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(qiáng)，陳濟(jì)鴻，張瑋婷

1.福建醫(yī)科大學(xué)附屬龍巖市第一醫(yī)院，福建龍巖364000；2.福建醫(yī)科大學(xué)附屬福建省腫瘤醫(yī)院，福建福州350014；3.南華大學(xué)核科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南衡陽421001

前言

隨著放射治療技術(shù)的發(fā)展，調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)（Intensity-Modulated Radiotherapy,IMRT）在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用，而在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)（Volumetric Modulated Arc Therapy,VMAT）使調(diào)強(qiáng)技術(shù)有了進(jìn)一步的發(fā)展［1-2］。VMAT技術(shù)的一個(gè)明顯優(yōu)勢是治療患者用時(shí)比靜態(tài)IMRT用時(shí)顯著減少［3-5］。IMRT的特點(diǎn)是可以給予靶區(qū)足夠的劑量覆蓋的同時(shí)，在周圍產(chǎn)生高梯度的劑量陡降，這樣對保護(hù)正常器官有極大的益處［6］。但對于治療中發(fā)生形變的危及器官應(yīng)給予格外關(guān)注，因?yàn)槲⑿⌒巫兛赡軙刮＜捌鞴俨糠致淙敫邉┝繀^(qū)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?yàn)樵趯m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(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)模擬CT的空間位置完全一致［7-9］。圖像引導(dǎo)放射治療技術(shù)（Image-Guided Radiation Therapy,IGRT）的應(yīng)用，能在治療中獲取患者的準(zhǔn)確體位，控制擺位誤差，進(jìn)而提高放療準(zhǔn)確性［10-11］。最有代表性的是錐形束CT（Cone Beam Computed Tomography,CBCT）應(yīng)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(nèi)部器官的移動效果不佳［12-13］。本研究使用計(jì)劃CT圖像與治療時(shí)的CBCT圖像進(jìn)行配準(zhǔn)后進(jìn)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(gè)危及器官在計(jì)劃設(shè)計(jì)與實(shí)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(shí)前，患者飲水200 mL，感覺有尿意時(shí)掃描，CT模擬機(jī)使用Philips大孔徑CT，CT掃描層厚為5 mm?；颊唧w位：仰臥位，雙手抱頭，真空墊固定體位，加上熱塑型腹部網(wǎng)罩固定。CT圖像通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至Pinnacle3 9.2計(jì)劃系統(tǒng)中。臨床醫(yī)師參考患者的磁共振圖像進(jìn)行危及器官（膀胱、直腸等）勾畫和靶區(qū)勾畫。治療計(jì)劃使用雙弧VMAT方式，旋轉(zhuǎn)弧度分別為182°～178°和178°～182°。經(jīng)逆向優(yōu)化設(shè)計(jì)達(dá)到臨床處方要求，傳輸至MOSIAQ系統(tǒng)中進(jìn)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(jī)自帶的XVI（X-ray Volume Image）系統(tǒng)中的CBCT工具進(jìn)行圖像采集。CBCT參數(shù)選擇：濾線器F1，準(zhǔn)直器M20，曝光條件設(shè)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(zhǔn)方式使用灰度配準(zhǔn)。配準(zhǔn)框設(shè)定的范圍以腫瘤為中心，適當(dāng)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(jì)劃系統(tǒng)。

1.3 形變膀胱和直腸勾畫

在Pinnacle治療計(jì)劃系統(tǒng)中，使用歸一化互信息法將CBCT圖像嚴(yán)格配準(zhǔn)到CT圖像上。依據(jù)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(jì)劃CT圖像中相應(yīng)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(jì)劃系統(tǒng)的器官擴(kuò)邊和縮小組合，依照擺位誤差數(shù)據(jù)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(jì)算膀胱和直腸體積，并且分別統(tǒng)計(jì)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(tǒng)計(jì)學(xué)處理

統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 16.0軟件包，選用配對t檢驗(yàn)對膀胱和直腸體積以及4組感興趣區(qū)域劑量進(jìn)行對比分析，P＜0.05為有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

2 結(jié)果

2.1 基本數(shù)據(jù)

初次擺位時(shí)患者使用CBCT掃描的圖像與CT圖像擺位配準(zhǔn)獲得的擺位誤差的3個(gè)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?；贑T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?；贑T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(biāo)準(zhǔn)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(yàn)結(jié)果分別為t=2.8（P＜0.01）；t=3.72（P＜0.01）。以計(jì)劃CT圖像中危及器官為基準(zhǔn)，與CBCT圖像中的危及器官加入擺位誤差的數(shù)據(jù)進(jìn)行配對t檢驗(yàn)，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(tǒng)計(jì)學(xué)意義。而直腸、膀胱最大劑量t檢驗(yàn)分別為t=-1.18（P=0.25），t=0.66（P=0.51），均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

3 討論

宮頸癌是中國高發(fā)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(shù)的快速發(fā)展，許多宮頸癌患者可以完全依靠放射治療進(jìn)行根治性治療。同時(shí)，已有文獻(xiàn)報(bào)道，使用IMRT可以進(jìn)一步提高宮頸癌的放射治療療效，并有效地保護(hù)危及器官［15-16］。

對于VMAT技術(shù)在宮頸癌治療實(shí)際應(yīng)用中還有一些值得探討的地方，如VMAT技術(shù)的特點(diǎn)是可以給予靶區(qū)足夠的劑量覆蓋的同時(shí)，在靶區(qū)周圍產(chǎn)生高梯度的劑量陡降，這樣可以有效保護(hù)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(hù)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(hù)的主要危及器官。在整個(gè)治療過程中，分次治療中分次間和分次內(nèi)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(gè)方面的誤差：一是擺位誤差；二是患者器官運(yùn)動的誤差，包括器官形變、位移和人體呼吸運(yùn)動［17］。本研究中可以明確看到擺位誤差引起的劑量學(xué)差異還是比較小的。當(dāng)然，這是在臨床實(shí)踐中有對擺位誤差進(jìn)行控制的條件下。比如，在基于計(jì)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(jìn)行配對t檢驗(yàn)分析時(shí)，膀胱的劑量差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)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(jì)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(jì)劃CT圖像中比較無明顯差異。根據(jù)臨床實(shí)踐，利用調(diào)強(qiáng)放射治療后，會盡力保證靶區(qū)內(nèi)的劑量比較均勻，本身靶區(qū)就較少存在熱點(diǎn)。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(gè)方面來說，在控制靶區(qū)內(nèi)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(shí)患者受照劑量。但是由于技術(shù)上的原因，本研究不足之處在于：雖然利用圖像引導(dǎo)技術(shù)勾畫出膀胱和直腸，也增加了平移誤差，但是還有旋轉(zhuǎn)誤差并未計(jì)算進(jìn)入誤差中［18-19］。在小體積腫瘤中可能旋轉(zhuǎn)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(qū)在患者頭腳方向的長度比較長（有時(shí)會接近40 cm），旋轉(zhuǎn)誤差對劑量的影響也比較大。旋轉(zhuǎn)誤差對膀胱和直腸的影響，還需要進(jìn)一步研究。

宮頸癌放療過程中腫瘤會發(fā)生不規(guī)則皺縮，導(dǎo)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(tài)均會不同程度地導(dǎo)致靶區(qū)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(qū)的影響也是宮頸癌放射治療臨床關(guān)心的問題。本研究主要集中于治療計(jì)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(qū)退縮情況進(jìn)行進(jìn)一步分析。在今后的研究中，增加放療過程中CBCT的掃描次數(shù)，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(jìn)一步研究。

4 結(jié)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(jì)劃中的劑量有明顯差異，這很不利于評估患者的實(shí)際治療劑量及療效。因此，最好應(yīng)使用在線自適應(yīng)治療方式，同時(shí)進(jìn)行多分次劑量合成評估的方式才能獲得準(zhǔn)確的受照劑量，進(jìn)而客觀評價(jià)患者的治療療效，使患者獲得最大收益。