基于形變配準(zhǔn)劑量累加法的自適應(yīng)放療劑量學(xué)研究

王琳婧，張書(shū)旭，雷懷宇，譚劍明，張國(guó)前，王銳濠

廣州醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放療中心，廣東 廣州 510095

基于形變配準(zhǔn)劑量累加法的自適應(yīng)放療劑量學(xué)研究

王琳婧，張書(shū)旭，雷懷宇，譚劍明，張國(guó)前，王銳濠

廣州醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放療中心，廣東 廣州 510095

目的 采用混合形變圖像配準(zhǔn)方法實(shí)現(xiàn)胸腹部和盆腔腫瘤自適應(yīng)放療中靶區(qū)和危及器官的劑量累加，并與三維適形和調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃的劑量分布進(jìn)行劑量學(xué)比較。方法 選取10例肺癌和6例宮頸癌接受放射治療的患者，在分次治療20次后，重新采集CT圖像，與計(jì)劃CT圖像進(jìn)行形變配準(zhǔn)，得到修改后的累加劑量，并與3D-CRT和IMRT計(jì)劃進(jìn)行靶區(qū)及雙肺、脊髓、膀胱、直腸等器官的劑量體積直方圖比較。結(jié)果 累加劑量后的CI和HI值明顯優(yōu)于3D-CRT和IMRT（P＜0.05）。累加劑量的靶區(qū)D95、D98及雙肺V20、V30、Dmean，心臟V30、V40，脊髓Dmax，膀胱V30、V40、V50、Dmean，直腸的V40、V45、V50、Dmean均＜3D-CRT和IMRT計(jì)劃（P＜0.05）。小腸V40、Dmean和股骨頭V40、Dmean有所降低，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)論 放療20次后重新修改放療計(jì)劃對(duì)胸腹部腫瘤和盆腔腫瘤在提高靶區(qū)受照劑量的同時(shí)能減少危及器官的實(shí)際照射量，降低放療副作用的發(fā)生。

肺癌；宮頸癌；自適應(yīng)放療；劑量學(xué)；形變圖像配準(zhǔn)

引言

放射治療是胸腹部腫瘤和盆腔腫瘤主要治療手段之一。由于受呼吸頻率或腸道蠕動(dòng)、膀胱充盈等影響，胸腹部和盆腔的靶區(qū)和周?chē)＝M織的形態(tài)和位置變化較大，靶區(qū)漏照和危及器官誤照明顯[1]。分次治療過(guò)程中根據(jù)患者的解剖結(jié)構(gòu)變化，及時(shí)再計(jì)劃成為精準(zhǔn)放療當(dāng)前需要解決的關(guān)鍵[2]。本研究采用基于灰度和結(jié)構(gòu)的混合形變配準(zhǔn)方法在分次治療過(guò)程中對(duì)靶區(qū)和危及器官進(jìn)行空間劑量累加，并與三維適形計(jì)劃與常規(guī)調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃的劑量分布進(jìn)行比較，分析靶區(qū)和危及器官的解剖結(jié)構(gòu)改變及劑量學(xué)變化。

1 材料與方法

1.1 病例選擇

回顧性分析2015年3月～2015年9月我院收治的10例肺癌患者和6例宮頸癌患者，年齡39～65歲，中位年齡為52歲。其中左肺癌2例、右肺癌4例，中央型肺癌4例；非小細(xì)胞肺癌8例，小細(xì)胞肺癌2例；宮頸鱗癌Ⅱ期3例，Ⅲ期3例。選取病例均有明確放療適應(yīng)癥。

1.2 體位固定及C T掃描

采用美國(guó)GE 公司生產(chǎn)的Lightspeed 16排螺旋CT進(jìn)行體位固定和掃描?；颊咴谄届o呼吸狀態(tài)下，仰臥于體架上，采用熱塑體膜固定，激光燈標(biāo)定中心后行CT增強(qiáng)掃描，層厚5 mm，層間距5 mm，橫斷面圖像分辨率為512×512。肺癌掃描范圍由肺尖至肺底（第12胸椎下緣）；宮頸癌圖像采集前告知患者排空直腸，適當(dāng)充盈膀胱，掃描范圍從髂骨嵴水平到恥骨聯(lián)合下5 cm。復(fù)位CT掃描采用西門(mén)子Oncor自適應(yīng)放療系統(tǒng)的滑軌大孔徑CT，復(fù)位體位和掃描條件均與之前固定方式相同。

1.3 靶區(qū)勾畫(huà)

放射治療科醫(yī)生利用Philips Pinnacle3 V8.2計(jì)劃系統(tǒng)，根據(jù)ICRU第62號(hào)報(bào)告相關(guān)要求勾畫(huà)靶區(qū)。

肺癌勾畫(huà)區(qū)域包括：① 腫瘤體積（Gross Tumor Volume，GTV）：肺窗中所見(jiàn)肺內(nèi)原發(fā)病灶及陽(yáng)性區(qū)域淋巴結(jié)；② 臨床靶區(qū)（Clinical Target Volume，CTV）：原發(fā)灶周?chē)膩喤R床病灶及預(yù)防照射的區(qū)域淋巴引流區(qū)；③ 計(jì)劃靶區(qū)（Planning Target Volume，PTV）：在CTV基礎(chǔ)上再加考慮靶區(qū)移動(dòng)及擺位誤差，外放范圍為5～10 mm；④ 危及器官（Organ At Risk，OAR）：GTV外肺組織、心臟和脊髓。

宮頸癌勾畫(huà)區(qū)域包括：① 腫瘤體積（GTV）：原發(fā)灶及轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)；② 臨床靶區(qū)（CTV）：GTV外腫瘤可能侵犯的區(qū)域，上界從左右髂總血管分叉處，下界至閉孔下緣，其中包括髂總、髂內(nèi)、髂外、骶前淋巴結(jié)區(qū)；③ 計(jì)劃靶區(qū)（PTV）：考慮擺位誤差等因素，在CTV基礎(chǔ)上外放7～10 mm；④ 危及器官（OAR）：直腸、小腸、膀胱。

1.4 放療計(jì)劃設(shè)計(jì)

每個(gè)入選病例均設(shè)計(jì)3種放射治療計(jì)劃，射線能量選用6 MV X線。肺癌總劑量為60 Gy，分次劑量為2 Gy/次，5次/周，共30次。宮頸癌總劑量為50 Gy/25次（2 Gy/次）。

（1）3D-CRT計(jì)劃設(shè)計(jì)。將定位CT圖像傳輸至Prowess 計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)。根據(jù)腫瘤的位置和形狀設(shè)野，肺癌采用2～4野，包括前后野對(duì)穿照射、斜野對(duì)穿照射和3野交角照射，設(shè)野時(shí)盡量避開(kāi)脊髓、心臟和兩側(cè)肺組織。宮頸癌采用2野前后對(duì)穿或左、右、前、后4野方式布野。劑量參考點(diǎn)為GTV中心。

（2）IMRT計(jì)劃設(shè)計(jì)。利用RayStation系統(tǒng)進(jìn)行IMRT計(jì)劃設(shè)計(jì)。肺癌采用5野或7野照射，照射野設(shè)計(jì)以避開(kāi)脊髓和肺部卷入射野內(nèi)體積最少為原則，處方劑量限制條件為95%PTV＞60 Gy，危及器官劑量限制條件：雙肺V30＜20%、V20＜30%、V5＜55%，心臟V40＜30%、V30＜40%，脊髓＜40 Gy。宮頸癌采用7野照射，靶區(qū)劑量權(quán)重最大，直腸和膀胱權(quán)重次之，PTV限量為95%PTV＞50 Gy，OAR限量：膀胱V45＜50%，直腸V40＜50%、V30＜60%，小腸V40＜40%、V30＜50%，股骨頭V50＜5%。

（3）ART計(jì)劃設(shè)計(jì)。利用RayStation計(jì)劃系統(tǒng)，使用相同約束條件將首次治療前制定的放療計(jì)劃IMRT-Plan1和放療20次后重新掃描CT圖像制定的計(jì)劃IMRT-Plan2（其中IMRT_plan 2中的靶區(qū)和OAR由勾畫(huà)IMRT_plan 1的同一位醫(yī)生按相同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行勾畫(huà)），通過(guò)形變配準(zhǔn)得到IMRTPlan 3，將IMRT-Plan 1計(jì)劃的20次劑量與IMRT-Plan 2計(jì)劃的10次（肺癌）或5次（宮頸癌）劑量進(jìn)行累積得到累加劑量后的IMRT-Plan3，根據(jù)IMRT-Plan3（即ART計(jì)劃）的DVH圖，評(píng)價(jià)靶區(qū)和危及器官的劑量與體積參數(shù)。

1.5 形變配準(zhǔn)劑量累加

本研究采用RayStation系統(tǒng)基于灰度和結(jié)構(gòu)的混合形變配準(zhǔn)方法對(duì)劑量進(jìn)行形變。將放療前的計(jì)劃CT圖像設(shè)為“浮動(dòng)圖像”，放療20次時(shí)獲取的圖像設(shè)為“參考圖像”，建立兩個(gè)圖像的形變柵格，以體素強(qiáng)度、腫瘤輪廓為限定區(qū)域，通過(guò)形變柵格將“浮動(dòng)圖像”映射到“參考圖像”上，用混合形變配準(zhǔn)得到的變形場(chǎng)將劑量矩陣從“浮動(dòng)圖像”圖像空間映射到“參考圖像”圖像空間上，進(jìn)行劑量疊加。

1.6 劑量體積評(píng)價(jià)指標(biāo)

待3組放療計(jì)劃完成后，對(duì)每組方案的靶區(qū)和OAR分別進(jìn)行劑量體積參數(shù)的評(píng)估。

肺癌：① 靶區(qū)劑量參數(shù)D2、D95、D98、Dmean。靶區(qū)均勻性指數(shù)HI=(D2-D98)/Dmean，HI值越小，靶區(qū)內(nèi)劑量分布越均勻，靶區(qū)適形指數(shù)CI=(VPTV95%/VT)×（VPTV95%/VPTV），其中VPTV95%為95%的等劑量曲線包繞的PTV體積，VT為靶區(qū)體積，VPTV為靶區(qū)PTV的體積，CI值越接近1，靶區(qū)適形度越好；② 肺組織的受照劑量＞5、10、20、30 Gy的體積（V5、V10、V20、V30）。③ 心臟的受照劑量＞30、40 Gy的體積（V30、V40）。④ 脊髓的最大受照劑量Dmax。

宮頸癌：① 腫瘤靶區(qū)的靶區(qū)劑量參數(shù)D2、D95、D98、Dmean、HI值和CI值；② 膀胱的平均劑量Dmean、受照劑量＞30、40、50 Gy的體積（V30、V40、V50）；③ 直腸的平均劑量Dmean、受照劑量＞40、45、50 Gy的體積（V40、V45、V50）；④ 小腸的平均劑量Dmean、受照劑量＞40 Gy的體積（V40）；⑤ 股骨頭的平均劑量Dmean、受照劑量＞40 Gy的體積（V40）。

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，用x-±s表示，應(yīng)用配對(duì)t檢驗(yàn)對(duì)各參數(shù)進(jìn)行每?jī)山M間比較，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)C I值和H I值

通過(guò)對(duì)每例患者的CI值和HI值進(jìn)行計(jì)算， 結(jié)果見(jiàn)表1。3種照射方式靶區(qū)CTV的CI值和HI值兩兩比較均有顯著差異。肺癌ART組的CI值比IMRT組增加了3.2%、HI值降低45.8%，比3D-CRT組CI值增加了27.5%、HI值降低53.8%。IMRT組的CI值比3D-CRT組增加了25.1%，HI值降低14.7%。宮頸癌ART組的CI值比IMRT組增加了3.0%、HI值降低12.2%，比3D-CRT組CI值增加了48.4%、HI值降低了27.1%。IMRT組的比3D-CRT組CI值增加了46.7%、HI值降低了17.0%。數(shù)據(jù)表明ART組的靶區(qū)適形度和均勻性均優(yōu)于IMRT組和3D-CRT組，IMRT組的CI值和HI值優(yōu)于3D-CRT組，見(jiàn)圖1。

圖1 3種方案的靶區(qū)CTV的CI值（a）和HI值（b）

2.2 靶區(qū)劑量

肺癌靶區(qū)CTV的D2、Dmean結(jié)果顯示ART組＞IMRT組＞3D-CRT組，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。D95、D98結(jié)果兩兩比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，其中ART 組CTV的D95比IMRT組增加了2.9%、比3D-CRT組增加了4.5%，IMRT組比3D-CRT組增加了1.7%。CTV的D98值A(chǔ)RT 組比IMRT組增加了1.4%、比3D-CRT組增加了3.7%，IMRT組比3D-CRT組增加了2.4%，見(jiàn)表2。

宮頸癌靶區(qū)CTV的D95、D98、Dmean結(jié)果兩兩比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，ART組中CTV的D95比IMRT組增加了2.9%、比3D-CRT組增加了4.5%，IMRT組比3D-CRT組增加了1.7%。CTV的D98值A(chǔ)RT組比IMRT組增加了1.4%、比3D-CRT組增加了3.7%， IMRT組比3D-CRT組增加了2.4%。平均劑量ART組比3D-CRT組增加了3.1%，IMRT組比3D-CRT組增加了1.7%，見(jiàn)表3。

表1 3種方案的靶區(qū)CTV的CI值和HI值分布

表1 3種方案的靶區(qū)CTV的CI值和HI值分布

注：P1為3D-CRT組與IMRT組；P2為3D-CRT組與ART組；P3為IMRT組與ART組比較結(jié)果。

評(píng)價(jià)指標(biāo) 3D-CRT IMRT ART P1 P2 P3肺癌 CI 0.521±0.170 0.696±0.217 0.719±0.203 0.006 0.000 0.009 HI 0.197±0.123 0.168±0.106 0.091±0.018 0.010 0.003 0.014頸癌 CI 0.398±0.163 0.748±0.225 0.771±0.235 0.018 0.013 0.021 HI 0.317±0.213 0.263±0.105 0.231±0.144 0.012 0.009 0.011

表2 3種方案的肺癌靶區(qū)劑量學(xué)分布

表2 3種方案的肺癌靶區(qū)劑量學(xué)分布

注：P1為3D-CRT組與IMRT組；P2為3D-CRT組與ART組；P3為IMRT組與ART組比較結(jié)果。

評(píng)價(jià)指標(biāo) 3D-CRT IMRT ART P1 P2 P3肺癌 D2 6329.26±231.68 6321.20±215.27 6411.31±241.56 0.298 0.316 0.367 D95 5821.62±165.20 5924.99±167.14 6098.10±153.51 0.026 0.022 0.030 D98 5715.44±209.21 5854.03±265.22 5935.46±229.90 0.019 0.013 0.023 Dmean 6076.84±121.28 6113.54±117.37 6218.63±176.91 0.120 0.061 0.087

表3 3種方案的宮頸癌靶區(qū)劑量學(xué)分布

表3 3種方案的宮頸癌靶區(qū)劑量學(xué)分布

注：P1為3D-CRT組與IMRT組；P2為3D-CRT組與ART組；P3為IMRT組與ART組比較結(jié)果。

評(píng)價(jià)指標(biāo) 3D-CRT IMRT ART P1 P2 P3宮頸癌 D2 5362.84±236.64 5371.61±142.97 5383.58±217.45 0.397 0.378 0.431 D95 4812.70±197.80 4952.53±178.13 5091.62±159.34 0.021 0.014 0.019 D98 4735.38±215.72 4871.11±246.43 4963.45±279.17 0.017 0.009 0.013 Dmean 5020.13±168.47 5109.21±134.27 5178.37±143.59 0.047 0.035 0.071

2.3 危及器官劑量

2.3.1 肺癌危及器官劑量

全肺V5的體積ART組＞IMRT組和3D-CRT組，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。全肺V10、V20、V30的體積ART組＜IMRT組＜3D-CRT組，V20、V30體積的兩兩比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。全肺平均劑量ART組比IMRT組減少了11.3%、比3D-CRT組減少了16.2%，IMRT組比3D-CRT組減少了6.6%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。心臟V30、V40的體積ART組＜IMRT組＜3D-CRT組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。脊髓的最大受量ART組比IMRT組減少了5.0%，比3D-CRT組減少了9.8%，IMRT組比3D-CRT組減少了5.1%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，見(jiàn)表4。

2.3.2 宮頸癌危及器官劑量

膀胱V30、V40、V50的體積ART組＜IMRT組＜3D-CRT組，且兩兩比較均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。膀胱的平均劑量ART組比IMRT組減少了3.4%，比3D-CRT組減少了23.8%，IMRT組比3D-CRT組減少了21.1%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。直腸的V40、V45、V50體積ART組均比IMRT組和3D-CRT組有所降低，且兩兩比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。直腸的平均劑量ART組比IMRT組減少了11.1%，比3D-CRT組減少了17.2%，IMRT組比3D-CRT組減少了6.8%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。小腸的V40、Dmean和股骨頭V40、Dmean均有所降低，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，見(jiàn)表5。

3 討論

現(xiàn)階段3D-CRT和IMRT廣泛應(yīng)用于放射治療，通過(guò)提高患者擺位精度，使照射劑量同靶區(qū)的分布保持一致，然而，伴隨治療的持續(xù)進(jìn)行, 靶區(qū)和周?chē)＝M織的位置形狀發(fā)生改變，導(dǎo)致靶區(qū)漏照和危及器官受照過(guò)量，影響了放療準(zhǔn)確性，增加了放療副反應(yīng)。自適應(yīng)放療（ART）是由Yan等[3]提出，通過(guò)放療過(guò)程中獲取患者圖像來(lái)判斷靶區(qū)解剖體積變化，為后續(xù)分次治療期間的重新設(shè)計(jì)放療計(jì)劃提供依據(jù)，使得靶區(qū)受照劑量達(dá)到最大，并有效的保護(hù)周?chē)＝M織。本研究在分次治療過(guò)程中重新采集患者CT圖像，通過(guò)變形配準(zhǔn)方法進(jìn)行劑量疊加，優(yōu)化成新放療計(jì)劃，評(píng)價(jià)患者在整個(gè)放療過(guò)程的靶區(qū)和危及器官的實(shí)際受照劑量，并比較自適應(yīng)放療與3D-CRT和IMRT計(jì)劃的劑量學(xué)差異。

3.1 A R T對(duì)靶區(qū)劑量影響

腫瘤局控率同靶區(qū)實(shí)際受照劑量密切相關(guān)，當(dāng)靶區(qū)受照劑量增加，腫瘤局控率也隨之提高[4]，治療過(guò)程中胸腹部腫瘤和盆腔腫瘤，因形態(tài)和位置變化較大，導(dǎo)致腫瘤靶區(qū)實(shí)際劑量與原計(jì)劃不相符[5]，需要及時(shí)根據(jù)圖像信息調(diào)整放療計(jì)劃，以提高腫瘤局部控制率。Guckenberger等[6]對(duì)13例非小細(xì)胞肺癌患者研究顯示,采用ART技術(shù)可以提高40%的腫瘤局部控制率。侯勇等[7]對(duì)5例肺癌患者進(jìn)行ART與3D-CRT比較，結(jié)果顯示ART計(jì)劃的Dmax、Dmin均高于3D-CRT計(jì)劃，Dmean，D95所受劑量相似。Ramsey等[8]采用自適應(yīng)放療對(duì)肺癌患者進(jìn)行研究，結(jié)果表明腫瘤靶區(qū)縮小60%～80%，腫瘤照射劑量提高。Stewart等[9]將33名宮頸癌患者分成兩組，一組不再重新計(jì)劃，一組每周重新掃CT或MRI制定新放療計(jì)劃。不重新計(jì)劃組有27%患者CI不可接受，并且CTV D98受照不足D95的處方劑量。重新計(jì)劃后，所有患者CTV D98受照高于D95的處方劑量。莫玉珍等[10]采用宮頸癌離線自適應(yīng)放療，在治療進(jìn)行到15次后重新掃描CT和制定計(jì)劃，結(jié)果證實(shí)修改計(jì)劃后腫瘤體積退縮率為51.4%

表4 3種方案的劑量學(xué)分布

表4 3種方案的劑量學(xué)分布

注：P1為3D-CRT組與IMRT組；P2為3D-CRT組與ART組；P3為IMRT組與ART組比較結(jié)果。

評(píng)價(jià)指標(biāo) 3D-CRT IMRT ART P1 P2 P3全肺 V5 65.47±10.13 65.12±11.46 66.26±16.12 0.236 0.189 0.259 V10 56.24±9.31 53.07±6.79 50.21±6.59 0.079 0.065 0.083 V20 30.12±6.89 27.14±5.25 25.97±6.33 0.016 0.010 0.021 V30 20.80±2.35 19.17±2.57 17.43±2.15 0.008 0.005 0.011 Dmean 1786.33±262.25 1668.13±231.83 1479.08±245.51 0.009 0.006 0.013心臟 V30 30.56±12.03 23.24±11.04 19.23±11.13 0.012 0.009 0.015 V40 20.12±9.40 16.75±9.81 12.56±7.92 0.018 0.013 0.023脊髓 Dmax 4224.13±126.35 4009.45±154.12 3809.54±156.26 0.015 0.011 0.021

表5 3種方案的劑量學(xué)分布

表5 3種方案的劑量學(xué)分布

注：P1為3D-CRT組與IMRT組；P2為3D-CRT組與ART組；P3為IMRT組與ART組比較結(jié)果。

評(píng)價(jià)指標(biāo) 3D-CRT IMRT ART P1 P2 P3膀胱 V30 87.24±11.33 45.46±13.31 37.12±18.72 0.000 0.000 0.023 V40 73.03±10.34 35.91±12.43 29.56±15.75 0.000 0.000 0.015 V50 51.32±5.21 24.35±5.78 18.67±6.23 0.000 0.000 0.007 Dmean 4579.22±245.36 3612.57±325.78 3489.93±328.53 0.000 0.000 0.000直腸 V40 80.21±4.41 50.47±3.67 42.38±4.39 0.000 0.000 0.039 V45 62.48±5.37 46.94±5.56 35.46±4.76 0.000 0.000 0.013 V50 47.39±1.54 25.47±1.24 16.65±2.28 0.000 0.000 0.005 Dmean 4612.37±148.25 4296.45±152.57 3817.49±147.25 0.018 0.012 0.021小腸 V40 28.43±5.11 16.36±5.09 10.43±4.22 0.264 0.207 0.531 Dmean 3001.29±235.15 2876.37±251.46 2467.32±207.00 0.313 0.247 0.360股骨頭 V40 31.21±13.54 28.25±10.89 28.13±11.43 0.524 0.435 0.573 Dmean 3937.29±205.81 3590.41±271.09 3437.76±264.16 0.378 0.310 0.435

本研究對(duì)10例肺癌患者和6例宮頸癌患者進(jìn)行再計(jì)劃變形配準(zhǔn)劑量疊加后，發(fā)現(xiàn)進(jìn)行再計(jì)劃調(diào)整后的CI值和HI值均優(yōu)于IMRT和3D-CRT組，肺癌靶區(qū)受照劑量相較于IMRT和3D-CRT平均提高了0.182 Gy和0.277 Gy，宮頸癌癌靶區(qū)受照劑量相較于IMRT和3D-CRT平均提高了0.139 Gy和0.279 Gy。因此，自適應(yīng)放療能有效增加靶區(qū)受照劑量，提高腫瘤局控率。

3.2 A R T對(duì)危及器官受量影響

肺炎的發(fā)生與V5、V10、V20、V30有關(guān)[11]，當(dāng)正常肺組織受過(guò)量劑量照射時(shí)，引發(fā)急性放療副反應(yīng)機(jī)率增高[12]，而脊髓最大受照劑量則是判斷放射性脊髓炎發(fā)生的重要指標(biāo)[13]。Kataria等[14]對(duì)15例肺癌患者進(jìn)行IMRT和ART治療，結(jié)果顯示ART組，雙肺、心臟和脊髓的受照劑量更小，并且能減少對(duì)正常組織的毒性損傷。侯勇等[7]對(duì)5例肺癌患者進(jìn)行ART與3D-CRT比較，結(jié)果顯示ART計(jì)劃中雙肺Dmean、V5、V10、V20、V30以及脊髓Dmax均低于3D-CRT計(jì)劃。Ramsey等[8]采用肺部腫瘤自適應(yīng)放療，每周更新治療計(jì)劃，正常肺組織V20較之前減少2l%。

本研究發(fā)現(xiàn)肺組織V10、V20、V30較于IMRT和3D-CRT平均降低了5.66%、7.40%、11.76%和10.71%、13.33%、15.00%，心臟V30、V40較于IMRT和3D-CRT平均降低了17.13%、25.01%和33.32%、37.57%，脊髓Dmax分別降低了0.200 Gy 和0.415 Gy。本研究表明ART放療后，肺、心臟、脊髓的受照劑量不同程度減少，降低了放射性肺炎、脊髓炎的發(fā)生。

膀胱、直腸等正常組織伴隨腫瘤退縮及自身體積、位移改變，而受到過(guò)量照射，易引發(fā)放射性膀胱炎、直腸炎、腸穿孔等放療副作用[15]。Jadon等[16]對(duì)12例宮頸癌患者研究發(fā)現(xiàn)，受膀胱充盈程度和直腸充盈程度影響，采用自適應(yīng)方案，可以保證OAR不受過(guò)量照射。龐皓文等[17-18]通過(guò)采集多分次間患者的CBCT 圖像，發(fā)現(xiàn)膀胱、直腸在放療過(guò)程中體積和受照劑量有較大變化，及時(shí)調(diào)整放療計(jì)劃對(duì)保護(hù)膀胱、直腸等危及器官是非常有必要的。張寧等[19]采用自適應(yīng)放療，分次間修改計(jì)劃，結(jié)果顯示膀胱、直腸的V40、V50、V45和Dmean逐漸降低，小腸的V40和Dmean亦逐漸降低，并且受照劑量少于劑量限制要求。

本研究發(fā)現(xiàn)膀胱V30、V40、V50較于3D-CRT和IMRT平均降低了57.45%、59.52%、63.60%和18.34%、17.68%、23.32%，Dmean分別降低了1.089 Gy 和0.123 Gy。直腸V40、V45、V50較于3D-CRT和IMRT平均降低了47.16%、43.24%、64.80%和16.02%、24.45%、34.62%，Dmean分別降低了0.795 Gy 和0.479 Gy。小腸和股骨頭劑量均有降低，但數(shù)據(jù)無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。本研究顯示治療過(guò)程中修改放療計(jì)劃，膀胱、直腸等受照劑量均有大幅減少，及時(shí)進(jìn)行自適應(yīng)放療對(duì)降低放療副反應(yīng)是非常有必要的。

綜上所述，自適應(yīng)放療技術(shù)通過(guò)分次治療期間獲取患者解剖圖像，重新優(yōu)化放療計(jì)劃，在提高腫瘤靶區(qū)受照劑量的同時(shí)，最大限度地減少周?chē)＝M織的受照劑量，降低了放射性并發(fā)癥的發(fā)生概率，提高了患者的生存質(zhì)量。本研究因病例數(shù)較少，對(duì)最終的腫瘤局控率及放療預(yù)后效果仍需進(jìn)一步通過(guò)大量的病例研究得到驗(yàn)證。

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本文編輯 袁雋玲

Dosimetric Study of the Deformable Image Registration Based on Dose Accumulation in Adaptive Radiation Therapy

WA N G L in-jin g, Z H A N G S h u-x u, L E I H u a i-y u, T A N J i a n-mi n g, Z H A N G G u o-q i a n, WA N G R u i-h a o

Radiotherapy Center, Cancer Center of Guangzhou Medical University, Af fi liated Tumor Hospital of Guangzhou Medical University, Guangzhou Guangdong 510095, China

O b j e c t i v e To compare and evaluate the dosimetric difference of adaptive radiation therapy (ART) over conventional intensity modulated radiation therapy (IMRT) and 3D conformable radiation therapy (3D-CRT) when using hybrid deformable image registration (DIR) for dose accumulation in thoracic and pelvic cancer patients. Me t h o d s CT images of 10 lung cancer patients and 6 cervical cancer patients who

radiation therapy were obtained for twenty treatment fractions. Then, the ART plan was generated by applying the hybrid DIR to register the fractional and planning CT images to calculate the accumulative dose distribution. Dosimetric parameters of the tumor and the organs at risk (OARs) such as lungs, spinal cord, bladder and rectum were compared with the ART and the conventional 3D-CRT and IMRT plan. R e s u l t s The CI and HI values in ART plan were statistically significantly (P＜0.05) better than the 3D-CRT and IMRT plans. The D95, D98, the lung V20, V30, Dmean, the heart V30, V40, the spinal cord Dmax, the bladder V30, V40, V50, Dmeanand the rectum V40, V45, V50, Dmeanwere all smaller than those in 3D-CRT and IMRT plans (P＜0.05). While the intestine V40, Dmeanand the caput femoris V40, Dmeandecreased in ART plan, but the difference was not statistically signi fi cant. C o n c l u s i o n Replanning after 20 times can achieve better target coverage and OARs sparing, it can potentially reduce the radiation side effect and increase the local control rate in thoracic and pelvic cancer patients.

lung cancer; cervical cancer; adaptive radiation therapy; dosimetric; deformable image registration

R737.33

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.07.019

1674-1633(2017)07-0068-06

2017-04-14

廣東省教育廳特色創(chuàng)新項(xiàng)目（2016KTSCX116）；廣東省醫(yī)藥科學(xué)技術(shù)研究基金項(xiàng)目（A2017349）。

張書(shū)旭，教授/主任技師，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)槟[瘤放射物理學(xué)和醫(yī)學(xué)圖像應(yīng)用研究。

作者郵箱：gthzsx@163.com