錐形束CT在宮頸癌放療中的應(yīng)用

馬廣棟，洪莉，洪莎莎，劉成

武漢大學(xué)人民醫(yī)院 婦產(chǎn)科，湖北 武漢430060

錐形束CT在宮頸癌放療中的應(yīng)用

馬廣棟，洪莉，洪莎莎，劉成

武漢大學(xué)人民醫(yī)院 婦產(chǎn)科，湖北 武漢430060

0 前言

圖像引導(dǎo)放射治療（Image-guided Radiotherapy，IGRT）的應(yīng)用提高了腫瘤放射治療的精確性，不僅可以分析患者治療中的擺位誤差和器官或靶區(qū)的移動(dòng)度，為靶區(qū)外擴(kuò)范圍的確定提供依據(jù)[1]，還可以監(jiān)測(cè)靶區(qū)的退縮并計(jì)算其發(fā)生的位移，從而為放療計(jì)劃修改提供幫助[2]。電子射野影像系統(tǒng)（Electronic Portal Imaging Device，EPID）作為一種快速的二維劑量檢測(cè)系統(tǒng)，在常規(guī)質(zhì)量控制、患者劑量監(jiān)測(cè)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景[3]。而千伏級(jí)錐形束CT（ConeBeam Computed Tomography，CBCT）除了可分析患者的擺位誤差外，還可獲取三維圖像，在分析和監(jiān)測(cè)器官和靶區(qū)方面較二維圖像更具優(yōu)勢(shì)[4]。本研究旨在探討CBCT在宮頸癌放療中的應(yīng)用價(jià)值，報(bào)道如下。

1 材料和方法

1.1 臨床資料

選取2013年2～12月于我院進(jìn)行手術(shù)治療的10例宮頸癌患者，年齡45～67歲，中位年齡54歲。病理證實(shí)均為鱗癌，其中Ⅱb期4例，Ⅲa期3例，Ⅲb期3例。

1.2 模擬定位

選擇GE Bright Speed CT進(jìn)行掃描以獲取定位CT圖像。掃描前囑患者保持膀胱充盈狀態(tài)（自然憋尿）?；颊呷⊙雠P位，真空墊固定。掃描參數(shù)為：管電壓120 kV，管電流100 mA，層厚5 mm，層間距3 mm，掃描時(shí)間3 min，掃描延遲時(shí)間70 s。對(duì)比劑注射70 mL（碘海醇），流速為2.5 mL/s。掃描范圍：膈頂至恥骨聯(lián)合下5 cm。

1.3 CBCT圖像的獲取

放射治療前行CBCT掃描，儀器及患者膀胱準(zhǔn)備同上。采取標(biāo)準(zhǔn)盆腔模式，掃描機(jī)架旋轉(zhuǎn)360°，半扇束掃描。掃描參數(shù)為：管電壓120 kV，管電流80 mA，層厚2.5 mm，掃描時(shí)間1 min。共進(jìn)行68次CBCT掃描，平均6.8次/患者。CBCT圖像重建：圖像寬度為18 cm，直徑為24 cm，圖像分辨率為512×512，重建層厚為3 mm。

1.4 基于CT和CBCT圖像勾畫(huà)膀胱和宮頸靶區(qū)

為了保證圖像質(zhì)量：① 所有患者在進(jìn)行CBCT掃描前，均選取相同的曝光條件，并使用濾線器遮擋散射線；② 掃描前囑患者移除衣物中的金屬物品，掃描時(shí)囑患者平靜呼吸、勿動(dòng)，盡量減少金屬偽影和運(yùn)動(dòng)偽影對(duì)圖像質(zhì)量的影響。在相同窗寬和窗位下：窗寬30～50 HU，窗位200～400 HU，由同一名經(jīng)驗(yàn)豐富的放療醫(yī)師分別在模擬定位CT和CBCT圖像上勾畫(huà)膀胱和宮頸靶區(qū)。由Varian治療計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算膀胱和宮頸體積。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

將模擬定位CT圖像中的膀胱和宮頸靶區(qū)體積分別表示為Vb-ct和Vc-ct，將CBCT圖像中的膀胱和宮頸靶區(qū)體積分別表示為Vb-cbct和Vc-cbct。選擇SPSS 13.0軟件進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)平均值及標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果

膀胱為一體積多變的囊性器官，其體積大小存在一定的不確定性。雖然每次CBCT掃描前患者均保持膀胱充盈狀態(tài)，但每次掃描后獲得的膀胱體積和宮頸靶區(qū)體積也會(huì)有所差別。本研究中，膀胱體積最大增加16.24%，最大減少35.15%；宮頸靶區(qū)體積最大增加21.26%，最大減少76%?；贑BCT圖像勾畫(huà)的膀胱體積和宮頸靶區(qū)體積，見(jiàn)表1。因此，應(yīng)用CBCT可以及時(shí)地監(jiān)測(cè)膀胱的充盈狀態(tài)和放療宮頸靶區(qū)的體積變化，以便及時(shí)對(duì)放療計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整。

表1 基于CT圖像和CBCT圖像勾畫(huà)的膀胱體積及宮頸靶區(qū)體積（cm3）

將相對(duì)體積大小定義為基于CBCT勾畫(huà)的器官體積與基于CT勾畫(huà)的器官體積之比。宮頸靶區(qū)相對(duì)體積大小與放療周次的關(guān)系，見(jiàn)表2。由表2可知，宮頸靶區(qū)相對(duì)體積最大為1.2，最小為0.24，均值為0.76。第一周宮頸靶區(qū)相對(duì)體積均值為0.99，第二周均值為0.91，第三周均值為0.78，第四周均值為0.62，第五周均值為0.50。隨放療次數(shù)的增加，宮頸靶區(qū)體積逐漸縮小，呈下降趨勢(shì)，見(jiàn)圖1。

圖1 宮頸靶區(qū)相對(duì)體積與CBCT掃描次數(shù)的散點(diǎn)圖

膀胱相對(duì)體積整體波動(dòng)不是很大，約在相對(duì)體積為1的直線上下波動(dòng)，見(jiàn)圖2。膀胱相對(duì)體積最大為1.5，最小為0.65，均值為0.96。

圖2 膀胱相對(duì)體積與CBCT掃描次數(shù)的散點(diǎn)圖

表2 宮頸靶區(qū)相對(duì)體積大小與放療周次的關(guān)系

3 討論

CT的成像原理是利用X線束對(duì)人體進(jìn)行掃描，由探測(cè)器接收透過(guò)該層面的X線，轉(zhuǎn)化成可見(jiàn)光后，由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，再經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，輸入計(jì)算機(jī)處理。而CBCT的成像原理是利用錐形束X線圍繞患者做環(huán)形數(shù)字投影，然后將二維投影數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行三維圖像重建。由于成像原理和成像條件不同，造成了CT圖像和CBCT圖像的質(zhì)量有所不同。影響CBCT圖像質(zhì)量的因素主要有噪音、散射線和器官的運(yùn)動(dòng)等[5]，其中散射線的存在是影響CBCT圖像質(zhì)量的主要因素。由于受到散射線的影響，CBCT圖像的質(zhì)量沒(méi)有CT圖像的質(zhì)量好，尤其是軟組織的成像。對(duì)于器官和靶區(qū)的勾畫(huà)主要是組織邊界的勾畫(huà)，要想得到與CT相同的圖像質(zhì)量，需要進(jìn)行邊緣像素的差值處理[6]。選擇合適的曝光條件并應(yīng)用半扇束濾線器，對(duì)提高圖像質(zhì)量有一定的幫助，在實(shí)際應(yīng)用中需要定期對(duì)CBCT系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，確保獲取的CBCT圖像可以滿足臨床要求。另外，在半扇束掃描模式下CBCT的最大掃描長(zhǎng)度只有16 cm，而在全扇束掃描模式下CBCT的最大掃描長(zhǎng)度為18 cm，因此對(duì)于大靶區(qū)范圍的患者來(lái)說(shuō)，掃描長(zhǎng)度限制了CBCT的應(yīng)用。

在宮頸癌放療中，影響放射治療靶區(qū)精確性和導(dǎo)致放療副作用的因素主要有固定裝置、治療體位、擺位誤差、靶區(qū)腫塊的退縮等，而膀胱為一體積多變的囊性器官，膀胱的充盈程度會(huì)引起相鄰靶區(qū)和器官的變化，進(jìn)而影響周圍組織器官的劑量變化。Buchali等[7]研究發(fā)現(xiàn)，50%的膀胱充盈時(shí)受照劑量較排空時(shí)減少7%，66%的膀胱充盈時(shí)受照劑量較排空時(shí)減少17%。趙品婷等[8]研究了一種改進(jìn)方法，使患者定時(shí)定量口服50%的葡萄糖20 mL以及呋塞米片20 mg，結(jié)果明顯縮短了患者的膀胱準(zhǔn)備時(shí)間。本研究中嚴(yán)格的自然憋尿法可以滿足臨床需要，但是即使嚴(yán)格按照憋尿方法進(jìn)行憋尿，患者在每次放療過(guò)程中膀胱的充盈程度也無(wú)法保持一致。洪超善等[9]采用人工干預(yù)憋尿的方法，即通過(guò)導(dǎo)管向膀胱注入250 mL 0.9%的NaCl溶液，從而使膀胱達(dá)到充盈狀態(tài)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，人工干預(yù)憋尿法與自然憋尿法可以達(dá)到相似的效果，而人工干預(yù)法對(duì)插置導(dǎo)管要求嚴(yán)格，必須進(jìn)行嚴(yán)格的消毒以預(yù)防膀胱尿道炎的發(fā)生，而每次置管需要一定的準(zhǔn)備時(shí)間，增加了患者放療的準(zhǔn)備時(shí)間，因此對(duì)于患者多的放療科不適用。

由于宮頸癌靶區(qū)為凹形，膀胱的解剖結(jié)構(gòu)正處于凹形區(qū)域內(nèi)，因此膀胱體積的變化會(huì)使宮頸癌靶區(qū)產(chǎn)生一定的位移。Kim等[10]研究報(bào)道，充盈的膀胱與排空的膀胱相比，接受50%和90%受照劑量的小腸體積分別減少了71%和82%。這說(shuō)明充盈的膀胱能很好地保護(hù)小腸，減少劑量照射，減少腸道并發(fā)癥的發(fā)生，因此膀胱的充盈準(zhǔn)備工作是宮頸癌放療前的常規(guī)準(zhǔn)備工作。

本實(shí)驗(yàn)證實(shí)，宮頸靶區(qū)體積大小隨放療次數(shù)的增加而逐漸減小，尤以第四和第五周較為明顯。Van等[11]在放療期間對(duì)患者行磁共振掃描，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，治療期間會(huì)有1%的宮頸靶區(qū)退縮。Tyagi等[12]于分次放療前對(duì)患者行CBCT掃描，并且在獲得的CBCT圖像上勾畫(huà)宮頸靶區(qū)，發(fā)現(xiàn)宮頸靶區(qū)體積平均退縮19.1%。宮頸靶區(qū)的退縮勢(shì)必會(huì)影響照射的劑量，對(duì)臨床靶區(qū)-計(jì)劃靶區(qū)增加一個(gè)合適的外擴(kuò)范圍可以解決靶區(qū)退縮的影響，但靶區(qū)的退縮是個(gè)連續(xù)的過(guò)程，因此外擴(kuò)的范圍不是一成不變的，這一方面也值得研究。

綜上所述，通過(guò)對(duì)患者分次治療前行CBCT掃描，可以觀察每次患者膀胱體積和腫瘤體積的變化，進(jìn)而建立個(gè)體化的膀胱和靶區(qū)位移模型，從而為宮頸癌的個(gè)體化放療和自適應(yīng)放療提供依據(jù)。

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Application of Cone Beam CT in Radiotherapy for Cervical Cancers

MA Guang-dong, HONG Li, HONG Sha-sha, LIU Cheng
Department of Gynaecology and Obstetrics, Renmin Hospital of Wuhan University, Wuhan Hubei 430060, China

目的 探討錐形束CT（CBCT）在宮頸癌圖像引導(dǎo)放療中監(jiān)測(cè)膀胱和宮頸靶區(qū)體積變化的可行性。方法 選取10例宮頸癌患者，要求患者膀胱自主充盈，在相同窗寬和窗位下，于模擬定位CT和CBCT圖像上勾畫(huà)膀胱和宮頸靶區(qū)，利用Varian治療計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算膀胱和宮頸靶區(qū)的體積，比較各體積隨放療次數(shù)的變化趨勢(shì)，并比較膀胱和宮頸靶區(qū)的相對(duì)體積（基于CBCT勾畫(huà)的器官體積與基于CT勾畫(huà)的器官體積之比）變化。結(jié)果 每例患者每次進(jìn)行CBCT掃描后獲得的膀胱體積和宮頸靶區(qū)體積均有所不同，膀胱體積最大增加16.24%，最大減少35.15%；宮頸靶區(qū)體積最大增加21.26%，最大減少76%。膀胱相對(duì)體積最大為1.5，最小為0.65，均值為0.96。隨放療次數(shù)增加，基于CBCT勾畫(huà)的宮頸靶區(qū)體積逐漸縮小，呈下降趨勢(shì)，第四和第五周體積明顯減小。結(jié)論 錐形束CT可以監(jiān)測(cè)宮頸癌放療中膀胱和宮頸靶區(qū)的體積變化，為放療計(jì)劃修改提供依據(jù)。

錐形束CT；宮頸癌；膀胱體積；宮頸靶區(qū)體積；相對(duì)體積

Objective To discuss the feasibility of CBCT (Cone Beam Computerized Tomography) in detecting the volume change of the bladder and cervical target in image-guided radiotherapy for cervical cancers. Methods Ten cervical cancer patients were selected and asked to keep their bladders full. Then, the outline of bladders and cervical targets was made in the CT simulation and CBCT images which were obtained in the same window width and position. The volume of the bladder and cervical targets was calculated by the Varian Planning System so as to compare the volume changes in each radiation as well as the relative volume changes (the proportion of the contoured organ volume in CBCT to that in CT) in bladders and cervical targets. Results The volume of the bladder and cervical targets acquired by CBCT in all the patients varied from time to time and from patient to patient. The volume changes of bladders were between -35.15% and +16.24%; while the volume changes of cervical targets ranged from +21.26% to -76%. The maximum, minimum and mean relative volume of bladders was 1.5, 0.65 and 0.96 respectively. With the increase in the radiotherapy, the volume of cervical targets obtained by CBCT reduced, especially in the 4th and 5th weeks. Conclusion Cone beam CT can be used to detect the volume changes of bladders and cervical targets in radiotherapy for cervical cancers, which provided a basis for clinicians to modify the radiotherapy plan.

cone beam computerized tomography; cervical cancer; volume of bladders; volume of cervical targets; relative volume

R737.33；R814.4

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.02.012

1674-1633(2015)02-0049-04

2014-08-19

2014-11-03

洪莉，醫(yī)學(xué)博士，教授。

作者郵箱：mgd120@163．com