螺旋斷層MVCT在鼻咽癌自適應(yīng)放射治療中的劑量學(xué)研究*

倪千喜 朱 俊 龐金猛

在放射治療過程中，由于腫瘤靶區(qū)體積消退、患者體重變化等原因，致使腫瘤與周圍危及器官(organ at risk，OAR)的相互位置關(guān)系發(fā)生變化，在人體內(nèi)的放射治療劑量分布也會(huì)隨之發(fā)生改變。因此，自適應(yīng)放射治療(adaptive radiation therapy，ART)技術(shù)[1-3]應(yīng)用越來越廣泛。鼻咽癌目前以調(diào)強(qiáng)放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)為主要治療方法，自適應(yīng)放射治療應(yīng)用優(yōu)勢(shì)顯著[4-5]。

由于螺旋斷層放射治療系統(tǒng)(tomotherapy，TOMO)兆伏級(jí)(megavoltage CT，MVCT)成像(TOMO-MVCT)與治療同源，成像精度高，TOMOMVCT在自適應(yīng)放射治療中扮演著重要角色。本研究通過比較TOMO-MVCT與放射治療計(jì)劃常規(guī)采用的千伏級(jí)CT(kilovoltage CT，kVCT)在放射治療劑量計(jì)算方面的差異，分析TOMO-MVCT在鼻咽癌ART中的應(yīng)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

隨機(jī)選取2018年1-7月在湖南省腫瘤醫(yī)院就診期間采用TOMO放射治療的10例鼻咽癌患者，其中男性7例，女性3例；年齡32～74歲，中位年齡46歲。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。所有患者均知情同意，并簽署知情同意書。

1.2 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

(1)納入標(biāo)準(zhǔn):①經(jīng)過病理證實(shí)為鼻咽癌患者；②放射治療為根治手段。

(2)排除標(biāo)準(zhǔn):①發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移；②放射治療非根治手段。

1.3 儀器設(shè)備

LightSpeed型CT模擬定位機(jī)(美國GE公司)；CIRS 062M型電子密度模體(美國CIRS公司)

1.4 治療方法

(1)模擬定位與計(jì)劃設(shè)計(jì):采用LightSpeed型CT模擬定位機(jī)進(jìn)行CT掃描。掃描層厚為鼻咽原發(fā)區(qū)域內(nèi)3 mm/每層，治療區(qū)域外5 mm/每層，掃描范圍為顱頂至胸骨切跡下2 cm。采用Accuracy Planning Station計(jì)劃系統(tǒng)(TomoHDTM Version 2.1.3)進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)。

(2)靶區(qū)與OAR勾畫:根據(jù)國際輻射單位與測(cè)量委員會(huì)(International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU)50號(hào)和62號(hào)文件[6]原則勾畫靶區(qū)和重要器官，結(jié)合患者病理、影像資料勾畫腫瘤靶區(qū)(gross tumor volume，GTV)、臨床靶區(qū)(clinical target volume，CTV)和計(jì)劃靶區(qū)(planning target volume，PTV)；OAR勾畫包括腦干、脊髓、晶體、眼球、視神經(jīng)、垂體及腮腺等。

(3)MVCT圖像獲取:采用TOMO治療系統(tǒng)采集患者首次治療時(shí)的MVCT圖像。采集范圍為患者PTV及外放2 cm區(qū)域。

(4)CT相對(duì)電子密度曲線獲取:采用CIRS 062M型電子密度模體，分別在LightSpeed型CT模擬定位機(jī)和TOMO治療系統(tǒng)(TomoHD)進(jìn)行測(cè)量。①kVCT測(cè)量條件:管電壓為120 kV，管電流為100 mAs；②MVCT測(cè)量條件:能量為3.5 MV，獲取CT電子密度(electron density，ED)曲線。

1.5 圖像融合配準(zhǔn)與劑量計(jì)算

(1)圖像融合配準(zhǔn)。在TOMO治療計(jì)劃系統(tǒng)中，將采集到的MVCT圖像與放射治療計(jì)劃用的kVCT圖像進(jìn)行融合配準(zhǔn)。配準(zhǔn)參數(shù)選擇骨和組織配準(zhǔn)(Bone and tissue technique)方式，配準(zhǔn)分辨率選擇超精細(xì)分辨率(Super fine resolution)，配準(zhǔn)移動(dòng)先選擇平移+俯仰、偏轉(zhuǎn)及旋轉(zhuǎn)(Translation+Pitch，Yaw，Roll)自動(dòng)配準(zhǔn)。若匹配結(jié)果顯示Pitch和Yaw兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)誤差＞3°，則重新擺位采集MVCT，再選擇Translation+Roll二次配準(zhǔn)。射野等中心左右(X軸)、頭腳(Y軸)和前后(Z軸)3個(gè)方向的平移誤差≤3 mm，旋轉(zhuǎn)誤差≤3°，則認(rèn)可配準(zhǔn)結(jié)果。

(2)劑量計(jì)算。將已批準(zhǔn)用于治療的放射治療計(jì)劃導(dǎo)入至MVCT圖像中，選用實(shí)際測(cè)量得到MVCT的ED曲線，不更改任何計(jì)劃參數(shù)，直接進(jìn)行劑量計(jì)算。比較基于MVCT和kVCT圖像的靶區(qū)和OAR劑量分布差異，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1.6 劑量評(píng)價(jià)參數(shù)

評(píng)價(jià)GTV和PTV的D95、D98及D2劑量參數(shù)；OAR的腦干、脊髓、晶體、眼球、視神經(jīng)及垂體的Dmax劑量參數(shù)；腮腺D50的劑量參數(shù)。

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS22.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)分別基于MVCT和kVCT進(jìn)行劑量計(jì)算的靶區(qū)和OAR的劑量差異進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 相對(duì)ED曲線

測(cè)量得到的kVCT與MVCT的相對(duì)ED曲線的CT值在-1200～0范圍內(nèi)，兩者相對(duì)ED差異很小，均呈線性分布，見圖1。

圖1 MVCT與kVCT的相對(duì)電子密度曲線

表1 MVCT與kVCT圖像的GTV及PTV劑量分布相對(duì)誤差比較(±s)

表1 MVCT與kVCT圖像的GTV及PTV劑量分布相對(duì)誤差比較(±s)

*注：表中GTV為腫瘤靶區(qū)；PTV為計(jì)劃靶區(qū)

表2 基于MVCT與KVCT圖像的OAR劑量分布相對(duì)誤差比較(±s)

表2 基于MVCT與KVCT圖像的OAR劑量分布相對(duì)誤差比較(±s)

2.2 靶區(qū)與OAR劑量分布比較

(1)基于MVCT和kVCT圖像進(jìn)行劑量計(jì)算，靶區(qū)GTV、PTV，OAR腦干、脊髓、晶體、眼球、視神經(jīng)、垂體及腮腺的劑量計(jì)算相對(duì)誤差均＜2%。其中，GTV的D95、D98和D2劑量計(jì)算差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-2.802，t=-2.830，t=-2.935；P＜0.05)，見表1。

(2)靶區(qū)PTV和OAR的劑量計(jì)算差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)，見表2。

(3)MVCT與kVCT圖像劑量計(jì)算的層面劑量分布比較，其差異較小，見圖2。

圖2 基于MVCT與kVCT影像劑量計(jì)算的劑量分布比較

3 討論

在放射治療實(shí)施過程中，當(dāng)腫瘤縮小時(shí)周圍正常組織替代了腫瘤原來位置，導(dǎo)致其周圍正常組織接受了腫瘤所需照射的處方劑量，而高劑量對(duì)于正常組織而言卻無必要。在腫瘤縮小的基礎(chǔ)上，再次針對(duì)腫瘤縮小后的體積制定放射治療計(jì)劃相當(dāng)有必要。Guckenberger等[7]對(duì)局部晚期非小細(xì)胞肺癌患者放化療過程中采用ART技術(shù)提高放射治療劑量的可行性進(jìn)行研究，其結(jié)果顯示，腫瘤體積每天消退1.2%，治療6周后殘余(49±15)%的GTV體積。采用ART治療方案后，在不改變GTV原有劑量覆蓋率的前提下，肺組織平均劑量下降5.0%～7.9%，GTV劑量從66.8 Gy提升至73.6 Gy，可以提高腫瘤局部控制率。

TOMO治療系統(tǒng)的MVCT成像與治療同源，成像精度高，MVCT在ART中應(yīng)用越來越廣泛。

在鼻咽癌IMRT放射治療過程的OAR中，腮腺體積變化較為顯著[8-10]。本研究顯示，利用MVCT直接用于劑量計(jì)算，左腮腺和右腮腺的D50相比于kVCT的相對(duì)誤差分別為(0.65±1.11)%和(0.26±0.86)%。

Duchateau1等[11]研究顯示，在ART中應(yīng)用MVCT于劑量計(jì)算，需要同步采集其相對(duì)ED曲線，確保劑量計(jì)算準(zhǔn)確。本研究結(jié)果顯示，測(cè)量得到的kVCT與MVCT的相對(duì)ED曲線的CT值在-1200～0范圍內(nèi)，兩者相對(duì)電子密度差異很小，均呈線性分布。

戴相昆等[12]研究顯示，MVCT的CT值與電子密度呈較好的線性和穩(wěn)定性，MVCT與kVCT間的劑量計(jì)算誤差均≤±3%，平均誤差為1.27%。Pukala等[13]研究表明，基于MVCT和kVCT的計(jì)算劑量誤差為-1.4%～0.6%。有研究報(bào)道，將MVCT與kVCT進(jìn)行形變配準(zhǔn)后，MVCT可以用于ART的計(jì)劃優(yōu)化與計(jì)算[14-17]。本研究結(jié)果表明，根據(jù)腫瘤靶區(qū)與OAR的劑量統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，分別基于MVCT與kVCT圖像的劑量計(jì)算差異較小。靶區(qū)GTV、PTV的最大劑量D2、最小劑量D98、95%體積處方劑量D95，串行OAR腦干、脊髓、晶體、眼球、視神經(jīng)、垂體的最大劑量Dmax，并行OAR腮腺的50%體積照射劑量D50的劑量計(jì)算相對(duì)誤差均在2%以內(nèi)。

在鼻咽癌ART臨床實(shí)踐中，需要多次采集MVCT影像用于放射治療計(jì)劃的修改。由于每次MVCT的采集參數(shù)設(shè)置是一致的，對(duì)應(yīng)的相對(duì)電子密度曲線是不變的，從而所產(chǎn)生的放射治療劑量計(jì)算誤差是不變的。因此，本研究對(duì)于患者首次治療時(shí)的MVCT影像直接用于放射治療劑量計(jì)算誤差的研究結(jié)果可用于ART全過程。

TOMO的MVCT圖像可以直接用于放射治療計(jì)劃劑量計(jì)算，完全滿足鼻咽癌ART中的臨床應(yīng)用要求。相對(duì)于kV-錐形束計(jì)算機(jī)斷層攝影(cone-beam computed tomography，CBCT)而言，TOMO的MVCT具備成像精度高、劑量計(jì)算準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)。