離線自適應(yīng)技術(shù)在鼻咽癌放射治療中的劑量學(xué)分析*

石先偉 何英 唐組閣 王麗 袁志 任杰 別俊 潘榮強(qiáng)

(川北醫(yī)學(xué)院第二臨床醫(yī)學(xué)院·南充市中心醫(yī)院腫瘤中心,四川 南充 637000)

鼻咽癌是我國(guó)常見的惡性腫瘤之一,鼻咽解剖位置深居頭顱中間,周圍有許多重要器官、血管和神經(jīng)組織,如眼,脊髓,神經(jīng)和腦干等,外科手術(shù)很難將腫瘤和淋巴引流區(qū)大范圍地切除,同時(shí)鼻咽癌病理類型以未分化型非角化癌多見,對(duì)射線有較高的敏感性,放射治療是目前鼻咽癌主要的治療手段[1]。由于鼻咽腫瘤解剖位置復(fù)雜,周圍危及器官多,如何保證鼻咽癌放射治療的精確與安全是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)[2-3]。自適應(yīng)放射治療(Adaptive radiotherapy,ART)是在病人整個(gè)治療過程中,通過CT掃描等方式,對(duì)病人治療中各種變化如靶區(qū)位置、器官的運(yùn)動(dòng)等進(jìn)行系統(tǒng)地監(jiān)測(cè),并用監(jiān)測(cè)到的反饋信息及時(shí)對(duì)放療計(jì)劃進(jìn)行修改,以改進(jìn)治療,避免靶區(qū)欠量或危及器官超量,從而保證病人治療的準(zhǔn)確性與安全性[4-5]。理想自適應(yīng)方式是在線對(duì)每一次治療都行劑量追蹤并調(diào)整計(jì)劃,但這種方式工作量很大,需大量的人力和時(shí)間,特別是對(duì)于較復(fù)雜的鼻咽癌,靶區(qū)勾畫和計(jì)劃自動(dòng)優(yōu)化都需要較長(zhǎng)時(shí)間,目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)仍是離線的自適應(yīng)[6],即在當(dāng)次治療中獲取影像資料進(jìn)行線下分析研究,接受到反饋結(jié)果,對(duì)下次治療或者以后分次的治療進(jìn)行干預(yù),確保放射治療質(zhì)量安全。該研究利用離線自適應(yīng)技術(shù)應(yīng)用于鼻咽癌放射治療中的劑量學(xué)分析,探討再計(jì)劃的必要性以及其帶來的劑量學(xué)改善[7]。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2021年10月—2022年10月在我院行根治性放療的鼻咽癌患者10例。納入標(biāo)準(zhǔn):①病理證實(shí)為鼻咽癌。②年齡18～70歲。③無(wú)遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。④第8版AJCC/UICC分期:T分期T2及以上,N分期N1及以上。⑤KPS評(píng)分≥70分。排除標(biāo)準(zhǔn):①既往接受過鼻咽部放療或手術(shù)治療。②無(wú)法耐受放療副反應(yīng)。10例患者中位年齡56歲,其中男性6例,女性4例,均行同步推量放療[8],原發(fā)灶區(qū)給予高劑量照射(2.12～2.40 Gy/次)的同時(shí),亞臨床灶或其周圍擴(kuò)大區(qū)給予較低劑量的照射(1.70～2.10 Gy/次)。

1.2 圖像采集 10例患者的圖像包括初始計(jì)劃CT圖像,并在治療過程中每周行一次CT掃描(6～7幅CT圖像),計(jì)劃CT和每周CT均在聯(lián)影Uct510機(jī)器掃描,掃描電壓為120 KV,FOV為600 mm,掃描層厚為3 mm。

1.3 計(jì)劃設(shè)計(jì) 利用Monaco 5.4.03進(jìn)行VMAT計(jì)劃設(shè)計(jì)[9-10],一周治療5次,共33次治療。將10例患者的所有CT圖像導(dǎo)入治療計(jì)劃系統(tǒng),由同一個(gè)熟練的放療科臨床醫(yī)生勾畫靶區(qū)和危及器官[1],其中GTVnx是增強(qiáng)計(jì)劃CT所顯示患者鼻咽部的原發(fā)腫瘤及其侵犯范圍(Gross tumor volume,GTV),GTVnd為頸部轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)的腫瘤,CTV1為包括GTVnx + 5～10 mm +整個(gè)鼻咽腔粘膜及粘膜下5 mm,CTVnd包括GTVnd + 5 mm及需要預(yù)防照射的頸部淋巴結(jié)分區(qū),CTV2涵蓋CTV1,同時(shí)根據(jù)腫瘤的具體位置和侵入的范圍合適增加預(yù)防照射的范圍,PTV將以上相應(yīng)靶區(qū)外擴(kuò)3 mm;正常組織的勾畫包括脊髓、腦干、腮腺、視神經(jīng)、視交叉、晶體、眼球、下頜骨、顳頜關(guān)節(jié),垂體等[11]。靶區(qū)以及危及器官的限制條件是:PGTVnx和PGTVnd的處方劑量為70～74 Gy,PCTV1為60 Gy,PCTV2和PCTVnd為54～56 Gy,脊髓不超過40 Gy,腦干不超過54 Gy,腮腺D50小于30 Gy等[12]。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)和危及器官體積及分次劑量變化

2.1.1 靶區(qū)體積和分次劑量平均變化 在治療過程中,10例患者GTVnx和GTVnd的平均體積都在縮小,在治療末最后掃描CT上可以觀察到,10例患者的GTVnx平均縮小13.17%;GTVnd平均縮小13.95%,由于沒有參照的MRI圖像,所以靶區(qū)進(jìn)行修改時(shí)相對(duì)比較保守,實(shí)際靶區(qū)的變化可能更大一些。而GTVnx和GTVnd的D95在治療過程中變化不大,實(shí)際受照劑量波動(dòng)均在±3%以內(nèi)。說明在實(shí)際治療過程中,靶區(qū)體積雖然會(huì)有所變化或者變化程度較大,但是其所受照劑量或者臨床要求劑量基本不會(huì)變化。因?yàn)榘袇^(qū)縮小是向心性的,也就是靶區(qū)縮小也是向高劑量區(qū)移動(dòng),所以在治療過程中靶區(qū)一直處于高劑量區(qū),不會(huì)出現(xiàn)靶區(qū)欠量情況。見圖1。

圖1 靶區(qū)隨治療次數(shù)體積與分次劑量平均變化圖

2.1.2 腮腺體積和分次劑量(D50)平均變化 在治療過程中腮腺的體積和劑量都會(huì)發(fā)生較大的變化。在治療末最后掃描CT上可以觀察到,左腮腺體積平均縮小17.05%,右腮腺體積平均縮小24.53%。10例患者實(shí)際腮腺平均D50劑量均比計(jì)劃劑量高,左腮腺D50劑量平均增加10.66%;右腮腺D50劑量平均增加12%?？傮w上隨治療次數(shù)增加,腮腺體積有逐漸縮小的趨勢(shì),同時(shí)所受到的實(shí)際分次劑量有逐漸增加的趨勢(shì)。見圖2。

圖2 左右腮腺隨治療次數(shù)體積與分次劑量平均變化圖

2.1.3 腦干和脊髓體積及分次劑量(Dmax)平均變化 在整個(gè)治療過程中,脊髓和腦干的體積及受照劑量均未發(fā)生較大的變化。腦干的體積在治療過程中波動(dòng)范圍為±5%,所受到的劑量也在±7%以內(nèi)。脊髓的體積在治療過程中波動(dòng)范圍也在±3%以內(nèi),脊髓劑量波動(dòng)也在±5%以內(nèi)。說明在治療過程中腦干和脊髓體積及劑量基本未發(fā)生比較明顯的變化,兩者所受到的劑量也均在臨床可接受范圍之內(nèi)。見圖3。

圖3 腦干和脊髓隨治療次數(shù)體積與分次劑量平均變化圖

2.2 靶區(qū)和危及器官累積劑量的變化

2.2.1 靶區(qū)GTVnx和GTVnd累積劑量(D95)的平均變化 在整個(gè)治療過程中,靶區(qū)內(nèi)GTVnx和GTVnd由CT變形累加得到的實(shí)際受照劑量與原始計(jì)劃預(yù)期照射劑量基本相當(dāng),10例患者GTVnx和GTVnd的實(shí)際平均受照劑量差別均在0.03%以內(nèi),保證了在治療期間內(nèi),靶區(qū)內(nèi)不會(huì)發(fā)生欠缺劑量或者漏照問題。見圖4。

圖4 GTVnx和GTVnd累積劑量平均變化圖

2.2.2 左右腮腺累積劑量(D50)的平均變化 在治療末,左右腮腺所實(shí)際受到的累積劑量,均大于原始計(jì)劃累積劑量。10例患者左腮腺(PL)D50最后實(shí)際受到的劑量平均增加至原始計(jì)劃劑量的109.6%;右腮腺(PR)D50平均增加至原始計(jì)劃劑量的105.1%。10例患者中,有些患者的腮腺實(shí)際受照劑量已經(jīng)超出了腮腺D50<3000 cGy的閾值劑量。由圖中也可看出,在第三周至第四周腮腺實(shí)際劑量相較計(jì)劃劑量開始有所變化,在治療過程中受到了高于預(yù)期劑量的照射。見圖5。

2.2.3 腦干和脊髓累積劑量(Dmax)平均變化 脊髓和腦干在實(shí)際治療中所受到的最大劑量Dmax與初始計(jì)劃相比并無(wú)太大變化,變化均在2%以內(nèi),而且即使變化也均在合理范圍內(nèi)(腦干PRV<5400 cGy,脊髓PRV<4500 cGy)。說明實(shí)際治療中腦干和脊髓所受到的劑量與預(yù)期計(jì)劃劑量相當(dāng),基本未有超量現(xiàn)象。見圖6。

2.3 自適應(yīng)計(jì)劃后靶區(qū)和危及器官劑量的變化 根據(jù)所得到的CT變形累加劑量和原始計(jì)劃劑量的對(duì)比圖,發(fā)現(xiàn)在治療的三到五周(15至22次)腮腺劑量變化較大。張勇乾等[13]通過觀察15例接受調(diào)強(qiáng)放射治療的鼻咽癌患者,建議在放療的第5周前重新定位做計(jì)劃,以減輕放療過程中的靶區(qū)及危及器官結(jié)構(gòu)變化帶來的影響。因此,在本研究中10例患者也均選擇在第20次治療結(jié)束后進(jìn)行自適應(yīng)計(jì)劃設(shè)計(jì),將20次治療分次附近掃描的CT圖像作為二次計(jì)劃圖像,各項(xiàng)優(yōu)化參數(shù)以及優(yōu)化條件保持與原計(jì)劃相同進(jìn)行優(yōu)化,在得到比較滿意的結(jié)果后,將20次原計(jì)劃劑量和后續(xù)新計(jì)劃劑量變形累加起來。并將原始計(jì)劃劑量、自適應(yīng)計(jì)劃后的總體累加劑量進(jìn)行對(duì)比分析。

2.3.1 二次計(jì)劃后GTVnx和GTVnd劑量平均變化 10例患者GTVnx和GTVnd的平均D95、D98、D2可以發(fā)現(xiàn),原始計(jì)劃預(yù)期劑量和經(jīng)過二次計(jì)劃后的兩階段累加劑量差別也不大,劑量偏差均在±2%以內(nèi)。其余原始計(jì)劃、二次計(jì)劃后的靶區(qū)均勻性指數(shù)HI也都很接近,均能很好的滿足臨床要求。說明在整個(gè)治療過程中,靶區(qū)所受到的劑量和原始計(jì)劃預(yù)期劑量相符,經(jīng)過二次計(jì)劃后也不會(huì)影響到靶區(qū)的劑量分布。見表1。

表1 靶區(qū)自適應(yīng)計(jì)劃后劑量與原計(jì)劃劑量比較

2.3.2 二次計(jì)劃后危及器官劑量平均變化 患者腦干和脊髓經(jīng)自適應(yīng)計(jì)劃后所得到的劑量與原始計(jì)劃劑量相比均有減少,但差別不大,自適應(yīng)計(jì)劃前后均未有超量發(fā)生。腮腺經(jīng)二次計(jì)劃后,與原始計(jì)劃相比,D50和Dmean均明顯降低,其中D50平均降低10.12%和7.73%,Dmean平均降低6.76%和6.36%。見表2。

表2 危及器官自適應(yīng)計(jì)劃后劑量與原計(jì)劃劑量比較(%)

3 討論

要保證鼻咽癌放療安全精確,分次放療中靶區(qū)和危及器官解剖結(jié)構(gòu)和空間位置的穩(wěn)定是一個(gè)重要因素,但是在臨床中發(fā)現(xiàn),除了系統(tǒng)和擺位誤差外,放射治療過程中鼻咽原發(fā)病灶或頸部轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)縮小、部分重要器官體積和位置發(fā)生改變、患者外形輪廓有明顯改變或患者體質(zhì)量減輕,有可能會(huì)造成靶區(qū)及周圍器官所受到的劑量偏離原始計(jì)劃,影響預(yù)期放療效果[14]。

本研究應(yīng)用每周CT來探討鼻咽癌放療過程中靶區(qū)和危及器官體積和劑量的變化。在研究中發(fā)現(xiàn),隨著治療的進(jìn)行,10例患者的靶區(qū)和腮腺的體積均呈現(xiàn)出了不同程度的萎縮,治療結(jié)束后GTVnx、GTVnd體積平均縮小了13.17%、13.95%,左腮腺、右腮腺體積平均縮小17.05%、24.53%。杜鐳等[15]研究了5例接受螺旋斷層治療(Tomotherapy)的局部晚期鼻咽癌患者,發(fā)現(xiàn)左腮腺在治療結(jié)束平均縮小了42%,右腮腺平均縮小了33%。蔣振東等[16]在CBCT圖像上觀察到,鼻咽癌調(diào)強(qiáng)放療中腮腺、外輪廓體積逐步縮小。Lu等[17]選擇了43例鼻咽癌患者在第20次治療時(shí)進(jìn)行二次CT掃描,發(fā)現(xiàn)與原始CT相比,GTVnx、GTVnd體積平均縮小了30.1%、41.6%,左腮腺、右腮腺平均縮小33.4%、33.5%。Cheng等[18]選擇了19例鼻咽癌患者,在靶區(qū)接收到30 Gy和50 Gy時(shí)分別進(jìn)行CT和MRI掃描,發(fā)現(xiàn)GTVnx體積分別縮小了9.1%和13.1%,GTVnd體積分別縮小了16.2%和28.7%,患側(cè)腮腺分別縮小了5.3、8.4 cm3,對(duì)側(cè)腮腺分別縮小了0.7、3.4 cm3。與國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果對(duì)比可知,國(guó)內(nèi)研究中的患者腫瘤消退速度普遍沒有國(guó)外得出的結(jié)論快,腮腺的體積變化反而較大,這是否是因?yàn)槿朔N體質(zhì)的不同造成的,還有待進(jìn)一步研究。

通過每周CT進(jìn)行劑量累加后發(fā)現(xiàn),雖然靶區(qū)GTVnx和GTVnd的體積一直在縮小,但劑量D95與計(jì)劃劑量相當(dāng),最大波動(dòng)也在0.03%以內(nèi),觀察發(fā)現(xiàn)靶區(qū)整體往中心(即高劑量區(qū))移動(dòng),所以靶區(qū)體積的變化不會(huì)影響到靶區(qū)的受量,在治療過程中基本不會(huì)發(fā)生靶區(qū)漏照或者欠量現(xiàn)象。而患者的左腮腺、右腮腺的D50平均增加了9.6%、5.1%。腦干和脊髓的Dmax與原始計(jì)劃劑量相當(dāng)。姚鑫森等[19]通過形變配準(zhǔn)分析18例鼻咽癌患者放療中腫瘤靶區(qū)和危及器官劑量變化,發(fā)現(xiàn)放療過程中靶區(qū)所受劑量基本無(wú)變化,與本研究結(jié)果一致。王微等[20]在鼻咽癌患者治療的第15次和第25次采集重復(fù)CT圖像,分析放療前半程和后半程靶區(qū)和危及器官的體積劑量變化,發(fā)現(xiàn)脊髓劑量在放療過程中基本無(wú)變化,腦干劑量略有升高。腮腺劑量增加會(huì)使其產(chǎn)生的副作用加重[21],腮腺功能下降會(huì)導(dǎo)致口干、齲齒、口腔潰瘍、影響患者吞咽、言語(yǔ)、味覺以及睡眠等方面。

本研究系統(tǒng)分析了靶區(qū)和危及器官累積劑量的變化后,10例患者均在第20次治療左右進(jìn)行二次自適應(yīng)計(jì)劃,然后與原始計(jì)劃劑量進(jìn)行對(duì)比,靶區(qū)、腦干和脊髓劑量并無(wú)太大變化,均能很好的達(dá)到臨床預(yù)期,二次計(jì)劃能稍微提高靶區(qū)的均勻性。而腮腺經(jīng)二次計(jì)劃后D50和Dmean均明顯降低。盧潔等[22]利用MimVista軟件對(duì)第25次掃描CT進(jìn)行形變配準(zhǔn)并重新計(jì)劃后,發(fā)現(xiàn)左腮腺Dmean平均降低2.0%,右腮腺Dmean平均降低1.1%。Schwartz等[23]通過對(duì)22例頭頸部腫瘤患者進(jìn)行ART研究得出,在患者治療過程中,與單獨(dú)IGRT比較,根據(jù)影像資料得到的反饋信息調(diào)整一次計(jì)劃,可使對(duì)側(cè)和同側(cè)腮腺所受劑量平均減少 2.8% 和3.9% ,而進(jìn)行了兩次計(jì)劃調(diào)整以后平均減少3.8%和9.0%。Nishi等[24]通過對(duì)鼻咽癌患者進(jìn)行二次計(jì)劃,腮腺Dmean平均能降低5 Gy左右,這些結(jié)果都有一致性。

本研究只實(shí)施了一次自適應(yīng)計(jì)劃,對(duì)于靶區(qū)或危及器官體積變化梯次比較大的患者,可進(jìn)行多次自適應(yīng)計(jì)劃以達(dá)到更好的臨床目標(biāo),但是也要同時(shí)考慮患者本身和醫(yī)務(wù)工作者的經(jīng)濟(jì)和勞力狀況。此外,本研究在討論中提出的國(guó)內(nèi)外鼻咽癌患者放療過程中的腫瘤消退速度有很大的差異,其具體原因有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

晚期鼻咽癌患者放療過程中靶區(qū)和危及器官的位置和體積均會(huì)發(fā)生變化,靶區(qū)和腮腺體積變化較大,腦干和脊髓體積基本無(wú)變化,腮腺會(huì)受到超過預(yù)期劑量的照射,在治療后期有必要修改治療計(jì)劃,提高患者的生活質(zhì)量。