圖像引導技術對不同體型宮頸癌擺位誤差的研究

2014-12-25 01:17蔡栩如等

中國現代醫(yī)生 2014年33期

蔡栩如等

[摘要] 目的探討用圖像引導放射治療技術對不同體型宮頸癌擺位誤差的影響，以期對臨床MPTV外擴值提供依據。方法選取宮頸癌20例，按照體質指數（BMI）分為兩個不同體型，在治療前行錐形束CT掃描1次，在線校正擺位誤差后，再行錐形束CT掃描1次，記錄并分析校正前后的擺位誤差數值的變化，根據公式MPTV=2.5∑±0.7δ來計算CTV到PTV的邊界。結果正常體型患者與肥胖體型患者在X軸（左右方向）、Y軸（頭腳方向）、Z軸（腹背方向）的擺位誤差在校正前分別為：（2.45±0.72）mm、（2.73±0.81）mm、（2.23±0.85）mm與（2.67±0.76）mm、（3.14±0.98）mm、（2.65±0.74）mm，其中Y軸和Z軸擺位誤差具有統(tǒng)計學意義（P<0.05）；校正后在X軸、Y軸、Z軸的擺位誤差分別為：（0.96±0.33）mm、（0.91±0.32）mm、（0.89±0.29）與（1.02±0.36）mm、（0.96±0.31）mm、（0.92±0.37）mm，三維方向比較無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。兩組體型患者誤差校正前后三維方向的擺位誤差，有顯著統(tǒng)計學意義（P<0.01）。正常體型和肥胖體型患者在擺位誤差校正前X軸、Y軸、Z軸的MPTV值分別為4.7 mm、5.4 mm、4.9 mm和5.7 mm、7.4 mm、6.2 mm，誤差校正后X軸、Y軸、Z軸的MPTV值分別為2.4 mm、2.5 mm、2.3 mm和2.6 mm、2.5 mm、2.5 mm。結論肥胖體型患者的擺位誤差大，臨床在勾畫MPTV值時應考慮患者體型；應用CBCT圖像引導技術在擺位誤差校正后，患者體型對MPTV值的影響不大。

[關鍵詞] 宮頸癌；圖像引導；擺位誤差；CBCT

[中圖分類號] R737.33 [文獻標識碼] B [文章編號] 1673-9701（2014）33-0035-04

[Abstract] Objective To explore the effects of image-guided radiotherapy techniques on setup error of cervical cancer in different body types， in order to provide basis for expansion value of clinical MPTV. Methods Twenty patients with cervical cancer were selected and divided into different body shapes according to the body mass index （BMI）. Cone beam CT scan was performed once before treatment and once after online correction of setup error. And the changes of the setup errors before and after the correction were recorded and analyzed. Formula MPTV=was used to calculated the boundary from CTV to PTV. Results Setup errors of normal shaped patients and obese patients in X axis （left and right direction）， Y axis （head and feet direction） and Z axis （back and belly direction） before correction were：（2.45±0.72） mm，（2.73±0.81） mm，（2.23±0.85） mm and （2.67±0.76） mm，（3.14±0.98） mm and （2.65±0.74） mm respectively. Among them， setup errors in Y axis and Z axis showed statistical significance （P<0.05）； After correction， the corresponding setup errors were：（0.96±0.33） mm，（0.91±0.32） mm，（0.89±0.29） mm and （1.02±0.36） mm，（0.96±0.31） mm and （0.92±0.37） mm. Setup errors in the three directions showed no statistical significance（P>0.05）. Setup errors along the three directions before and after correction in the two groups of patients showed significant statistical significances （P<0.01）. MPTV values of setup errors along X axis， Y axis and Z axis in normal shaped people and obese patients were 4.7 mm， 5.4 mm， 4.9 mm and 5.7 mm， 7.4mm and 6.2mm before correction and 2.4 mm， 2.5 mm， 2.3mm and 2.6 mm， 2.5 mm and 2.5 mm after correction. Conclusion The setup error of obese patients is larger. Drawing MPTV in clinical needs to consider the patients body shape； after application of CBCT image guided technology in setup error correction， it shows that the patients body shape has little impact on MPTV value.

[Key words] Cervical cancer； Image guided； Setup error； CBCT

宮頸癌是常見的女性惡性腫瘤，在發(fā)展中國家位居婦科惡性腫瘤第1位。由于宮頸癌的放療適應證廣泛，效果好，尤其是IIb期及IIb期以前的患者，已經顯示出根治性手術不可替代的地位[1]。宮頸癌因其特殊的生理解剖結構，它的放射治療擺位精度不但受體型、體重、腹式呼吸過重、皮膚牽拉、重復擺位等影響，而且小腸蠕動、腫瘤體積的縮小、直腸以及膀胱充盈量的多少也會影響其擺位精度。而隨著現代影像技術的發(fā)展，圖像引導的放射治療（image guided radiotherapy，IGRT）正顯現出它無與倫比的優(yōu)勢，也被越來越多的癌癥中心所應用。本研究采用瓦里安加速器配備的KV-X級CBCT（cone beam computerized tomography）研究不同體型宮頸癌患者擺位誤差校正前后不同，對臨床勾畫靶區(qū)提供依據。

1 資料與方法

1.1 一般資料

隨機抽取我科2013年4月～2014年7月治療的宮頸癌20例，所有病人均經病理證實，此前從未接受過放射治療。根據世界衛(wèi)生組織規(guī)定的身體質量指數BMI（Body Mass Index）計算公式，即BMI=體質量（kg）/身高的平方（m2），將患者分為兩型：正常型（18.5≤BMI<24）10例，肥胖型（24≤BMI<30）10例。

1.2 熱塑體膜的制作和CT模擬定位

20例宮頸癌患者均采用仰臥位，肩背部盡量放平并緊貼治療床，雙手上舉或置于前額，雙腿并攏并伸直，囑患者呼吸幅度盡量小且均勻并盡量采用胸式呼吸，熱塑體膜經75℃恒溫水箱取出，快速放置患者體表，均勻拉伸固定，30 min后冷卻定型。模擬定位前囑患者憋少量小便，并記住此次的憋尿感，放射治療擺位時也要求采用此次憋尿感的膀胱充盈量。模擬定位采用PHILIPS大孔徑4D-CT模擬定位機（PHILIPS，Brilliance TM CT Big Bore），掃描層厚為5 mm，層距5 mm，圖像分辨率為512×512。

1.3 放射治療計劃的設計和確認

所有患者均為IMRT計劃，模擬定位采集的數據通過DICOM網絡系統(tǒng)將其傳輸至飛利浦公司Pinnacle3 V9.2治療計劃系統(tǒng)。主管醫(yī)生在四維CT圖像上勾畫完靶區(qū)后再由物理師根據所勾畫的靶區(qū)制定治療計劃，再經CT模擬定位機對治療中心進行確認。最后將治療計劃與CT定位圖像通過網絡系統(tǒng)傳輸至瓦里安Trilogy加速器的OBI系統(tǒng)。

1.4 圖像匹配及擺位誤差糾正

患者擺好位后，首次放射治療前行CBCT掃描，掃描得到的圖像與計劃CT圖像進行在線自動匹配，自動匹配勾選骨匹配和PTV輪廓線復選框，匹配框設定范圍包括腫瘤靶區(qū)及其附近器官結構。使CBCT圖像和計劃CT圖像在矢狀位、冠狀位及橫斷位上的骨性標記及靶區(qū)腫瘤高度重疊，并觀察CBCT圖像上PTV、CTV、GTV 對整個腫瘤輪廓的包繞。匹配完成后將獲得治療床在X軸（左右方向）、Y軸（頭腳方向）、Z軸（腹背方向）的擺位誤差，根據這組差值來進行治療床的移位，移位完成后再行1次CBCT掃描，將獲得的圖像疊加到計劃CT圖像上，自動匹配后獲得另外一組X軸、Y軸、Z軸的擺位誤差。之后每周分別在擺位誤差校正前后掃描兩次，每位患者接受CBCT掃描8～14次。

1.5 統(tǒng)計學方法

應用SPSS 20.0軟件進行數據分析。擺位誤差校正前后數據用均值±標準差表示，組內計量資料采用配對t檢驗，如果方差不齊，則進行t'檢驗或秩和檢驗；計數資料采用χ2檢驗；P<0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。根據van-Herk等[2-3]推理公式MPTV（Margin of Planning Target Volume）=2.5∑±0.7δ（至少90%的人群的CTV最小劑量能達到處方劑量的95%）來計算CTV（Clinical Target Volume）到PTV（Planning Target Volume）的邊界。

2 結果

10例正常體型患者獲得校正前后各53組CBCT圖像，10例肥胖體型患者獲得校正前后各51組CBCT圖像。

2.1 校正前、后兩組患者三維方向擺位誤差的比較

見表1。表1顯示，在擺位誤差校正前正常體型患者X軸、Y軸、Z軸的擺位誤差為（2.45±0.72）mm、（2.73±0.81）mm、（2.23±0.85）mm；肥胖體型患者X軸、Y軸、Z軸的擺位誤差為（2.67±0.76）mm、（3.14±0.98）mm、（2.65±0.74）mm；兩組患者Y軸（頭腳）方向的擺位誤差均大于X軸和Z軸，其中X軸、Z軸有統(tǒng)計學意義（P<0.05）。而在擺位誤差校正后：兩組患者在X軸、Y軸、Z軸的擺位誤差接近，t值分別為-0.887、-0.809、-0.461，兩組三個方向的P值均大于0.05，差異沒有統(tǒng)計學意義。

3 討論

宮頸癌的放射治療從最初粗放型的盆腔大野照射、盆腔四野照射，到后來的3D-CRT、IMRT，再到現在IMRT發(fā)展的高級階段—IGRT，依靠的是多影像技術的融合、多功能影像以及分子影像技術的發(fā)展[4]，從而為“三精”放療（precision radiotherapy，PT）時代的到來提供了技術基礎。隨著放射治療技術的不斷更新改進，擺位誤差也在不斷的縮小，但是腫瘤靶區(qū)盡量高的劑量和周圍正常組織盡量低的劑量是始終存在著的矛盾，ICRU 24號報告指出，靶區(qū)照射劑量的變化劑量偏離5%就有可能使原發(fā)灶失控或并發(fā)癥增加，Hong等[5]也研究發(fā)現，當劑量改變3%～5%時腫瘤療效也將下降，而正常組織的副反應也將增加，所以在宮頸癌IMRT放射治療過程中應用CBCT圖像引導技術減小擺位誤差是有必要的。

從本研究結果可以看出，肥胖體型患者在擺位誤差校正前Y軸、Z軸方向上的擺位誤差與正常體型患者比較，差異具有統(tǒng)計學意義（P<0.05），而其中Y軸（頭腳方向），無論是肥胖組還是正常組擺位誤差均大于X軸和Z軸，這可能與肥胖體型患者躺下時體表皮膚牽拉有關，而且皮下脂肪層越厚皮膚牽拉會越厲害，特別是腹部脂肪厚且皮膚松弛的患者尤其顯著，所以囑患者躺到治療床時一定要先坐在治療板的中間再躺下，盡量避免病患身體的左右移動以免發(fā)生皮膚的局部牽拉；還可能與患者呼吸幅度過大且采用腹式呼吸有關，肥胖體型患者的體型比較厚，呼吸運動時在體表產生的幅度會比正常體型患者的幅度大，囑患者盡量呼吸平穩(wěn)且采用淺式呼吸以及胸式呼吸。呼吸控制技術以及呼吸門控放療在胸腹部腫瘤放射治療中在當前是研究的熱點，特別是肺部、乳腺、肝臟的腫瘤，多項研究[6-8]顯示，利用呼吸控制技術或呼吸門控放療能精確靶區(qū)的勾畫，改善靶區(qū)均勻性，安全有效地提高靶區(qū)劑量，降低周圍正常組織的照射劑量以及受照體積，減少可能出現的放療副反應。正常體型患者與肥胖體型患者擺位校正前后三維方向的擺位誤差比較，差異有統(tǒng)計學意義（P<0.01），這也證實了王多明等[9]的研究結果：認為CBCT技術可大大糾正宮頸癌患者分次間的擺位誤差。而Xu等[10]則用CBCT技術分別研究頭頸部、胸腹部腫瘤分次治療內擺位誤差，發(fā)現各部位腫瘤均存在分次治療內擺位誤差，而頭頸部腫瘤最小。肥胖體型患者在擺位校正前在X軸、Y軸和Z軸方向的MPTV值分別為5.7 mm、7.4 mm、6.2 mm，正常體型患者在擺位校正前在X軸、Y軸和Z軸方向的MPTV值分別為4.7 mm、5.4 mm、4.9 mm，肥胖體型患者MPTV值在三維方向比正常體型分別大1.0 mm、2.0 mm、1.3 mm。而兩組體型擺位校正后在三維方向的MPTV值接近于2.5 mm。我科現在MPTV外放值普遍為5 mm，三級醫(yī)生根據經驗再修正外放邊界。通過此次研究可以給臨床提供一個MPTV值的外放依據：即行CBCT掃描的宮頸癌患者MPTV值外放可以適當縮小至2.5 mm，不行CBCT掃描的宮頸癌患者MPTV值要考慮患者的體型、體重，肥胖體型患者要適當增加MPTV外擴值。本研究表明，應用CBCT圖像引導的放射治療技術在線校正擺位誤差，能對腫瘤及靶區(qū)實時跟蹤監(jiān)控，降低周圍正常組織劑量，提高PTV劑量，增加放療增益比。

子宮是盆腔內一個的囊性器官，毗鄰膀胱，位置很大程度上受膀胱充盈的擠推變形的影響。國外多人[11，12]研究表明，在放療中膀胱的充盈程度在子宮和宮頸的運動評估中起重要作用。洪善超[13]等認為膀胱由空虛狀態(tài)向充盈時態(tài)（即采集膀胱空虛狀態(tài)下的盆腔圖像）轉變時，宮頸在前、后、左、右、上、下6個方位平均最大位移改變分別為1.0、0.6、0.3、0.5、1.0和0.7 cm。當膀胱由空虛狀態(tài)向半充盈時態(tài)（即通過導尿管向膀胱注入100 mL 0.9%NaCl溶液，采集膀胱半充盈狀態(tài)下的盆腔圖像）轉變時，平均最大位移改變分別為0.5、0.3、0.2、0.3、0.6和0.4 cm。而由半充盈向充盈時態(tài)（即過導尿管繼續(xù)向膀胱注入150 mL 0.9%NaCl溶液，采集膀胱充盈狀態(tài)下的盆腔圖像）轉變時，平均最大位移改變則分別為0.6、0.4、0.2、0.3、0.8和0.7 cm。其中空虛-充盈與空虛-半充盈及半充盈-充盈兩組比較在位移改變上差異均有統(tǒng)計學意義（P=0.000，P=0.029）。這也是本研究采用患者憋少量小便并記住此次的憋尿感的原因。另外CBCT圖像引導技術雖然能提高放療精度，但是它所帶來的額外劑量問題也不容忽視。Ding等[14]研究表明，整個治療過程中每日行CBCT掃描可導致病人接受約300cCy的額外劑量，其中骨組織的受量是軟組織的2～4倍?？琢崃岬萚15]研究表明，每分次放療前行在線CBCT掃描并與計劃CT圖像配準，獲得三維方向配準差值，分別以初始5次和10次的平均值作為預測值校正后續(xù)治療的系統(tǒng)擺位誤差，通過比較未進行在線擺位校正、應用5次校正法和10次校正法進行在線擺位校正放療過程中的群體化系統(tǒng)、隨機擺位誤差以及三維殘余誤差發(fā)現利用初始5次放療在線CBCT配準差值預測并校正系統(tǒng)擺位誤差在一定程度上改善了每日擺位準確度。筆者認為此方法在工作量大且繁忙的機構值得推廣而且也減少了患者額外的受照劑量。

本研究只是針對18.5≤BMI<24和24≤BMI<30的宮頸癌患者，而對BMI≤18.5和BMI≥30的患者未做系統(tǒng)研究，而對后兩部分人群還待進一步研究。龐皓文等[16]報道稱宮頸癌IMRT中直腸體積改變會引起CTV改變，穩(wěn)定體積與位置或許能減少CTV位置變化，說明了宮頸癌IMRT中排空直腸的重要性。在本研究中對直腸的充盈狀態(tài)只是呈自然狀態(tài)，如果排空直腸可能對結果會產生一定的影響。

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（收稿日期：2014-09-22）