不同骨盆勾畫及限量方式下宮頸癌術(shù)后IMRT計(jì)劃的劑量學(xué)研究

鮑志榮，王大獎(jiǎng)，陳誠，陳敏，劉暉，戴靜，謝叢華

1.武漢大學(xué)中南醫(yī)院放化療科，湖北武漢430071；2.湖北省腫瘤生物學(xué)行為重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430071；3.湖北省腫瘤醫(yī)學(xué)臨床研究中心，湖北武漢430071

前言

宮頸癌是我國女性常見的惡性腫瘤之一，術(shù)后行放射治療可有效降低腫瘤局部復(fù)發(fā)率，延長生存時(shí)間，是廣泛應(yīng)用的輔助治療方法。調(diào)強(qiáng)放療技術(shù)（Intensity-Modulated Radiotherapy,IMRT）能最大限度地滿足靶區(qū)劑量分布并降低周圍正常組織和器官的劑量，從而提高治療增益比。有研究表明采用骨盆劑量限定的IMRT可減少骨髓照射劑量體積，進(jìn)而減少骨髓抑制的發(fā)生［1-4］。然而，目前臨床上各大醫(yī)院對(duì)于骨盆的勾畫方式并不一致，有的僅僅勾畫髖骨部分，有的以全部盆骨外輪廓定義骨盆體積，從而導(dǎo)致骨盆劑量限制有所不同。本研究旨在分析宮頸癌術(shù)后不同骨盆勾畫及限量方式對(duì)IMRT 骨盆放療劑量的影響，從而選擇最佳的優(yōu)化方式，以期在放療過程中有效降低骨髓抑制。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

選取2017年10月～2018年5月在武漢大學(xué)中南醫(yī)院放療中心接受術(shù)后放療的11例子宮頸癌患者，年齡42～65歲（中位年齡61歲），分期為IB～I(xiàn)IB，病理類型均為鱗癌。

1.2 系統(tǒng)與設(shè)備

本研究采用西門子CT 模擬定位機(jī)和Eclipse 13.5計(jì)劃系統(tǒng)。

1.3 模擬定位

患者采用仰臥位，真空墊固定，在直腸排空、膀胱充盈的情況下行CT掃描，掃描范圍為第二腰椎至坐骨結(jié)節(jié)下5 cm，掃描層厚3 mm；然后將CT圖像以DICOM 格式傳輸?shù)紼clipse 13.5 計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行放療計(jì)劃設(shè)計(jì)。

1.4 靶區(qū)勾畫

靶區(qū)和危及器官（Organs-at-Risk,OAR）均由同一醫(yī)師完成。參照RTOG指南，臨床靶區(qū)包括陰道殘端、陰道旁組織、盆腔淋巴引流區(qū)（部分髂總、髂內(nèi)、髂外、骶前、閉孔淋巴引流區(qū)），上界到第4～5腰椎間，下界至閉孔下緣水平。臨床靶區(qū)各方向均勻外擴(kuò)0.7 cm得到計(jì)劃靶區(qū)（Planning Target Volume,PTV）。OAR 包括小腸、直腸、膀胱、股骨頭、髖骨、腰骶骨和骨盆。盆腔骨髓均按照骨組織外輪廓勾畫；髖骨包括髂骨、恥骨、坐骨和髖臼，但不包括股骨頭；腰骶骨定義為從L5脊椎的上緣延伸到尾骨的區(qū)域。

1.5 計(jì)劃設(shè)計(jì)

對(duì)每例患者分別設(shè)計(jì)3個(gè)計(jì)劃，包括限制骨盆的IMRT（BM）計(jì)劃、限制髖骨的IMRT（OC）計(jì)劃和限制髖骨和腰骶骨的IMRT（OC+LS）計(jì)劃，探索放療計(jì)劃中不同骨盆限量方式對(duì)IMRT計(jì)劃劑量分布的影響。3組計(jì)劃均限制小腸、直腸、膀胱、股骨頭的劑量。

所有計(jì)劃均由同一個(gè)物理師在Eclipse 13.5計(jì)劃系統(tǒng)上完成。計(jì)劃采用6 MV X射線，劑量率400 MU/min，劑量計(jì)算采用各向異性分析算法，計(jì)算矩陣0.25 cm。計(jì)劃均采用9 野均分共面照射（180°起始）、Sliding Window技術(shù)、VARIAN IX加速器（含葉片準(zhǔn)直器60對(duì)，中間40對(duì)葉片厚度0.5 cm，兩邊20對(duì)葉片厚度1.0 cm）。處方劑量50.4 Gy/28 F，計(jì)劃要求處方劑量至少包繞95%的靶區(qū)體積，PTV以外不可出現(xiàn)大于110%的劑量熱點(diǎn)。OAR劑量體積限定：小腸V40＜40%、直腸V45＜50%、股骨頭V30＜15%、骨盆V30＜50%、髖骨平均劑量（Dmean）＜28 Gy、腰骶骨Dmean＜32 Gy。

1.6 計(jì)劃評(píng)估

使用劑量體積直方圖評(píng)估靶區(qū)和OAR的劑量分布。靶區(qū)的評(píng)估參數(shù)包括靶區(qū)處方劑量所包繞的體積（V100%）、最小劑量、最大劑量、Dmean、適形度指數(shù)（Conformity Index,CI）和均勻性指數(shù)（Homogeneity Index,HI）。

CI計(jì)算公式可表示為：

其中，Vt,ref為處方劑量包繞的靶區(qū)體積；Vt為靶區(qū)體積；Vref為處方劑量所包繞的所有區(qū)域體積。CI 值越接近于1，適形度越好。

HI計(jì)算公式可表示為：

其中，D1為1%的PTV接受的最低劑量；D99為99%的PTV接受的最低劑量；D為處方劑量。HI值越小，靶區(qū)劑量均勻性越好。

對(duì)于小腸、直腸、膀胱、股骨頭等OAR，比較Vn（表示接受大于nGy 照射劑量的體積百分?jǐn)?shù)）；對(duì)于髖骨、腰骶骨和骨盆，比較Dmean和Vn。

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

利用SPSS 20.0 軟件，采用單因素方差分析法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)劑量學(xué)比較

3 組計(jì)劃均能滿足處方劑量覆蓋95%靶區(qū)的臨床要求。由表1可知，IMRT（BM）計(jì)劃中PTV的HI、CI略優(yōu)于IMRT（OC）和IMRT（OC+LS）計(jì)劃，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.000）。

2.2 OAR劑量學(xué)比較

表1 3種計(jì)劃的靶區(qū)劑量學(xué)比較Tab.1 Dosimetric comparison of planning target area among 3 different plans

3 組計(jì)劃的OAR 均能很好地滿足RTOG 限量標(biāo)準(zhǔn)，其中小腸、直腸、膀胱、股骨頭的劑量學(xué)參數(shù)比較顯示差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。詳見表2。

2.3 骨盆、髖骨和腰骶骨劑量學(xué)比較

表2 3種計(jì)劃的OAR劑量學(xué)比較（%，±s）Tab.2 Dosimetric comparison of organs-at-risk among 3 different plans(%,Mean±SD)

表2 3種計(jì)劃的OAR劑量學(xué)比較（%，±s）Tab.2 Dosimetric comparison of organs-at-risk among 3 different plans(%,Mean±SD)

危及器官小腸直腸膀胱左股骨頭右股骨頭參數(shù)V10 V20 V30 V40 V50 V10 V20 V30 V40 V50 V30 V40 V50 V30 V40 V50 V30 V40 V50 IMRT（BM）89.99±9.84 75.71±9.93 56.14±9.47 30.10±11.69 9.89±5.80 96.32±5.87 89.00±5.87 74.82±5.35 55.09±7.15 25.86±9.12 92.91±4.58 66.52±9.25 29.52±13.73 9.92±3.76 2.91±2.46 0.26±0.50 9.51±2.80 2.56±1.91 0.15±0.29 IMRT（OC）89.45±10.20 78.08±9.28 57.48±8.58 31.01±11.18 9.93±5.95 96.26±5.90 89.81±6.05 74.66±5.06 55.23±7.57 25.70±9.11 91.45±5.58 63.39±10.66 29.47±13.29 8.42±3.72 2.57±2.31 0.35±0.66 7.61±2.41 2.13±1.81 0.23±0.42 IMRT（OC+LS）89.34±10.13 74.48±10.56 55.27±9.76 30.05±11.11 10.64±5.95 96.27±5.87 89.18±6.22 74.05±4.29 55.29±4.10 27.14±8.53 89.66±6.11 62.28±10.99 30.24±13.61 8.10±3.70 2.49±2.29 0.36±0.62 7.52±2.55 2.10±1.81 0.27±0.46 F值0.015 0.058 0.039 0.000 0.054 0.000 0.004 0.155 0.004 0.074 1.548 0.716 0.010 0.897 0.116 0.125 1.936 0.217 0.350 P值0.985 0.944 0.962 1.000 0.947 1.000 0.996 0.857 0.996 0.929 0.229 0.497 0.991 0.418 0.891 0.883 0.162 0.806 0.708

由表3可知，3組計(jì)劃骨盆、髖骨和腰骶骨的劑量體積參數(shù)除V50和腰骶骨的V10外均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0.05）。IMRT（OC+LS）計(jì)劃的骨盆的Dmean、V10、V20、V30、V40和腰骶骨的Dmean、V20、V30、V40均顯著低于其他兩個(gè)計(jì)劃（P＜0.05）。與IMRT（BM）計(jì)劃相比，IMRT（OC+LS）計(jì)劃的骨盆V20和V30降低約10.1%和8.0%；髖骨V20和V30降低約9.5%和5.7%；腰骶骨V20和V30降低約11.6%和12.5%。與IMRT（OC）計(jì)劃相比，IMRT（OC+LS）計(jì)劃的骨盆V20和V30降低約3.8%和9.5%；腰骶骨V20和V30降低約17.6%和27.9%。IMRT（OC）計(jì)劃髖骨的劑量略低于IMRT（OC+LS）計(jì)劃，但二者劑量體積參數(shù)差異均在1%以內(nèi)。

3 組計(jì)劃方法對(duì)整個(gè)骨盆受照劑量分布影響最大的是骨盆、髖骨和腰骶骨的V20和V30。此外，3組計(jì)劃中腰骶骨Dmean均高于髖骨Dmean。

表3 3種計(jì)劃的骨盆、髖骨、腰骶骨劑量學(xué)比較Tab.3 Dosimetric comparison of pelvis,os coxae and lumbosacral spine among 3 different plans

3 討論

對(duì)于術(shù)后有高危因素的早期宮頸癌患者，為了提高腫瘤的局部控制率，延長患者生存時(shí)間，需行術(shù)后盆腔放療。但放射治療在提高腫瘤療效的同時(shí)，急性骨髓抑制甚至血液不良反應(yīng)的發(fā)生率也會(huì)升高，嚴(yán)重時(shí)甚至需要中斷放療，影響治療效果。因此，降低急性骨髓抑制發(fā)生率，從而保證患者宮頸癌術(shù)后放療的順利進(jìn)行已成為亟需解決的問題。

有研究報(bào)道，放療所導(dǎo)致的血液學(xué)不良反應(yīng)與骨髓受照劑量及體積相關(guān)。Mell等［5-6］的研究表明盆腔骨髓低劑量受照體積（V10、V20）是影響急性骨髓抑制的重要因素；當(dāng)骨髓受照射體積V10＜90%時(shí)，2 級(jí)血液不良反應(yīng)發(fā)生率將減少6 倍。Albuquerque 等［7］的研究發(fā)現(xiàn)，骨盆V20是2 級(jí)血液不良反應(yīng)發(fā)生的預(yù)測(cè)因子。Rose等［8］建立了正常組織并發(fā)癥概率模型，進(jìn)一步證實(shí)了骨髓照射體積V10≥95%及V20≥76%會(huì)顯著增加急性骨髓抑制發(fā)生率。Bazan等［9］則認(rèn)為骨髓抑制的發(fā)生不僅與骨盆低劑量受照體積有關(guān)，還與骨盆Dmean有關(guān)。而Klopp等［10］的研究顯示，血液不良反應(yīng)發(fā)生與骨髓高劑量受照射體積V40和骨髓平均受照射劑量有關(guān)。Hui 等［11］也發(fā)現(xiàn)骨盆高劑量照射區(qū)體積（V30、V40及V50）與骨髓抑制發(fā)生率相關(guān)。Brixey 等［12］的研究結(jié)果顯示，骨髓的V20、V40、V45降低，血液學(xué)不良反應(yīng)發(fā)生率低。而鄭良建等［13］提出急性血液學(xué)不良反應(yīng)的發(fā)生與骨髓的低劑量照射體積（V10、V20）密切相關(guān)。袁佳等［14］的研究結(jié)果顯示，髂骨骨髓V30、V40會(huì)影響血液學(xué)不良反應(yīng)發(fā)生率，且V40＞22.5%時(shí)，血液學(xué)不良反應(yīng)發(fā)生率升高兩倍。綜上所述，在放療過程中，降低骨髓受照劑量及體積有可能降低急性骨髓抑制的發(fā)生率。因此，通過改進(jìn)放療方式減少骨髓受照劑量具有顯著臨床意義。

對(duì)于盆腔骨髓的保護(hù)，多項(xiàng)劑量學(xué)研究顯示，盆腔骨髓限值的IMRT（Bone Marrow Sparing IMRT,BMS-IMRT）可以顯著降低骨髓受量，從而有可能減輕患者的急性骨髓抑制程度［15-16］。然而，各單位對(duì)于骨髓的定義并不一致，有的僅僅勾畫髂骨部分，有的以全部盆骨外輪廓定義骨盆體積，從而導(dǎo)致骨盆劑量限制有所不同。常規(guī)骨髓定義方法（BMS-IMRT）所定義的骨髓體積較大，如果過分保護(hù)骨髓，可能會(huì)降低PTV 的覆蓋或增加其他正常組織的受照劑量。因此，本研究對(duì)11例宮頸癌術(shù)后患者實(shí)施3種不同骨盆勾畫及限量方式，并對(duì)3 種IMRT 計(jì)劃進(jìn)行劑量學(xué)分析，以期選擇最佳的優(yōu)化方式，在放療過程中有效降低骨髓抑制。結(jié)果顯示，3組計(jì)劃的PTV均能滿足臨床要求，且小腸、直腸、膀胱、股骨頭等OAR的劑量學(xué)參數(shù)相當(dāng)，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。就骨盆而言，本研究中IMRT（BM）計(jì)劃的骨盆劑量與常規(guī)的BMS-IMRT 計(jì)劃的骨盆劑量［17-18］接近。與IMRT（BM）計(jì)劃相比，將髖骨和腰骶骨限量的IMRT（OC+LS）計(jì)劃，其骨盆、髖骨和腰骶骨的劑量學(xué)參數(shù)顯著降低，如腰骶骨V20和V30降低約11.6%和12.5%。與IMRT（OC）計(jì)劃相比，IMRT（OC+LS）計(jì)劃的腰骶骨V20和V30降低約17.6%和27.9%；而對(duì)于髖骨的劑量，IMRT（OC）計(jì)劃略低于IMRT（OC+LS）計(jì)劃，但二者劑量體積參數(shù)差異均在1%以內(nèi)。由此可見，與將全部骨盆限量的IMRT（BM）技術(shù)相比，將髖骨和腰骶骨限量的IMRT（OC+LS）計(jì)劃可使骨盆、髖骨和腰骶骨的受照射劑量體積顯著降低，從而可能降低急性骨髓抑制。值得一提的是，雖然3組計(jì)劃的靶區(qū)均能滿足臨床覆蓋要求，但I(xiàn)MRT（OC+LS）計(jì)劃的靶區(qū)均勻性及適形度略遜于IMRT（BM）計(jì)劃，這可能是因?yàn)楣桥鑾缀跞凯h(huán)繞在靶區(qū)周圍，限制髖骨和腰骶骨的照射劑量后，為使靶區(qū)達(dá)到規(guī)定的劑量體積，靶區(qū)其它方向的射線增加，從而在一定程度上影響靶區(qū)劑量分布均勻性及適形度。

雖然BMS-IMRT 可以顯著降低骨髓受量，從而有可能減輕患者的急性骨髓抑制程度［15-16］，而常規(guī)的BMS-IMRT 主要保護(hù)髂骨骨髓，有研究表明，其他區(qū)域，如腰骶骨、坐骨和恥骨內(nèi)的活性骨髓同樣會(huì)影響急性血液毒性的發(fā)生［6,19］。與目前所用的將全部骨盆作為一個(gè)整體OAR 進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)的BMS-IMRT技術(shù)相比［2,20］，本研究中將髖骨和腰骶骨限量的IMRT（OC+LS）計(jì)劃能更明顯地降低骨盆照射的劑量體積。盡管本研究存在病例數(shù)少和僅為劑量學(xué)研究等問題，但該方法仍具有一定的臨床指導(dǎo)意義。

綜上所述，宮頸癌術(shù)后放療行保護(hù)骨盆的IMRT計(jì)劃時(shí)，若將髖骨和腰骶骨限量，則可以在滿足靶區(qū)臨床要求以及常規(guī)OAR 保護(hù)的基礎(chǔ)上，能有效降低骨盆受量，從而有可能減少急性血液毒性反應(yīng)的發(fā)生。