圖像引導(dǎo)宮頸癌體外自適應(yīng)放療的劑量學(xué)研究

張 寧，王 凡，童鑄廷，吳黎明

圖像引導(dǎo)宮頸癌體外自適應(yīng)放療的劑量學(xué)研究

張 寧，王 凡，童鑄廷，吳黎明

摘要收集6例符合治療指征的宮頸癌患者，采用西門(mén)子的Artiste自適應(yīng)放療系統(tǒng)行適形調(diào)強(qiáng)放療，分別于治療前、8次治療后、16次治療后進(jìn)行圖像采集并重新勾畫(huà)靶區(qū)，制定新的計(jì)劃，分別比較3組計(jì)劃間靶區(qū)與危及器官的劑量學(xué)差異與位置變化。結(jié)果顯示在放療過(guò)程中，治療靶區(qū)體積逐漸縮小，3組計(jì)劃的靶區(qū)劑量差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；膀胱、直腸位置變化較大，其中以頭腳方向最為明顯；膀胱、直腸的V40、V45、V50在3組計(jì)劃中依次減少且差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。結(jié)果表明宮頸癌體外離線式自適應(yīng)放療可根據(jù)圖像反饋信息調(diào)整計(jì)劃，對(duì)治療靶區(qū)影響較小，但對(duì)膀胱、直腸等重要正常器官組織的保護(hù)具有積極意義。

關(guān)鍵詞宮頸腫瘤；自適應(yīng)放療；劑量學(xué)

2015-01-19接收

作者單位：安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院腫瘤放療科，合肥 230022

目前作為宮頸癌主要治療方式之一的體外放療已經(jīng)由傳統(tǒng)盆腔外照射向三維空間發(fā)展，包括三維適形放療、適形調(diào)強(qiáng)放療、圖像引導(dǎo)放療等在內(nèi)的精確放療技術(shù)有效地解決了靜止?fàn)顟B(tài)下靶區(qū)的適形性與均勻性問(wèn)題。然而在實(shí)際放療過(guò)程中，患者體重變化、體位移動(dòng)、擺位誤差、器官運(yùn)動(dòng)等因素均可能導(dǎo)致靶區(qū)劑量不足及危及器官（organ at risk，OAR）受照劑量過(guò)多。自適應(yīng)放療（adaptive radiotherapy，ART）技術(shù)作為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)，可在治療過(guò)程中根據(jù)圖像檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)腫瘤及正常組織變化的反饋信息，及時(shí)調(diào)整靶區(qū)大小和（或）處方劑量，從而對(duì)精確放療計(jì)劃不斷地作出相應(yīng)的修改使之得到進(jìn)一步的優(yōu)化［1］。該研究旨在利用離線式ART技術(shù)對(duì)宮頸癌體外放療進(jìn)行腫瘤靶區(qū)及OAR的劑量學(xué)研究，以探討其臨床應(yīng)用的可行性。

1　材料與方法

1.1 病例資料 隨機(jī)選取2013年11月～2014年6月于安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院腫瘤放療科收治的進(jìn)行宮頸癌根治性放療的初治患者6例，病例均經(jīng)宮頸活切病理證實(shí)為宮頸鱗癌Ⅱ～Ⅲ期，年齡42 ～63歲，中位年齡51歲，KPS＞80分。

1.2 體位固定及CT掃描 患者均采用仰臥位，熱塑體模外固定，雙手互握肘關(guān)節(jié)置額頭，雙下肢自然并攏。先于模擬機(jī)下定位，告知患者于采集前適當(dāng)充盈膀胱，然后采用西門(mén)子的ARTISTE自適應(yīng)放療系統(tǒng)的滑軌大孔徑CT系統(tǒng)進(jìn)行圖像采集。掃描范圍包括腰3椎體上緣至坐骨結(jié)節(jié)下緣下5 cm，掃描層厚為5 cm。治療期間分別于放療前、放療8次后、放療16次后行CT掃描，每位患者平均掃描3次，共計(jì)18次。所得到的診斷級(jí)CT掃描圖像經(jīng)西門(mén)子ARTISTE局域網(wǎng)傳輸至Pinnacle39.2計(jì)劃系統(tǒng)。

1.3 靶區(qū)定義與勾畫(huà) 醫(yī)師參考ICRU50號(hào)及ICRU62號(hào)報(bào)告的相關(guān)要求，利用Pinnacle39.2計(jì)劃系統(tǒng)工作站在CT圖像上逐層勾畫(huà)臨床腫瘤靶區(qū)（clinical target volume，CTV）及OAR［2］。CTV前界包括腫瘤可能向子宮體擴(kuò)散的區(qū)域，后界包括腫瘤可能向?qū)m骶韌帶擴(kuò)散的區(qū)域和骶前淋巴結(jié)，側(cè)界包括足夠的盆腔淋巴結(jié)；上界從左右髂總血管分叉處開(kāi)始，至閉孔下緣為下界。OAR包括膀胱、直腸、小腸，其中小腸上界為CTV上界上2 cm處。所有靶區(qū)的勾畫(huà)均在職稱(chēng)為副高以上的醫(yī)師指導(dǎo)與審核下完成。

1.4 放療計(jì)劃的設(shè)計(jì)與實(shí)施 每例患者均由物理師使用Pinnacle39.2治療計(jì)劃系統(tǒng)制定放療計(jì)劃，采用6MV-X線照射，靶區(qū)處方劑量50 Gy，計(jì)劃要求95%CTV體積達(dá)到總處方劑量。OAR劑量限定：膀胱V40≤50%，直腸V40≤45%，小腸V40＜50%。治療過(guò)程中首先按照處方劑量實(shí)施8次治療，定義為IMRT組；放療8次后、16次后分別對(duì)所有患者進(jìn)行第2次、第3次CT斷層掃描，并由同一醫(yī)師據(jù)此重新勾畫(huà)靶區(qū)設(shè)計(jì)新的計(jì)劃，分別定義為ART1組及ART2組。治療計(jì)劃均在西門(mén)子ARTISTE醫(yī)用電子直線加速器上進(jìn)行實(shí)施。

1.5 觀察評(píng)估指標(biāo) 待3組計(jì)劃完成后，對(duì)每組方案的靶區(qū)及OAR分別進(jìn)行劑量學(xué)評(píng)估：①CTV：靶區(qū)體積的變化，受照的近似最大劑量（D2）、近似最

小劑量（D98）、平均劑量（Dmean）及中位劑量（D50），靶區(qū)劑量均勻性指數(shù)（homogeneity index，HI）：HI＝（D2-D98）／D50。②OAR：利用計(jì)劃系統(tǒng)找出膀胱、直腸的幾何中心點(diǎn)作為一個(gè)獨(dú)立的點(diǎn)來(lái)描述其空間位置的變化，測(cè)量其相對(duì)于射野等中心點(diǎn)在左右（L／R）、前后（A／P）、頭腳（I／S）方向上的距離，比較治療后幾何中心點(diǎn)相對(duì)于原始計(jì)劃的變化；比較膀胱、直腸V40、V45、V50及Dmean，小腸V40及Dmean。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 應(yīng)用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)用±s表示，上述各參數(shù)每?jī)山M間比較使用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)分析，顯著性水平取0.05。

2　結(jié)果

2.1 靶區(qū)的體積變化 隨著療程的進(jìn)行，患者治療前、8次治療后、16次治療后CTV的靶區(qū)體積分別為（694.73±146.48）、（682.24±151.13）、（663.56 ±128.05）cm3，提示治療過(guò)程中靶區(qū)體積有逐漸縮小的趨勢(shì)，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.2 靶區(qū)劑量學(xué)分布 3種方案的CTV靶區(qū)的D2、D50、D98、Dmean、HI的變化差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其中D2、D98有逐漸升高的趨勢(shì)，HI有逐漸減小的趨勢(shì)，見(jiàn)表1。

表1　3種方案的靶區(qū)劑量分布情況（±s）

表1　3種方案的靶區(qū)劑量分布情況（±s）

評(píng)價(jià)指標(biāo)　IMRT組　ART1組　ART2組D2（cGy）5 375.83±43.89　5 382.33±35.46　5 392.33±45.33 D50（cGy）　5 189.17±34.11　5 173.83±13.29　5 189.00±26.55 D98（cGy）　4 864.83±75.17　4 874.00±29.80　4 898.17±40.16 Dmean（cGy）　5 179.20±34.62　5 165.37±12.91　5 180.67±22.92 HI　0.102±0.019　0.098±0.011　0.095±0.014

2.3 OAR的位置變化 在治療過(guò)程中，膀胱、直腸的位置變化較明顯，表2為膀胱、直腸的幾何中心點(diǎn)較修改計(jì)劃前在各方向移動(dòng)變化范圍的絕對(duì)值，數(shù)據(jù)均顯示頭腳方向＞前后方向＞左右方向。

表2　治療過(guò)程中膀胱、直腸幾何中心移動(dòng)變化的絕對(duì)值（cm）

2.4 OAR的劑量分布 6例患者膀胱、直腸的V40、V50、V45及Dmean結(jié)果均顯示IMRT組＞ART1組＞ART2組，且兩兩比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；小腸的V40及Dmean結(jié)果也逐漸降低，但僅有Dmean在ART2組與ART1組比較時(shí)有明顯降低，見(jiàn)表3。

表3　3種方案OAR的劑量分布情況（%，±s）

表3　3種方案OAR的劑量分布情況（%，±s）

與IMRT組比較：*P＜0.05，**P＜0.01；與ART1組比較：＃P＜0.05，＃＃P ＜0.01

OAR　IMRT組　ART1組　ART2組膀胱V40　48.53±7.89　42.72±4.55*　37.98±4.97*＃V45　35.80±5.81　32.86±4.05*　28.44±3.40**＃＃V50　18.98±2.10　16.10±1.11*　12.28±1.79**＃＃Dmean（cGy）3 964.62±262.84 3 793.93±248.40*3 649.63±227.50*＃直腸V40　46.46±5.84　40.44±3.95*　35.62±4.45**＃＃V45　18.98±4.82　16.61±4.83**　13.74±2.69**＃V50　3.33±2.38　1.08±0.75*　0.34±0.32*＃Dmean（cGy）4 125.33±126.04 3 897.87±106.70*3 726.08±152.22*＃小腸V40　13.09±4.12　11.28±4.07　9.97±3.09 Dmean（cGy）2 900.08±800.32 2 684.15±234.42 2 376.32±209.00＃

3　討論

傳統(tǒng)的宮頸癌體外精確放療僅憑治療前所獲得的CT圖像進(jìn)行靶區(qū)勾畫(huà)與計(jì)劃制定，未能考慮治療過(guò)程中的一系列變化［3］，導(dǎo)致實(shí)際劑量分布與原有計(jì)劃不相符，可造成腫瘤靶區(qū)劑量不足及重要正常組織的照射劑量過(guò)大［4］，因此需要及時(shí)根據(jù)新的圖像反饋信息進(jìn)行計(jì)劃修訂［5］。本研究結(jié)果顯示治療過(guò)程中CTV靶區(qū)的體積逐漸縮小，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。van de Bunt et al［6］對(duì)20例宮頸癌患者于治療期間每周行MRI掃描一次，結(jié)果亦提示每周CTV的體積變化受到限制，因而縮小并不明顯。本研究中3種方案CTV靶區(qū)的D2、D50、D98、Dmean、HI的變化差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但HI有逐漸減小的趨勢(shì)，提示修改計(jì)劃后可能會(huì)有利于靶區(qū)劑量的均勻性分布，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義可能與樣本量較小有關(guān)。膀胱、直腸等正常器官的解剖位置與治療靶區(qū)相毗鄰，且作為空腔臟器其充盈程度的可變因素較大，因此治療過(guò)程中的腫瘤退縮及器官本身的體積變化可對(duì)原有的位置分布產(chǎn)生較大影響，使OAR移動(dòng)至原有的靶區(qū)高劑量分布區(qū)域［7］，由此所造成的放射性直腸炎、放射性膀胱炎、腸梗阻、腸穿孔等放療副反應(yīng)使得標(biāo)準(zhǔn)化的精確放療靶區(qū)勾畫(huà)的優(yōu)勢(shì)被削弱了［8］。本研究中膀胱、直腸的幾何中心點(diǎn)在三維空間內(nèi)均會(huì)出現(xiàn)一定程度的位移，并且其變化范圍大

小為頭腳方向＞前后方向＞左右方向，考慮可能與盆腔內(nèi)骨性解剖結(jié)構(gòu)的限制有關(guān)。膀胱、直腸的V40、V50、V45及Dmean逐漸降低，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；經(jīng)過(guò)兩次計(jì)劃修改后小腸的V40及Dmean亦逐漸降低且遠(yuǎn)小于其劑量限制要求。龐皓文等［9-10］大量采集各分次治療前患者的CBCT圖像進(jìn)行評(píng)估，表明膀胱、直腸在宮頸癌放療過(guò)程中體積、位置及劑量學(xué)分布會(huì)有較大變化，因此及時(shí)根據(jù)GTV退縮情況進(jìn)行在線或離線式的計(jì)劃修訂對(duì)OAR的保護(hù)是有必要的。Kerkhof et al［11］對(duì)11例患者每周重新行MRI掃描并制定4次新計(jì)劃，結(jié)果提示在線修改計(jì)劃后除了膀胱、乙狀結(jié)腸的V10以外，各OAR的V10～V45均有不同程度的降低，本研究結(jié)果與之一致。

宮頸癌體外ART可以根據(jù)治療過(guò)程中的變化情況調(diào)整計(jì)劃，在控制局部腫瘤的同時(shí)優(yōu)化周?chē)鶲AR的劑量分布。然而由于目前放療流程中各系統(tǒng)的獨(dú)立性及條件所限，暫未能開(kāi)展一體化的在線式ART，本研究?jī)H采用離線式自適應(yīng)計(jì)劃修訂方法對(duì)體外放療進(jìn)行劑量學(xué)評(píng)估，ART在宮頸癌治療中的優(yōu)勢(shì)及臨床可行性仍需要大樣本的臨床研究以獲得可靠的體積、劑量、臨床、生物學(xué)等方面的研究參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。

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Dosimetric study of adaptive external beam radiotherapy for cervical carcinoma

Zhang Ning，Wang Fan，Tong Zhuting，et al

（Dept of Radiation Oncology，The First Affiliated Hospital of Anhui Medical University，Hefei 230022）

Abstract6 patients with cervical carcinoma treated by the SIEMENS’s Artiste received totally 18 CT scans every 8 fractions，then we replanned and obtained the three groups named by IMRT，ART1 and ART2 based on these images to compare these plans’measure indexes of dosimetry and position.The average volume of CTV reduced during the course of treatment，the dose of CTV in the three groups was similar，and there was no significant difference.Bladder and rectum’s positions changed a lot，especially in the superior and inferior directions，and the doses of these two organs reduced significantly（P＜0.05）at three dose levels（V40，V45and V50）.The results show that the adaptive external beam radiotherapy for cervical carcinoma can adjust treatment planning depending on the feedback of scanning images，thus may not bring significant changes in targets，while on the other hand，still play a positive role in the protection of the organs at risk.

Key wordsuterine cervical neoplasms；adaptive radiotherapy；dosimetry

作者簡(jiǎn)介：張 寧，女，醫(yī)師，碩士研究生；王 凡，男，教授，主任醫(yī)師，碩士生導(dǎo)師，責(zé)任作者，E-mail：wangfan1965＠126.com

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：81201743）

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

文章編號(hào)1000-1492（2015）05-0699-03

中圖分類(lèi)號(hào)R 730.55