圖像引導宮頸癌體外自適應放療的劑量學研究

張 寧，王 凡，童鑄廷，吳黎明

圖像引導宮頸癌體外自適應放療的劑量學研究

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，采用西門子的Artiste自適應放療系統行適形調強放療，分別于治療前、8次治療后、16次治療后進行圖像采集并重新勾畫靶區，制定新的計劃，分別比較3組計劃間靶區與危及器官的劑量學差異與位置變化。結果顯示在放療過程中，治療靶區體積逐漸縮小，3組計劃的靶區劑量差異無統計學意義；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組計劃中依次減少且差異均有統計學意義（P＜0.05）。結果表明宮頸癌體外離線式自適應放療可根據圖像反饋信息調整計劃，對治療靶區影響較小，但對膀胱、直腸等重要正常器官組織的保護具有積極意義。

關鍵詞宮頸腫瘤；自適應放療；劑量學

2015-01-19接收

作者單位：安徽醫科大學第一附屬醫院腫瘤放療科，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由傳統盆腔外照射向三維空間發展，包括三維適形放療、適形調強放療、圖像引導放療等在內的精確放療技術有效地解決了靜止狀態下靶區的適形性與均勻性問題。然而在實際放療過程中，患者體重變化、體位移動、擺位誤差、器官運動等因素均可能導致靶區劑量不足及危及器官（organ at risk，OAR）受照劑量過多。自適應放療（adaptive radiotherapy，ART）技術作為近年來的研究熱點，可在治療過程中根據圖像檢測系統對腫瘤及正常組織變化的反饋信息，及時調整靶區大小和（或）處方劑量，從而對精確放療計劃不斷地作出相應的修改使之得到進一步的優化［1］。該研究旨在利用離線式ART技術對宮頸癌體外放療進行腫瘤靶區及OAR的劑量學研究，以探討其臨床應用的可行性。

1　材料與方法

1.1 病例資料 隨機選取2013年11月～2014年6月于安徽醫科大學第一附屬醫院腫瘤放療科收治的進行宮頸癌根治性放療的初治患者6例，病例均經宮頸活切病理證實為宮頸鱗癌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，雙手互握肘關節置額頭，雙下肢自然并攏。先于模擬機下定位，告知患者于采集前適當充盈膀胱，然后采用西門子的ARTISTE自適應放療系統的滑軌大孔徑CT系統進行圖像采集。掃描范圍包括腰3椎體上緣至坐骨結節下緣下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18次。所得到的診斷級CT掃描圖像經西門子ARTISTE局域網傳輸至Pinnacle39.2計劃系統。

1.3 靶區定義與勾畫 醫師參考ICRU50號及ICRU62號報告的相關要求，利用Pinnacle39.2計劃系統工作站在CT圖像上逐層勾畫臨床腫瘤靶區（clinical target volume，CTV）及OAR［2］。CTV前界包括腫瘤可能向子宮體擴散的區域，后界包括腫瘤可能向宮骶韌帶擴散的區域和骶前淋巴結，側界包括足夠的盆腔淋巴結；上界從左右髂總血管分叉處開始，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。所有靶區的勾畫均在職稱為副高以上的醫師指導與審核下完成。

1.4 放療計劃的設計與實施 每例患者均由物理師使用Pinnacle39.2治療計劃系統制定放療計劃，采用6MV-X線照射，靶區處方劑量50 Gy，計劃要求95%CTV體積達到總處方劑量。OAR劑量限定：膀胱V40≤50%，直腸V40≤45%，小腸V40＜50%。治療過程中首先按照處方劑量實施8次治療，定義為IMRT組；放療8次后、16次后分別對所有患者進行第2次、第3次CT斷層掃描，并由同一醫師據此重新勾畫靶區設計新的計劃，分別定義為ART1組及ART2組。治療計劃均在西門子ARTISTE醫用電子直線加速器上進行實施。

1.5 觀察評估指標 待3組計劃完成后，對每組方案的靶區及OAR分別進行劑量學評估：①CTV：靶區體積的變化，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），靶區劑量均勻性指數（homogeneity index，HI）：HI＝（D2-D98）／D50。②OAR：利用計劃系統找出膀胱、直腸的幾何中心點作為一個獨立的點來描述其空間位置的變化，測量其相對于射野等中心點在左右（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相對于原始計劃的變化；比較膀胱、直腸V40、V45、V50及Dmean，小腸V40及Dmean。

1.6 統計學處理 應用SPSS 17.0統計軟件進行分析，數據用±s表示，上述各參數每兩組間比較使用配對樣本t檢驗分析，顯著性水平取0.05。

2　結果

2.1 靶區的體積變化 隨著療程的進行，患者治療前、8次治療后、16次治療后CTV的靶區體積分別為（694.73±146.48）、（682.24±151.13）、（663.56 ±128.05）cm3，提示治療過程中靶區體積有逐漸縮小的趨勢，差異無統計學意義。

2.2 靶區劑量學分布 3種方案的CTV靶區的D2、D50、D98、Dmean、HI的變化差異均無統計學意義，其中D2、D98有逐漸升高的趨勢，HI有逐漸減小的趨勢，見表1。

表1　3種方案的靶區劑量分布情況（±s）

表1　3種方案的靶區劑量分布情況（±s）

評價指標　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、直腸的幾何中心點較修改計劃前在各方向移動變化范圍的絕對值，數據均顯示頭腳方向＞前后方向＞左右方向。

表2　治療過程中膀胱、直腸幾何中心移動變化的絕對值（cm）

2.4 OAR的劑量分布 6例患者膀胱、直腸的V40、V50、V45及Dmean結果均顯示IMRT組＞ART1組＞ART2組，且兩兩比較差異均有統計學意義（P＜0.05）；小腸的V40及Dmean結果也逐漸降低，但僅有Dmean在ART2組與ART1組比較時有明顯降低，見表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

傳統的宮頸癌體外精確放療僅憑治療前所獲得的CT圖像進行靶區勾畫與計劃制定，未能考慮治療過程中的一系列變化［3］，導致實際劑量分布與原有計劃不相符，可造成腫瘤靶區劑量不足及重要正常組織的照射劑量過大［4］，因此需要及時根據新的圖像反饋信息進行計劃修訂［5］。本研究結果顯示治療過程中CTV靶區的體積逐漸縮小，但差異無統計學意義。van de Bunt et al［6］對20例宮頸癌患者于治療期間每周行MRI掃描一次，結果亦提示每周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靶區的D2、D50、D98、Dmean、HI的變化差異均無統計學意義，但HI有逐漸減小的趨勢，提示修改計劃后可能會有利于靶區劑量的均勻性分布，差異無統計學意義可能與樣本量較小有關。膀胱、直腸等正常器官的解剖位置與治療靶區相毗鄰，且作為空腔臟器其充盈程度的可變因素較大，因此治療過程中的腫瘤退縮及器官本身的體積變化可對原有的位置分布產生較大影響，使OAR移動至原有的靶區高劑量分布區域［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使得標準化的精確放療靶區勾畫的優勢被削弱了［8］。本研究中膀胱、直腸的幾何中心點在三維空間內均會出現一定程度的位移，并且其變化范圍大

小為頭腳方向＞前后方向＞左右方向，考慮可能與盆腔內骨性解剖結構的限制有關。膀胱、直腸的V40、V50、V45及Dmean逐漸降低，且差異有統計學意義；經過兩次計劃修改后小腸的V40及Dmean亦逐漸降低且遠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圖像進行評估，表明膀胱、直腸在宮頸癌放療過程中體積、位置及劑量學分布會有較大變化，因此及時根據GTV退縮情況進行在線或離線式的計劃修訂對OAR的保護是有必要的。Kerkhof et al［11］對11例患者每周重新行MRI掃描并制定4次新計劃，結果提示在線修改計劃后除了膀胱、乙狀結腸的V10以外，各OAR的V10～V45均有不同程度的降低，本研究結果與之一致。

宮頸癌體外ART可以根據治療過程中的變化情況調整計劃，在控制局部腫瘤的同時優化周圍OAR的劑量分布。然而由于目前放療流程中各系統的獨立性及條件所限，暫未能開展一體化的在線式ART，本研究僅采用離線式自適應計劃修訂方法對體外放療進行劑量學評估，ART在宮頸癌治療中的優勢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、生物學等方面的研究參數進行驗證。

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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

作者簡介：張 寧，女，醫師，碩士研究生；王 凡，男，教授，主任醫師，碩士生導師，責任作者，E-mail：wangfan1965＠126.com

基金項目：國家自然科學基金（編號：81201743）

文獻標志碼A

文章編號1000-1492（2015）05-0699-03

中圖分類號R 730.55