形變配準(zhǔn)分析下行同步加量調(diào)強(qiáng)放療的鼻咽癌患者靶區(qū)和危及器官劑量學(xué)研究

朱明琪

鼻咽癌（NPC）是發(fā)生于鼻咽腔頂部、側(cè)壁黏膜上皮的惡性腫瘤，具有病變部位隱匿、早期癥狀不典型、惡性程度高和預(yù)后差等特征[1-2]。NPC對放射治療的敏感度較高，因此臨床多采用以放療為主的個(gè)體化綜合根治性治療方案[3]。同步加量調(diào)強(qiáng)放療（SMART）技術(shù)可在同一個(gè)照射視野內(nèi)同時(shí)對腫瘤靶區(qū)（GTV）和臨床靶區(qū)（CTV）進(jìn)行不同分割劑量照射，在不降低NPC患者腫瘤放射劑量的基礎(chǔ)上，有效降低臨近正常組織的受照面積和劑量[4-5]。有研究顯示，隨照射時(shí)間和劑量的累積，部分患者在SMART過程中實(shí)際接受的照射劑量與初次計(jì)劃劑量出現(xiàn)偏差，對預(yù)測療效及放射損傷精度產(chǎn)生不良影響[6]。圖像配準(zhǔn)是一種將不同條件下獲得的兩幅圖像進(jìn)行對校、拼接的圖像預(yù)處理技術(shù)，包含剛性配準(zhǔn)和形變配準(zhǔn)，在醫(yī)學(xué)診斷、制定手術(shù)方案或放療計(jì)劃中應(yīng)用廣泛[7-8]。本研究主要探討基于剛性配準(zhǔn)和形變配準(zhǔn)技術(shù)對行SMART的NPC患者靶區(qū)和危及器官（即CTV區(qū)）劑量學(xué)的影響，旨在為NPC患者放療方案的制定提供參考，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2019年1月至2022年1月浙江省麗水市中心醫(yī)院收治的62例行SMART治療的NPC患者，其中男40例，女22例；年齡35～75歲，平均（61.8±5.4）歲；T分期：T2期38例，T3期24例。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）符合NPC診斷標(biāo)準(zhǔn)[9]，經(jīng)臨床病史、影像及病理檢查證實(shí)；（2）均接受SMART治療；（3）患者及家屬了解并知情同意。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）合并臟器功能不全；（2）合并其他惡性腫瘤；（3）合并心理、精神疾病。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)通過。

1.2 方法

1.2.1 體位固定及CT掃描 采用西門子大孔徑CT掃描儀對62例NPC患者進(jìn)行掃描定位，取頭頸肩固定的仰臥位，掃描范圍由頭頂至鎖骨下3 cm，掃描層厚3 mm。掃描結(jié)束后將圖像上傳至Pinnacle 9.10計(jì)劃工作系統(tǒng)內(nèi)。

1.2.2 靶區(qū)及危機(jī)器官的勾畫 GTV、CTV和計(jì)劃腫瘤靶區(qū)（PGTV）的設(shè)定通過影像學(xué)檢查的原發(fā)腫瘤及其侵犯范圍進(jìn)行劃分，其中GTV包括咽后和頸部轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)、鼻腔后部、咽旁間隙及上頜竇后部等部位，PGTV包括近脊髓腦干和空腔，CTV包括腮腺、腦干、脊髓、眼球、視神經(jīng)和晶體等臨近危及的器官組織。由放療醫(yī)生勾畫GTV及CTV，限制條件為腮腺體積劑量≤30 Gy，腦干、視神經(jīng)≤54 Gy，脊髓≤45 Gy，眼球≤50 Gy，晶體≤8 Gy。

1.2.3 計(jì)劃設(shè)計(jì)及圖像配準(zhǔn)方法 所有患者均接受SMART治療，在首次定位圖像CT1上制定初次SMART計(jì)劃Plan1，在復(fù)位圖像CT2上制定SMART計(jì)劃Plan2，共放療32次，劑量設(shè)置為66～70 Gy。配準(zhǔn)采用圖像轉(zhuǎn)換對比完成，將Plan1和Plan2導(dǎo)入通用算法的Manteia公司的AccuContour圖像配準(zhǔn)軟件，將Plan2的劑量分布剛性配準(zhǔn)到定位CT1，再與Plan1進(jìn)行累加得到總劑量分布Plan剛性。將Plan2的劑量分布形變配準(zhǔn)到定位CT1，再與Plan1進(jìn)行累加得到總劑量分布Plan形變。

1.3 觀察指標(biāo) 測量并記錄GTV、PGTV和左、右腮腺體積的變化情況；比較圖像配準(zhǔn)后GTV、PGTV和CTV的相似指數(shù)（DSC），其計(jì)算公式為2｜A∩B｜/（｜A｜＋｜B｜），其中A、B分別表示CT1、CT2靶區(qū)和危及器官的體積。比較GTV、PGTV和CTV在Plan1、Plan2、Plan剛性配準(zhǔn)和Plan形變配準(zhǔn)的劑量-體積變化情況。比較GTV和PGTV的平均劑量（Dmean）、95%體積所受劑量（D95）和99%體積所受劑量（D99）；比較雙側(cè)腮腺Dmean和腦干、眼球、視神經(jīng)和晶狀體最大點(diǎn)劑量（Dmax）。

1.4 統(tǒng)計(jì)方法 采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用兩樣本獨(dú)立t檢驗(yàn)，多組比較采用重復(fù)測量方差分析。P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 GTV、CTV、PGTV及腮腺體積變化比較 62例NPC患者在SMART放療過程中，CT1和CT2中腫瘤靶區(qū)和雙側(cè)腮腺體積均出現(xiàn)不同程度的變化。其中GTV、CTV、PGTV體積差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05），而CT2中左側(cè)腮腺體積和右側(cè)腮腺體積均小于CT1（均P＜0.05），見表1。

表1 GTV、CTV、PGTV及腮腺體積變化比較 cm3

2.2 形變配準(zhǔn)與剛性配準(zhǔn)后DSC比較 左側(cè)腮腺、右側(cè)腮腺和脊髓形變配準(zhǔn)后的DSC均高于剛性配準(zhǔn)后（均P＜0.05），見表2。

表2 形變配準(zhǔn)與剛性配準(zhǔn)后DSC比較

2.3 不同計(jì)劃NPC患者GTV、PGTV劑量分布比較 Plan形變配準(zhǔn)、Plan剛性配準(zhǔn)與Plan1、Plan2比較，GTV、PGTV的Dmean、D95和D99均降低（均P＜0.05）；Plan形變配準(zhǔn)在GTV、PGTV的Dmean、D95和D99均高于Plan剛性配準(zhǔn)（均P＜0.05），見表3。

表3 不同計(jì)劃NPC患者GTV、PGTV劑量比較 Gy

2.4 不同計(jì)劃NPC患者CTV劑量分布比較 Plan形變配準(zhǔn)、Plan剛性配準(zhǔn)在腦干、左右眼球、左右視神經(jīng)和左右晶體的CTV差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05），其中Plan1與Plan形變配準(zhǔn)比較，CTV劑量體積差異較??；Plan形變配準(zhǔn)在左側(cè)腮腺、右側(cè)腮腺的劑量均低于Plan剛性配準(zhǔn)（均P＜0.05），見表4。

表4 不同計(jì)劃NPC患者CTV劑量分布比較 Gy

3 討論

NPC是耳鼻喉科高發(fā)的惡性腫瘤，對放療具有較高的敏感性，目前臨床多采用可顯著提高靶區(qū)劑量同時(shí)降低臨近器官組織輻射的SMRAT對NPC患者進(jìn)行治療[10]。有研究發(fā)現(xiàn)，腮腺對放射線較為敏感，在SMRAT治療過程中，GTV和腮腺體積常發(fā)現(xiàn)顯著變化，并進(jìn)一步對GTV和CTV的受量產(chǎn)生影響[11-12]。醫(yī)學(xué)圖像處理中，配準(zhǔn)可改善器官運(yùn)動(dòng)、擺位誤差等多種因素導(dǎo)致的GTC劑量不均現(xiàn)象，在惡性腫瘤的圖像引導(dǎo)放療中應(yīng)用廣泛，提高配準(zhǔn)的精確度和效率已成為當(dāng)前臨床放療中圖像配準(zhǔn)的重點(diǎn)研究方向[13-14]。本研究主要探討剛性配準(zhǔn)和形變配準(zhǔn)技術(shù)對行SMART的NPC患者的靶區(qū)和危及器官劑量學(xué)的影響。

本研究結(jié)果顯示62例NPC患者在SMART放療過程中CT1和CT2中腫瘤靶區(qū)和雙側(cè)腮腺體積均出現(xiàn)不同程度的變化。其中，GTV、CTV、PGTV體積變化差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05），但CT2中左側(cè)腮腺體積和右側(cè)腮腺體積均小于CT1，與羅丹等[15]研究結(jié)果基本一致，這說明NPC患者SMART放療后腮腺均出現(xiàn)一定程度的退縮現(xiàn)象。目前，臨床圖像配準(zhǔn)方法以剛性配準(zhǔn)技術(shù)和圖像形變配準(zhǔn)最為常見，剛性配準(zhǔn)技術(shù)是在物理特性不變化的前提下，通過空間姿態(tài)與位置變化的交互式來確定剛性變換，包括平移量和旋轉(zhuǎn)量[16]。配準(zhǔn)匹配由特征空間、搜索空間、相似度度量和搜索策略組成。圖像形變配準(zhǔn)是基于特定算法，通過輪廓推衍形變而配準(zhǔn)圖像，定量分析病灶和器官變化[17]。本研究結(jié)果顯示左側(cè)腮腺、右側(cè)腮腺和脊髓形變配準(zhǔn)后DSC均高于剛性配準(zhǔn)后，這提示形變配準(zhǔn)優(yōu)于剛性配準(zhǔn)，這對NPC患者的放療方案制定具有一定的指導(dǎo)意義。

NPC患者在多個(gè)放療計(jì)劃時(shí)，可通過形變配準(zhǔn)技術(shù)累加各計(jì)劃的劑量分布，并據(jù)此評估患者所需的總劑量。本研究對Plan形變配準(zhǔn)、Plan剛性配準(zhǔn)與Plan1、Plan2的GTV、PGTV劑量進(jìn)行評估，結(jié)果發(fā)現(xiàn)四個(gè)計(jì)劃劑量整體差異不明顯，Plan形變配準(zhǔn)的GTV、PGTV Dmean、D95和D99與Plan1、Plan2差異不明顯，但Plan形變配準(zhǔn)劑量、Plan剛性配準(zhǔn)均高于Plan剛性配準(zhǔn)，與文獻(xiàn)[18]報(bào)道結(jié)果相似。這說明形變配準(zhǔn)與剛性配準(zhǔn)均可提高NPC患者的放療精度，但形變配準(zhǔn)計(jì)劃的SMART劑量變化幅度較大，與剛性配準(zhǔn)計(jì)劃比較，具有明顯的劑量學(xué)優(yōu)勢。分析其原因，可能在于剛性配準(zhǔn)較易受NPC患者頭頸部圖像變形的影響，導(dǎo)致CT1與CT2無法達(dá)到完美匹配，降低了配準(zhǔn)的精確度。而形變配準(zhǔn)可有效克服頭頸部圖像變形導(dǎo)致的配準(zhǔn)誤差，改善了CT1與CT2的生成精度，表現(xiàn)為Plan形變配準(zhǔn)與Plan1、Plan2的GTV、PGTV劑量差異明顯，且顯著高于Plan剛性配準(zhǔn)[20]。進(jìn)一步分析不同計(jì)劃NPC患者CTV劑量，結(jié)果顯示SMART過程中NPC患者GTV體積呈現(xiàn)逐漸縮小趨勢，Plan2與Plan1的CTV劑量變化較大，其中左側(cè)腮腺和右側(cè)腮腺Dmean分別減小4.95%和9.77%，Plan形變配準(zhǔn)與Plan1、Plan2左側(cè)腮腺和右側(cè)腮腺Dmean差異明顯，而Plan剛性配準(zhǔn)與Plan1、Plan2左側(cè)腮腺和右側(cè)腮腺Dmean差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）。這說明其剛性配準(zhǔn)劑量體積指標(biāo)無法準(zhǔn)確預(yù)測腮腺在SMART治療中的放射損傷，與剛性配準(zhǔn)比較，形變配準(zhǔn)可作為準(zhǔn)確預(yù)測CTV中腮腺在SMART過程中的劑量學(xué)指標(biāo)。本研究結(jié)果顯示Plan形變配準(zhǔn)、Plan剛性配準(zhǔn)與Plan1、Plan2的腦干、左右眼球、左右視神經(jīng)和左右晶體等CTV在放療中的劑量變化差異不顯著，其中Plan1與Plan形變配準(zhǔn)比較，CTV劑量體積差異較小，且Plan形變配準(zhǔn)在左側(cè)腮腺、右側(cè)腮腺的劑量均低于Plan剛性配準(zhǔn)。這提示形變配準(zhǔn)的SMART治療可確保NPC患者危及器官在安全范圍內(nèi)，臨床可利用Plan1的劑量體積指標(biāo)評估NPC患者療效及放射性損傷。

綜上所述，NPC患者同步化療方案制定中，應(yīng)在綜合考慮患者及其家屬期望和患者機(jī)體與心理狀態(tài)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)關(guān)注診療方案對靶區(qū)、臨床靶區(qū)和危及器官的影響，確保近遠(yuǎn)期效果及治療的安全性，以提高患者生活質(zhì)量，獲得最佳療效。