錐形束CT宮頸癌調(diào)強(qiáng)放療中膀胱充盈程度對(duì)膀胱實(shí)際劑量及靶區(qū)影響的評(píng)估*

何赟 李毅 王亞利 蘇王輝 李芳 許琨 馬紅兵 李宇星

(西安交通大學(xué)第二附屬醫(yī)院放療科，陜西 西安 710004)

放射治療是治療宮頸癌的重要組成部分，可以使宮頸癌患者得到很好的局部控制，但會(huì)增加放療毒性的風(fēng)險(xiǎn)，給周圍正常組織帶來嚴(yán)重的損害，特別是放射性膀胱炎導(dǎo)致了患者的生活質(zhì)量嚴(yán)重下降[1]。目前較為先進(jìn)的放療技術(shù)如調(diào)強(qiáng)放療技術(shù)(Intensity-Modulated radiation therapy，IMRT)與傳統(tǒng)的放療技術(shù)三維適形放療技術(shù)(Three dimensional conformal radiation therapy，3D-CRT)相比具有較為陡峭的劑量分布、劑量凹陷對(duì)靶體積提供高適形劑量且對(duì)危及器官(Organ at risk，OAR)的受照劑量明顯減少的優(yōu)勢(shì)，因此具有較低的放射性損傷而得到了廣泛的應(yīng)用[2]。然而IMRT需要患者體位以及組織變化要盡量小，圖像引導(dǎo)技術(shù)[3-5](Image guide radiation therapy，IGRT)能夠糾正患者的擺位誤差，提高患者體位的精準(zhǔn)性，并且能提供患者治療部位關(guān)于靶區(qū)和危及器官的3D信息，顯示當(dāng)次治療時(shí)正常組織的狀態(tài)信息，具有代表性的是Varian機(jī)載錐形束CT(Cone beam CT，CBCT)成像。IGRT技術(shù)雖然可以降低擺位誤差的影響，但是由于分次治療間膀胱充盈程度的不同會(huì)不可避免的產(chǎn)生放療靶區(qū)及器官的形變。治療前計(jì)劃初始的劑量體積直方圖(Dose-Volume histogram，DVH)是評(píng)估放射治療劑量的基礎(chǔ)，它表示了初始定位時(shí)靶區(qū)和危及器官的劑量，而所包含的實(shí)際照射劑量的信息很少，為了有效的對(duì)膀胱照射劑量以及膀胱形變后的漏靶體積進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，本文借助于CBCT圖像，與定位圖像進(jìn)行融合后，將當(dāng)次治療時(shí)靶區(qū)及膀胱輪廓復(fù)制到定位CT圖像中來研究宮頸癌患者在當(dāng)次治療時(shí)膀胱的劑量學(xué)變化以及對(duì)于靶區(qū)的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取西安交通大學(xué)第二附屬醫(yī)院2019年1月～2019年12月收治的ⅡB-ⅣA期未行手術(shù)的宮頸癌患者10例，年齡34～72歲，中位年齡54歲，病理類型均為鱗癌。所有患者在定位以及治療前均進(jìn)行憋尿以感覺舒適為宜，不刻意設(shè)置膀胱體積，并且需要排空直腸，必要時(shí)給予瀉藥?；颊卟捎醚雠P位雙手抱肘，用低溫?zé)崴苣９潭ɑ颊唧w位，掃描過程中盡量保持平靜，并且均勻呼吸。采用西門子大孔徑16排CT給宮頸癌患者進(jìn)行平掃定位與增強(qiáng)定位，掃描范圍上界為腰1上緣水平，下界為坐骨結(jié)節(jié)下緣下5cm，掃描層厚為5mm，并用LAP三維激光燈和鉛點(diǎn)做好體表標(biāo)記點(diǎn)，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以Dicom格式傳至我院Varian Triology醫(yī)用直線加速器配備的Eclipse13.6治療計(jì)劃系統(tǒng)中 ，其中增強(qiáng)CT掃描用以協(xié)助進(jìn)行靶區(qū)勾畫。

1.2 靶區(qū)與危及器官的勾畫原則 根據(jù)國(guó)際輻射單位和測(cè)量委員會(huì)(International Commission on radiation units and measurements，ICRU)50號(hào)和62號(hào)報(bào)告原則[6-7]，在定位CT上勾畫出腫瘤靶區(qū)(Gross tumor volume，GTV)包括影像學(xué)上明確的腫瘤部位、腫瘤侵犯范圍以及明確診斷的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移灶；臨床靶區(qū)(clinical target volume，CTV)包括所有GTV、整個(gè)子宮、宮旁組織、部分陰道以及盆腔淋巴結(jié)引流區(qū)；CTV外放5mm得到目標(biāo)計(jì)劃體積(planning target volume，PTV)。勾畫危及器官包括小腸、膀胱、直腸以及左右兩側(cè)股骨頭。

1.3 處方劑量與調(diào)強(qiáng)計(jì)劃設(shè)計(jì) 宮頸癌處方劑量均為50Gy/25F，2Gy。物理師根據(jù)靶區(qū)設(shè)計(jì)7野逆向調(diào)強(qiáng)計(jì)劃，采用6MV X射線，大機(jī)架角為0°、50°、100°、150°、210°、260°、310°，小機(jī)頭與治療床角度均為0°。采用AAA(Anisotropic Analytic Algorithm)算法進(jìn)行優(yōu)化，靶區(qū)及危及器官優(yōu)化條件(見表1)，其中V51Gy>100%代表100%的體積的劑量大于51Gy，V40Gy<40%表示40%體積的劑量不超過40Gy，Dmax表示最大劑量，優(yōu)化時(shí)同時(shí)控制好熱點(diǎn)，靶區(qū)內(nèi)劑量分布需均勻并使得50Gy的劑量覆蓋率大于等于95%的靶區(qū)體積，高量盡量不要超過處方劑量的110%，優(yōu)化時(shí)給與PTV較高的權(quán)重，給與OAR較低的權(quán)重。

表1 計(jì)劃靶區(qū)以及危及器官優(yōu)化條件

1.4 CBCT圖像的獲取、融合與勾畫 本研究Varian Trilogy機(jī)型具有千伏級(jí)機(jī)載CBCT，其掃描長(zhǎng)度為16cm[8]，每位宮頸癌患者在做治療前進(jìn)行CBCT圖像采集，每周1次，共5次。由同一位放療醫(yī)師對(duì)10位宮頸癌患者在當(dāng)次治療時(shí)獲取的50次CBCT圖像重新勾畫出膀胱以及靶區(qū)。由于盆腔靶區(qū)的外側(cè)邊界(左右側(cè)以及后側(cè))均為相對(duì)固定的骨結(jié)構(gòu)，融合匹配后靶區(qū)的主要變化是由于膀胱充盈程度的不同而造成的與膀胱鄰面靶區(qū)的變化[9]，在勾畫宮頸癌靶區(qū)時(shí)需兼顧瘤體移動(dòng)，主要將對(duì)膀胱鄰面進(jìn)行修改，超出CBCT截面范圍的靶區(qū)以CT圖像上的靶區(qū)代替，然后將形變的膀胱及靶區(qū)經(jīng)以骨性標(biāo)志匹配后復(fù)制到定位CT圖像中，分別獲取定位時(shí)與當(dāng)次治療時(shí)膀胱質(zhì)心的三維坐標(biāo)點(diǎn)，保持原計(jì)劃不變(不需要重新優(yōu)化)重新計(jì)算膀胱的劑量分布，采用劑量-體積直方圖DVH表示。再獲取放療計(jì)劃中50Gy(100%)和47.5Gy(95%)的等劑量線，減去PTV和CTV即可得到不同劑量條件下的漏靶體積。為某位患者CT圖像與CBCT圖像融合結(jié)果，見圖1。

圖1 首次定位CT圖像與某次治療前CBCT圖像融合

2 結(jié)果

2.1 獲取患者膀胱受量的DVH 某位患者定位CT圖像的橫斷面、冠狀面與矢狀面的代表性圖像，以及定位與當(dāng)次治療時(shí)膀胱輪廓，不進(jìn)行重新優(yōu)化，可直接獲取出與之對(duì)應(yīng)的膀胱受照劑量DVH圖，見圖2。

圖2 靶區(qū)與危及器官的勾畫以及DVH的獲取

2.2 患者膀胱體積變化的相關(guān)參數(shù) 定位和當(dāng)次治療時(shí)膀胱體積及其變化，見表2。

表2 CT與CBCT圖像膀胱體積的相關(guān)參數(shù)

2.3 膀胱充盈程度變化對(duì)膀胱質(zhì)心的影響 隨著膀胱充盈狀態(tài)的不同，膀胱質(zhì)心發(fā)生變化，在經(jīng)CBCT圖像與CT圖像融合后，在CT圖像上獲取膀胱質(zhì)心的三維坐標(biāo)點(diǎn)，分別比較上下、前后、左右方向的位移差，利用散點(diǎn)圖來表示，見圖3。

圖3 膀胱體積變化對(duì)其上下、前后、左右六個(gè)方向的影響

膀胱體積與上下方向的相關(guān)系數(shù)為0.964，可認(rèn)為是強(qiáng)相關(guān),與前后方向的相關(guān)系數(shù)為-0.678，可認(rèn)為是中度相關(guān),差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，與左右方向相關(guān)系數(shù)為-0.169，可認(rèn)為無相關(guān)性(P=0.242)。上述結(jié)果表明，隨著膀胱體積的增大，膀胱的質(zhì)心移動(dòng)方向大概率表現(xiàn)為向上、前方移動(dòng)，并且與向上方移動(dòng)有極高的相關(guān)性，移動(dòng)幅度最大；而對(duì)于左右方向的移動(dòng)，由于個(gè)體化差異，具有一定的隨機(jī)性。

2.4 膀胱充盈程度變化對(duì)膀胱劑量學(xué)的影響 膀胱充盈程度變化所帶來的劑量學(xué)變化，分別顯示了隨著膀胱體積的變化所引起自身V30、V40、V50和Dmean的變化趨勢(shì)，見圖4。

圖4 膀胱體積變化對(duì)其自身劑量V30、V40、V50 及Dmean的影響

可以得出隨著膀胱體積的增大，膀胱當(dāng)次照射V30、V40、V50、Dmean都呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，其相關(guān)系數(shù)分別為-0.872、-0.805、-0.593、-0.795，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。膀胱體積的增加與V30、V40、Dmean降低呈強(qiáng)相關(guān)，與V50的降低呈中度相關(guān)(均P<0.05)。結(jié)果說明當(dāng)膀胱體積增大時(shí)，V30、V40、V50大概率減小表現(xiàn)為膀胱體積相對(duì)增量的百分比(絕對(duì)值)大于其卷入30Gy、40Gy以及50Gy等劑量線膀胱體積相對(duì)增量的百分比(絕對(duì)值)，以50Gy劑量線為例，某次定位時(shí)患者的初始膀胱容量為53mL，卷入50Gy劑量線膀胱體積為24mL，某次治療時(shí)膀胱體積為215mL，卷入50Gy劑量線膀胱體積為64mL，膀胱體積增加了306%，然而，卷入50Gy劑量線膀胱體積的增加了167%，從而造成膀胱V50必然下降。這是因?yàn)榘螂鬃笥遗徆晒穷^、向下毗鄰子宮、子宮后側(cè)毗鄰骶骨、尾骨，由于骨性結(jié)構(gòu)相對(duì)固定的特點(diǎn)，當(dāng)膀胱體積增加時(shí)，就會(huì)向上擠壓小腸、向前擠壓腹腔壁，所以呈現(xiàn)出隨著膀胱容量的增大，膀胱質(zhì)心移動(dòng)方向?yàn)樯?、前向，即膀胱向著遠(yuǎn)離靶區(qū)的方向移動(dòng)。

2.5 膀胱充盈程度的變化對(duì)靶區(qū)的影響 膀胱充盈程度的變化引起臨床靶區(qū)CTV及計(jì)劃靶區(qū)PTV的變化，修改每次治療時(shí)的臨床靶區(qū)CTV以及計(jì)劃靶區(qū)PTV，分別統(tǒng)計(jì)定位時(shí)和當(dāng)次治療時(shí)50Gy(100%)和47.5Gy(95%)等劑量線的CTV以及PTV漏照體積(見表3)。按200mL為界分為100%等劑量線PTV的漏靶體積、95%等劑量線PTV的漏靶體積、100%等劑量線CTV的漏靶體積、95%等劑量線PTV的漏靶體積差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。結(jié)果說明當(dāng)膀胱體積變化大于200mL時(shí)漏靶體積明顯增加。

表3 膀胱充盈體積變化與漏照靶區(qū)體積的關(guān)系

3 討論

宮頸癌是全球女性中僅次于乳腺癌的第二個(gè)常見惡性腫瘤，IMRT技術(shù)是根治一部分患者的重要手段[11]；隨著IGRT等新技術(shù)的出現(xiàn)，放射治療在宮頸癌的治療中得到令人滿意的效果，并且在降低放射毒性的情況下可顯著提高靶區(qū)適形度和均勻性，更好的保護(hù)危及器官。放射性膀胱炎與膀胱的高劑量有關(guān)，尤其是V50的大小。放射性膀胱炎的臨床癥狀表現(xiàn)為尿頻、尿急、尿痛，嚴(yán)重者甚至出現(xiàn)頑固性血尿[12]。在分次放射治療的過程中膀胱、直腸的充盈狀態(tài)以及小腸蠕動(dòng)都會(huì)引起各個(gè)危及器官以及靶區(qū)空間結(jié)構(gòu)的變化，大量研究表明[13-15]排空膀胱和充盈膀胱相比較，充盈膀胱時(shí)可降低膀胱、直腸受量以及保護(hù)小腸等重要器官，因此，宮頸癌患者在每次做治療前均適度憋尿。盡管膀胱充盈的目標(biāo)是舒適為宜，但是膀胱充盈程度依然有較大變化。宮頸癌調(diào)強(qiáng)放射治療中膀胱充盈度的不同會(huì)帶來膀胱質(zhì)心的位移以及膀胱自身的劑量學(xué)差異[16-17]，引起靶區(qū)的漏照[18-20]。在以往的研究中，David Pearson等[21]利用了CBCT成像技術(shù)研究了前列腺癌在調(diào)強(qiáng)放射治療中膀胱體積的變化對(duì)于實(shí)際治療膀胱受量的影響，發(fā)現(xiàn)大部分患者實(shí)際膀胱受量高于預(yù)期的原因是由于隨著放療次數(shù)的增加，膀胱機(jī)能退化而造成治療時(shí)尿量減少，從而導(dǎo)致膀胱受照劑量的增加，與本次研究關(guān)于膀胱劑量的結(jié)果相一致；Casey W.Williamson等[22]總結(jié)出在前列腺癌中95%等劑量線中包含92.3%的臨床靶區(qū)CTV，且漏照概率很低；Joan A.Hatton等[23]也觀察了前列腺癌膀胱容積以及劑量學(xué)差異，認(rèn)為初始的治療計(jì)劃不能準(zhǔn)確代表正常組織受量，并且有部分患者的靶區(qū)未達(dá)到95%的劑量覆蓋；閔蒙真等[24]研究了宮頸癌中基于錐形束CT分次治療間膀胱與靶區(qū)相交體積的百分比與膀胱V50、Dmean的線性相關(guān)關(guān)系，結(jié)果顯示相交體積越大，膀胱所受劑量越高。以上學(xué)者都是基于膀胱劑量和95%劑量線CTV漏照體積進(jìn)行分析，未對(duì)治療時(shí)膀胱準(zhǔn)備作出詳細(xì)論述，本文基于錐形束CT技術(shù)在上述研究的基礎(chǔ)上直接對(duì)膀胱充盈體積與膀胱劑量的關(guān)系作分析，發(fā)現(xiàn)膀胱在分次治療間劑量隨著膀胱體積變大而劑量呈減小的趨勢(shì)是由于膀胱質(zhì)心表現(xiàn)為向上、前方向移動(dòng)而遠(yuǎn)離靶區(qū)，最大可達(dá)數(shù)厘米，這與Lars Fokdal,M.D[25]的研究結(jié)果相一致，得出膀胱的受照射劑量與預(yù)期劑量的差異，并且評(píng)估了當(dāng)次放療中漏照靶區(qū)的體積大小，從而準(zhǔn)確評(píng)估宮頸癌患者發(fā)生放射性膀胱炎以及靶區(qū)漏照的風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)果顯示，膀胱體積變化小于200mL可有效減少漏照的風(fēng)險(xiǎn)。本研究有待完善之處：①CBCT軟組織成像效果不及CT圖像，對(duì)膀胱以及靶區(qū)勾畫起到一定的影響。②宮頸癌患者每周做一次CBCT，共5次，如要準(zhǔn)確評(píng)估膀胱劑量還需行每日CBCT掃描。③CBCT掃描長(zhǎng)度只有16cm，雖然可以完全涵蓋膀胱層面的靶區(qū)，但其他層面的靶區(qū)以CT上的靶區(qū)來評(píng)估，對(duì)于實(shí)際靶區(qū)還是有一定的影響。

4 結(jié)論

宮頸癌患者每次治療時(shí)膀胱充盈的差異性引起膀胱受量及靶區(qū)的變化，通過在線CBCT掃描可準(zhǔn)確評(píng)估膀胱的受照劑量及漏照靶區(qū)大小，本研究為膀胱劑量的準(zhǔn)確評(píng)估提出了一種切實(shí)、有效的方法，在放療治療前使用膀胱容量測(cè)量?jī)x測(cè)量尿液體積對(duì)于保持膀胱體積的一致性具有較大價(jià)值。