閔蒙真，丘敏敏，鐘嘉健，肖振華，鄧永錦

中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射治療科，廣東廣州510080

前言

宮頸癌是危害婦女健康的主要惡性腫瘤之一［1］，其首選治療方案為手術(shù)治療并術(shù)后輔以放射治療，以改善局部控制及提高總生存率［2-3］。早期宮頸癌放射治療常伴有較高的并發(fā)癥，如放射性膀胱炎和直腸炎［4］，其中放射性膀胱炎發(fā)生率除與患者自身體質(zhì)相關(guān)外，最主要的因素是受照劑量［5］。調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)（IMRT）的應(yīng)用在保證靶區(qū)覆蓋滿足臨床要求的前提下，有效降低周圍危及器官的劑量，在宮頸癌放療中有明顯優(yōu)勢［6］。IMRT準(zhǔn)確實施要求每次治療體位、靶區(qū)及危及器官位置嚴(yán)格精確重復(fù)，且為降低膀胱受量和保護(hù)小腸等，治療時要求患者充盈膀胱［7］。然而治療過程中因腫瘤形狀發(fā)展、患者體質(zhì)變化及膀胱充盈程度差異等，導(dǎo)致每次治療時膀胱形狀改變而引入治療偏差。通過圖像引導(dǎo)放射治療（Image Guided Radiotherapy, IGRT）可獲取患者實際治療體位的錐形束CT（CBCT）圖像進(jìn)行擺位驗證，提高IMRT實施的精確性［8］。為定量測量宮頸癌調(diào)強(qiáng)放療中膀胱體積改變及由此引入的劑量學(xué)變化，本文基于CBCT圖像對膀胱結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新勾畫，獲取反映每次實際治療情況的膀胱形狀，并將該結(jié)構(gòu)移植至計劃CT圖像中計算劑量受量。通過對計劃CT圖像及每次CBCT圖像膀胱結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，獲取體積改變和劑量學(xué)變化的測量研究結(jié)果，為宮頸癌臨床放療計劃設(shè)計中膀胱劑量限量提供參考。

1 材料與方法

1.1 病例資料

選取中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院放療科2016年1月～2017年1月的10例宮頸癌患者，每例患者均采用Varian NovalisTX直線加速器放療且療程內(nèi)至少做過5次CBCT，收集其臨床計劃資料和治療擺位CBCT圖像?；颊叻制跒門2-4N0-2M0，年齡41～73歲（中位年齡49歲）。所有患者體位采用真空袋取頭先進(jìn)俯臥位固定，使用Philips 16排孔徑螺旋CT獲取層厚5 mm定位圖像，由Varian Eclipse 13.5計劃系統(tǒng)進(jìn)行靶區(qū)勾畫、計劃設(shè)計和劑量計算。臨床計劃處方PTV1為50 Gy、PTV2為46 Gy，要求靶區(qū)處方劑量覆蓋體積在95%以上。放療計劃基于臨床CT圖像采用IMRT技術(shù)設(shè)計，射野采用7野均分（0°、50°、100°、150°、210°、260°、310°），射線選擇劑量率600 MU/min的6 MV光子線，劑量計算算法為AAA算法（Anisotropic Analytic Algorithm）。危及器官的限量參照相關(guān)指南。

1.2 CBCT膀胱結(jié)構(gòu)勾畫及劑量計算

取病例放療中1～5次IGRT獲取的CBCT圖像導(dǎo)入計劃系統(tǒng)，分別將其與臨床計劃的CT圖像選用骨窗值為感興趣值進(jìn)行配準(zhǔn)。在病例的每次CBCT 圖像上選用合適窗寬窗位勾畫出膀胱結(jié)構(gòu)，并將其移植至臨床計劃CT 圖像中。保證臨床放療計劃參數(shù)（靶區(qū)結(jié)構(gòu)、等中心位置、射野參數(shù)和處方跳數(shù)）不變，且不進(jìn)行重新優(yōu)化下重新計算劑量分布，獲取CBCT移植的膀胱結(jié)構(gòu)劑量受量。

1.3 測量結(jié)果分析

統(tǒng)計并比較臨床計劃CT圖像及1～5次CBCT圖像移植的膀胱結(jié)構(gòu)體積，及各膀胱結(jié)構(gòu)與靶區(qū)（PTV2）相交體積百分比（即相交體積與膀胱總體積百分比），分析膀胱的體積改變。利用劑量體積直方圖（Dose-Volume Histogram,DVH）對計劃CT圖像和1～5次CBCT圖像移植的膀胱結(jié)構(gòu)進(jìn)行劑量學(xué)統(tǒng)計分析，所選取劑量學(xué)參數(shù)包括：膀胱最高劑量Dmax、平均劑量Dmean和50 Gy劑量線覆蓋膀胱的相對體積V50。最后采用Pearson法對膀胱結(jié)構(gòu)和靶區(qū)（PTV2）相交體積百分比與其劑量學(xué)參數(shù)變化進(jìn)行相關(guān)性分析。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

采用Microsoft Office Excel 2016 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析并繪制相關(guān)統(tǒng)計圖。采用SPSS 22.0統(tǒng)計學(xué)軟件進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，以相關(guān)系數(shù)＞0.6為強(qiáng)相關(guān)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 膀胱結(jié)構(gòu)對比

分別在病例每次CBCT圖像上勾畫膀胱結(jié)構(gòu)，并將其移植至配準(zhǔn)后的臨床計劃CT圖像中與計劃膀胱結(jié)構(gòu)對比，結(jié)果如圖1所示（其中黃色為CBCT圖像上膀胱勾畫結(jié)果，紫色為計劃CT圖像上膀胱勾畫結(jié)果）。

圖1 計劃CT圖像與CBCT圖像膀胱結(jié)構(gòu)勾畫對比Fig.1 Comparison of bladder segmentations based on planning CT image or cone beam CT(CBCT)image

2.2 獲取膀胱結(jié)構(gòu)劑量學(xué)參數(shù)

在保證計劃參數(shù)不變且不進(jìn)行重新優(yōu)化下重新計算劑量分布，獲取計劃CT 圖像與CBCT 圖像膀胱結(jié)構(gòu)劑量學(xué)參數(shù)，其DVH如圖2所示。

圖2 計劃CT圖像與CBCT圖像膀胱結(jié)構(gòu)的DVHFig.2 Dose-volume histogram of bladder in planning CT image or CBCT image

2.3 膀胱結(jié)構(gòu)DVH劑量學(xué)參數(shù)對比及體積變化

統(tǒng)計并分析計劃CT圖像和1～5次CBCT圖像膀胱結(jié)構(gòu)體積，比較其DVH劑量學(xué)參數(shù)，結(jié)果如表1所示。其中計劃CT圖像和1～5次CBCT圖像膀胱體積變化統(tǒng)計如圖3所示。

表1 計劃CT圖像與CBCT圖像膀胱結(jié)構(gòu)體積和劑量學(xué)比較Tab.1 Comparison of bladder volume and dosimetric parameters between planning CT image and CBCT image

圖3 計劃CT圖像與CBCT圖像膀胱結(jié)構(gòu)體積變化Fig.3 Changes of bladder volume in planning CT image and CBCT image

2.4 相關(guān)性分析

取膀胱結(jié)構(gòu)和靶區(qū)（PTV2）相交體積百分比與其劑量學(xué)參數(shù)變化進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，結(jié)果顯示相交體積百分比與Dmax呈弱相關(guān)關(guān)系（相關(guān)系數(shù)=0.411），與Dmean及V50呈強(qiáng)相關(guān)關(guān)系（相關(guān)系數(shù)=0.700,0.785），且具有顯著性意義（P=0.000），顯示明顯線性關(guān)系。其中膀胱和靶區(qū)相交體積百分比與其劑量學(xué)參數(shù)線性關(guān)系如圖4所示。

2.5 結(jié)果分析

（1）計劃CT 圖像與不同次CBCT 圖像膀胱結(jié)構(gòu)體積差異較大（45～500 cm3），從體積變化統(tǒng)計上看，CBCT 圖像膀胱體積大體上較計劃CT 圖像小，且隨著療程進(jìn)行，膀胱體積呈減小趨勢；（2）受體積變化的影響，計劃CT 圖像與不同次CBCT 圖像膀胱劑量受量（Dmax、Dmean、V50）也有較大差異，且CBCT 圖像膀胱劑量受量大體上較計劃CT 圖像高；（3）由膀胱結(jié)構(gòu)和靶區(qū)（PTV2）相交體積百分比與其劑量學(xué)參數(shù)的Pearson 相關(guān)性分析結(jié)果可知：相交體積百分比與Dmax呈弱相關(guān)關(guān)系；與Dmean及V50呈強(qiáng)相關(guān)關(guān)系且具有顯著性意義，顯示明顯線性關(guān)系。

3 討論

本文通過對計劃CT圖像及每次CBCT圖像勾畫的膀胱結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，獲取其體積改變和劑量學(xué)變化測量結(jié)果。由本文研究可知：CBCT圖像膀胱體積大體上較計劃CT 圖像?。磺译S著療程進(jìn)行，膀胱體積呈減小趨勢。受體積變化的影響，CBCT圖像膀胱劑量受量大體上較計劃CT 圖像高。由相關(guān)性分析可知，膀胱結(jié)構(gòu)和靶區(qū)（PTV2）相交體積百分比與Dmean及V50呈強(qiáng)相關(guān)關(guān)系（相關(guān)系數(shù)=0.700,0.785），且具有顯著性意義（P=0.000），顯示明顯線性關(guān)系。

圖4 膀胱和靶區(qū)相交體積百分比與其劑量學(xué)參數(shù)線性關(guān)系Fig.4 Linear relationship between dosimetric parameters and the intersection volume percentage of bladder and PTV2

盆腔部腫瘤放療時為降低膀胱受量并保護(hù)小腸等，通常要求患者充盈膀胱。然而在治療過程中因患者體質(zhì)和生理狀態(tài)的變化，不可能保證每次治療前憋尿程度一致，因此每次膀胱充盈程度均有偏差。另一方面，放射治療中隨著療程的進(jìn)行，患者的膀胱劑量受量增加，局部出現(xiàn)放射性損傷，會逐漸出現(xiàn)膀胱刺激癥狀甚至尿失禁等放射反應(yīng)，致使患者憋尿能力日漸下降，從而出現(xiàn)本研究中隨著療程進(jìn)行膀胱體積呈減小趨勢的現(xiàn)象［9］。因膀胱體積變化及形態(tài)改變，其劑量受量也相應(yīng)發(fā)生變化。由本研究結(jié)果可知，膀胱劑量受量（Dmean、V50）與其和靶區(qū)（PTV2）相交體積百分比成線性相關(guān)關(guān)系，相交體積百分比越大則劑量受量相對越高。

IMRT準(zhǔn)確實施要求每次治療體位、靶區(qū)及危及器官位置的嚴(yán)格精確重復(fù)。放療過程中體位的固定方式、腫瘤大小和形狀變化、患者體質(zhì)變化、呼吸運動以及治療師每次擺位的不同，都會引入治療誤差［10-12］。尤其在盆腔部腫瘤如宮頸癌放療中，因盆腔生理結(jié)構(gòu)以非剛性肌肉及內(nèi)臟器（如膀胱、腸道等）為主，無論采用何種體位固定方式都難以保證體位的高度重復(fù)，且宮頸癌放療中膀胱的充盈程度差異可在較大程度上影響劑量分布和治療效果。王瑜等［13］和付慶國等［14］比較膀胱不同充盈狀態(tài)下宮頸癌放療劑量的變化，發(fā)現(xiàn)充盈與否對靶區(qū)適形性和均勻性無影響，但膀胱充盈對小腸及膀胱保護(hù)效果較好。李儼等［15］研究膀胱充盈對靶區(qū)形狀的影響，認(rèn)為膀胱狀態(tài)不同可使靶區(qū)產(chǎn)生不同程度的明顯偏移，且兩者呈強(qiáng)相關(guān)（r=0.843,P＜0.05）。

采用IGRT 技術(shù)可獲取反映患者實際治療體位的CBCT圖像進(jìn)行擺位驗證，提高IMRT實施的精確性，可認(rèn)為CBCT圖像表征了每次治療時膀胱形態(tài)的變化。吳虹等［16］應(yīng)用CBCT 研究直腸癌術(shù)后放療中膀胱體積變化對劑量學(xué)的影響，發(fā)現(xiàn)膀胱體積變化與靶區(qū)體積變化成負(fù)相關(guān)。本文基于CBCT 圖像進(jìn)行膀胱結(jié)構(gòu)勾畫并與計劃CT圖像比較，發(fā)現(xiàn)放療過程中膀胱體積變化呈減小的趨勢。且由研究結(jié)果可知，療程中膀胱的實際劑量受量要比計劃劑量受量高［17-19］。因此在放療計劃設(shè)計中，對膀胱劑量進(jìn)行限量應(yīng)將該現(xiàn)象考慮進(jìn)去，以便更好地降低放射性膀胱炎的發(fā)生幾率。

本研究尚存在待完善之處：首先受臨床治療安排影響，不同病人掃描的CBCT 次數(shù)不一樣（從一療程1次至每周1次不等），本文僅選取療程內(nèi)做過5次CBCT以上的宮頸癌病例圖像研究分析，未能顧及療程中每一次治療膀胱的體積變化；且可用病例數(shù)有限，日后可收集更多病例數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步驗證。另外，文中病例均為真空袋俯臥位固定的宮頸癌患者，其他固定方式或部位的劑量學(xué)變化不能保證由本研究結(jié)果統(tǒng)一描述，但該方法可為其他研究提供思路參考。

4 結(jié)論

膀胱劑量受量是宮頸癌放療中放射性膀胱炎發(fā)生率的主要因素，為定量測量宮頸癌IMRT放療中膀胱體積改變及由此引入的劑量學(xué)變化，本研究對計劃CT圖像與每次CBCT圖像勾畫的膀胱結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較及劑量評估，發(fā)現(xiàn)CBCT圖像膀胱體積大體上較計劃CT 圖像小，且隨著療程進(jìn)行呈減小趨勢；受體積變化的影響，CBCT圖像膀胱劑量受量大體上較計劃CT 圖像高，與其和靶區(qū)相交體積百分比成線性相關(guān)關(guān)系［20］。本研究結(jié)果可為宮頸癌臨床放療計劃設(shè)計中膀胱劑量限量提供參考。