校正來保證放射治療的精度。放療設備的發(fā)展必然會促進放療技術(shù)的發(fā)展進一步提高宮頸癌放療的療效。

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