前列腺癌圖像引導(dǎo)放療中骨骼對(duì)錐形束CT校準(zhǔn)的影響研究

田龍，席強(qiáng)，劉月霞，張遵浩

1河北北方學(xué)院附屬第一醫(yī)院放療科，河北 張家口 075000

2張家口教育學(xué)院醫(yī)學(xué)影像系，河北 張家口 075000

3河北醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院放療科，石家莊 050000

現(xiàn)今，精確放療已成為業(yè)內(nèi)主導(dǎo)，針對(duì)前列腺癌的調(diào)強(qiáng)放療（intensity modulated radiation therapy，IMRT）被證實(shí)為有效手段。在前列腺癌IMRT中，提高靶區(qū)輸出劑量可以很大程度上提高治療效果。但由于治療中直腸、膀胱充盈度及其他因素影響了前列腺癌靶區(qū)位置穩(wěn)定性，從而必須著重考慮危及器官（organ at risk，OAR）損傷和計(jì)劃靶區(qū)（plan target volume，PTV）邊界縮放。KV級(jí)錐形束CT（cone beam CT，CBCT）已經(jīng)廣泛應(yīng)用于臨床，并成為常規(guī)圖像引導(dǎo)放療（image guide radiation therapy，IGRT）手段。針對(duì)上述問題，應(yīng)用日常CBCT校準(zhǔn)的前列腺癌IGRT已經(jīng)被證實(shí)為有效方法。目前國(guó)內(nèi)臨床研究大都著重處理直腸、膀胱等器官對(duì)前列腺癌靶區(qū)的影響，而對(duì)盆腔區(qū)域骨骼（髖骨、骶骨、尾骨等）對(duì)CBCT校準(zhǔn)影響的研究甚少，也未曾量化其所造成的誤差。本研究利用前列腺癌患者治療前KV級(jí)CBCT掃描獲取的內(nèi)植標(biāo)記物位移信息，以量化指標(biāo)誤差均方根（root mean square，RMS）作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，量化了盆腔區(qū)域骨骼對(duì)CBCT校準(zhǔn)造成的影響，并探究了RMS與CBCT球管角度的關(guān)系。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

選取2017年3—8月于河北北方學(xué)院附屬第一醫(yī)院放療科接受治療的10例中危及以上前列腺癌患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：①腫瘤僅適合放療治療；②體重指數(shù)為18～25 kg/m；③除前列腺特異性抗原外，其他生理、生化指標(biāo)未見明顯異常。排除標(biāo)準(zhǔn)：①前列腺肥大，伴嚴(yán)重鈣化或出血；②合并直腸息肉或痔瘡。10例患者，年齡61～72歲，平均（71.5±4.1）歲，Gleason評(píng)分均≥7分。本研究通過醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者均簽署知情同意書。

1.2 器材

采用配備KV級(jí)CBCT的Synergy加速器和Visicoil金標(biāo)記物（直徑1 mm，長(zhǎng)度3 mm）。（圖1）

圖1 配備KV級(jí)CBCT的Synergy加速器和Visicoil金標(biāo)記物

1.3 標(biāo)記物植入

于放療開始前2周，采用經(jīng)直腸超聲引導(dǎo)術(shù)（transrectal ultrasound guidance，TUG）和細(xì)針抽吸術(shù)（fine needle aspiration，F(xiàn)NA）將標(biāo)記物植入前列腺癌患者靶區(qū)中。每例植入3枚，標(biāo)記物之間距離大于15 mm，并處于不同層面。

1.4 計(jì)劃CT掃描

標(biāo)記物植入1周后，所有患者均接受計(jì)劃CT掃描。采用仰臥位，除前列腺外盆腔其他區(qū)域?qū)雍? mm，前列腺區(qū)域1 mm，以提高靶區(qū)分辨率及標(biāo)記物可視性。描繪體表及熱塑模上十字標(biāo)記線，為實(shí)施放療進(jìn)行準(zhǔn)備。

1.5 計(jì)劃設(shè)計(jì)

大體腫瘤靶區(qū)（gross tumor volume，GTV）：前列腺和包膜；臨床腫瘤靶區(qū)（clinical tumor volume，CTV）：GTV+1 cm精囊根部+盆腔淋巴結(jié)引流區(qū)（視患者具體情況而定）；計(jì)劃腫瘤靶區(qū)（plan tumor volume，PTV）：CTV基礎(chǔ)上外擴(kuò)5 mm。要求達(dá)到直腸V≤40%，膀胱V≤30%，恥骨聯(lián)合V≤25%，股骨頭 V≤5%，D＜52 Gy，小腸 V≤5%，D＜52 Gy。

1.6 放療實(shí)施

患者輸出總劑量6600 cGy，分33次，每次200 cGy，全部患者共330次。

1.7 CBCT校準(zhǔn)

每位患者放療開始后，每周接受1次治療前CBCT掃描，共7次，全部患者共70次。掃描按照順時(shí)針方向，機(jī)架由-90°～90°旋轉(zhuǎn)，采用Fast Prostate Seed S10快速掃描模式（時(shí)間約31 s），獲得171張平片。（圖2）

圖2 治療前CBCT掃描時(shí) 3個(gè)角度獲得的圖像

1.8 數(shù)據(jù)記錄與處理

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)位移

10例患者治療過程中前列腺靶區(qū)在3個(gè)方向上位移的平均值分別為：LR 0.51 mm，SI 1.33 mm，AP 1.36 mm；標(biāo)準(zhǔn)差平均值分別為：LR 0.06 mm，SI 0.24 mm，AP 0.14 mm。（圖3）

圖3 10例患者治療過程中前列腺靶區(qū)在 3個(gè)方向上的位移分布

2.2 RMS值

10例患者每個(gè)方向上RMS平均值分別為：LR 0.02 mm，SI 0.06 mm，AP 0.07 mm；標(biāo)準(zhǔn)差平均值分別為：LR 0.01 mm，SI 0.03 mm，AP0.05 mm。（圖4）

圖4 10例患者RMS在 3個(gè)方向上的分布

2.3 RMS分布與機(jī)架角度的關(guān)系

LR方向上，RMS隨著機(jī)架角度升高而先升高，到達(dá)-67.5°后降低，到達(dá)0°后再升高。SI、AP方向上，RMS均隨著機(jī)架角度升高而先升高，到達(dá)0°后降低。（圖5）

圖5 10例患者每個(gè)方向上RMS與機(jī)架角度的關(guān)系

3 討論

本研究記錄分析了10例前列腺癌患者每次IGRT治療前CBCT校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，利用Uffe等開發(fā)的算法，量化了盆腔區(qū)域骨骼（髖骨、骶骨、尾骨等）對(duì)CBCT校準(zhǔn)的影響，并獲得了各個(gè)方向量化指標(biāo)RMS用于分析。

首先，在LR方向上，總曲線趨勢(shì)有別于其他方向，說明該方向具有運(yùn)動(dòng)獨(dú)立性。所有患者RMS平均值為0.02 mm，顯然該數(shù)值非常小，不會(huì)影響校準(zhǔn)結(jié)果。從圖5可以看出，當(dāng)機(jī)架角度為-67.5°和90°時(shí)（CBCT球管角度為22.5°和180°），LR方向上出現(xiàn)RMS兩個(gè)峰值，說明LR方向上機(jī)架位于上述角度時(shí)骶骨和尾骨對(duì)圖像影響大于標(biāo)記物位移，是造成RMS較大的主要原因；另外RMS＞RMS，這是由于CBCT球管位于180°時(shí)會(huì)受到骶骨和尾骨影響，從而增加了RMS值；當(dāng)機(jī)架為0°時(shí)，LR方向上出現(xiàn)接近0的RMS最小值，說明此時(shí)處于90°的CBCT球管受到雙側(cè)髖骨影響甚微，但骨骼對(duì)RMS貢獻(xiàn)依舊大于該方向標(biāo)記物位移貢獻(xiàn)，即RMS仍主要由雙側(cè)髖骨造成。其次，在SI和AP方向上，總曲線趨勢(shì)相似，說明兩個(gè)方向具有運(yùn)動(dòng)相關(guān)性。所有患者RMS和RMS平均值分別為0.06 mm和0.07 mm，該值大小同樣不足以對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果產(chǎn)生影響。從圖5可以看出，相同的結(jié)果（RMS＞RMS）也是由于骶骨和尾骨造成的；兩個(gè)方向上RMS和RMS均大于LR方向上相應(yīng)值，說明該角度上，標(biāo)記物不同方向位移大小對(duì)RMS貢獻(xiàn)大于骨骼貢獻(xiàn)（如果骨骼貢獻(xiàn)足夠大，RMS應(yīng)大于另外兩者，研究結(jié)果表明SI和AP方向上機(jī)架±90°時(shí)骶骨和尾骨對(duì)RMS貢獻(xiàn)較小，而標(biāo)記物位移貢獻(xiàn)的RMS超過了RMS值）；當(dāng)機(jī)架為0°時(shí)，兩個(gè)方向上均出現(xiàn)RMS峰值，RMS＞RMS的數(shù)值和結(jié)果分別證明雙側(cè)髖骨對(duì)RMS貢獻(xiàn)較小，且小于標(biāo)記物不同方向位移貢獻(xiàn)。相似的結(jié)果亦被其他試驗(yàn)者證明，例如Uffe等試驗(yàn)得到LR 0.02 mm，SI 0.09 mm，AP 0.07 mm的結(jié)果。Poulsen等試驗(yàn)結(jié)果也與上述一致（3個(gè)方向上分別為0.03、0.10、0.11 mm）。細(xì)微差別可能與樣本量（Uffe等為13例患者，Poulsen等為30例）、設(shè)備水平及掃描參數(shù)有關(guān)?？傊?個(gè)方向上RMS均不會(huì)影響校準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，說明前列腺癌KV級(jí)CBCT校準(zhǔn)中誤差主要來源為器官充盈度變化及內(nèi)植標(biāo)記物自身位移不確定性。因此，未來的試驗(yàn)中需擴(kuò)大樣本量，提高設(shè)備軟硬件水平和獲取圖像質(zhì)量，從而進(jìn)一步提高誤差分析精度，獲得更精確的結(jié)果。綜上所述，相比于直腸、膀胱等器官充盈度造成的靶區(qū)位移影響，盆腔區(qū)域骨骼結(jié)構(gòu)（髖骨、骶骨、尾骨等）對(duì)前列腺癌IGRT治療中基于內(nèi)植標(biāo)記物CBCT校準(zhǔn)的影響可以忽略不計(jì)，但仍需提高軟硬件水平，例如KV級(jí)CBCT掃描準(zhǔn)確度、單位時(shí)間獲取平片數(shù)量以及圖像分辨率。