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，但會增加放療毒性的風險，給周圍正常組織帶來嚴重的損害，特別是放射性膀胱炎導致了患者的生活質(zhì)量嚴重下降[1]。目前較為先進的放療技術(shù)如調(diào)強放療技術(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、劑量凹陷對靶體積提供高適形劑量且對危及器官(Organ at risk，OAR)的受照劑量明顯減少的優(yōu)勢，因此具有較低的放射性損傷而得到了廣泛的應用[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，顯示當次治療時正常組織的狀態(tài)信息，具有代表性的是Varian機載錐形束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不可避免的產(chǎn)生放療靶區(qū)及器官的形變。治療前計劃初始的劑量體積直方圖(Dose-Volume histogram，DVH)是評估放射治療劑量的基礎，它表示了初始定位時靶區(qū)和危及器官的劑量，而所包含的實際照射劑量的信息很少，為了有效的對膀胱照射劑量以及膀胱形變后的漏靶體積進行準確評估，本文借助于CBCT圖像，與定位圖像進行融合后，將當次治療時靶區(qū)及膀胱輪廓復制到定位CT圖像中來研究宮頸癌患者在當次治療時膀胱的劑量學變化以及對于靶區(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行憋尿以感覺舒適為宜，不刻意設置膀胱體積，并且需要排空直腸，必要時給予瀉藥?；颊卟捎醚雠P位雙手抱肘，用低溫熱塑模固定患者體位，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給宮頸癌患者進行平掃定位與增強定位，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三維激光燈和鉛點做好體表標記點，經(jīng)網(wǎng)絡以Dicom格式傳至我院Varian Triology醫(yī)用直線加速器配備的Eclipse13.6治療計劃系統(tǒng)中 ，其中增強CT掃描用以協(xié)助進行靶區(qū)勾畫。

1.2 靶區(qū)與危及器官的勾畫原則 根據(jù)國際輻射單位和測量委員會(International Commission on radiation units and measurements，ICRU)50號和62號報告原則[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得到目標計劃體積(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)強計劃設計 宮頸癌處方劑量均為50Gy/25F，2Gy。物理師根據(jù)靶區(qū)設計7野逆向調(diào)強計劃，采用6MV X射線，大機架角為0°、50°、100°、150°、210°、260°、310°，小機頭與治療床角度均為0°。采用AAA(Anisotropic Analytic Algorithm)算法進行優(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)化時同時控制好熱點，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)化時給與PTV較高的權(quán)重，給與OAR較低的權(quán)重。

表1 計劃靶區(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機型具有千伏級機載CBCT，其掃描長度為16cm[8]，每位宮頸癌患者在做治療前進行CBCT圖像采集，每周1次，共5次。由同一位放療醫(yī)師對10位宮頸癌患者在當次治療時獲取的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)時需兼顧瘤體移動，主要將對膀胱鄰面進行修改，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)以骨性標志匹配后復制到定位CT圖像中，分別獲取定位時與當次治療時膀胱質(zhì)心的三維坐標點，保持原計劃不變(不需要重新優(yōu)化)重新計算膀胱的劑量分布，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，以及定位與當次治療時膀胱輪廓，不進行重新優(yōu)化，可直接獲取出與之對應的膀胱受照劑量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) 定位和當次治療時膀胱體積及其變化，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)心的三維坐標點，分別比較上下、前后、左右方向的位移差，利用散點圖來表示，見圖3。

圖3 膀胱體積變化對其上下、前后、左右六個方向的影響

膀胱體積與上下方向的相關(guān)系數(shù)為0.964，可認為是強相關(guān),與前后方向的相關(guān)系數(shù)為-0.678，可認為是中度相關(guān),差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，與左右方向相關(guān)系數(shù)為-0.169，可認為無相關(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)心移動方向大概率表現(xiàn)為向上、前方移動，并且與向上方移動有極高的相關(guān)性，移動幅度最大；而對于左右方向的移動，由于個體化差異，具有一定的隨機性。

2.4 膀胱充盈程度變化對膀胱劑量學的影響 膀胱充盈程度變化所帶來的劑量學變化，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，見圖4。

圖4 膀胱體積變化對其自身劑量V30、V40、V50 及Dmean的影響

可以得出隨著膀胱體積的增大，膀胱當次照射V30、V40、V50、Dmean都呈現(xiàn)減小的趨勢，其相關(guān)系數(shù)分別為-0.872、-0.805、-0.593、-0.795，差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。膀胱體積的增加與V30、V40、Dmean降低呈強相關(guān)，與V50的降低呈中度相關(guān)(均P<0.05)。結(jié)果說明當膀胱體積增大時，V30、V40、V50大概率減小表現(xiàn)為膀胱體積相對增量的百分比(絕對值)大于其卷入30Gy、40Gy以及50Gy等劑量線膀胱體積相對增量的百分比(絕對值)，以50Gy劑量線為例，某次定位時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。這是因為膀胱左右毗鄰股骨頭、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)相對固定的特點，當膀胱體積增加時，就會向上擠壓小腸、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)心移動方向為上、前向，即膀胱向著遠離靶區(qū)的方向移動。

2.5 膀胱充盈程度的變化對靶區(qū)的影響 膀胱充盈程度的變化引起臨床靶區(qū)CTV及計劃靶區(qū)PTV的變化，修改每次治療時的臨床靶區(qū)CTV以及計劃靶區(qū)PTV，分別統(tǒng)計定位時和當次治療時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)計學意義(P<0.05)。結(jié)果說明當膀胱體積變化大于200mL時漏靶體積明顯增加。

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)以及小腸蠕動都會引起各個危及器官以及靶區(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，充盈膀胱時可降低膀胱、直腸受量以及保護小腸等重要器官，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)強放射治療中膀胱充盈度的不同會帶來膀胱質(zhì)心的位移以及膀胱自身的劑量學差異[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)強放射治療中膀胱體積的變化對于實際治療膀胱受量的影響，發(fā)現(xiàn)大部分患者實際膀胱受量高于預期的原因是由于隨著放療次數(shù)的增加，膀胱機能退化而造成治療時尿量減少，從而導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差異，認為初始的治療計劃不能準確代表正常組織受量，并且有部分患者的靶區(qū)未達到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。以上學者都是基于膀胱劑量和95%劑量線CTV漏照體積進行分析，未對治療時膀胱準備作出詳細論述，本文基于錐形束CT技術(shù)在上述研究的基礎上直接對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是由于膀胱質(zhì)心表現(xiàn)為向上、前方向移動而遠離靶區(qū)，最大可達數(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期劑量的差異，并且評估了當次放療中漏照靶區(qū)的體積大小，從而準確評估宮頸癌患者發(fā)生放射性膀胱炎以及靶區(qū)漏照的風險，結(jié)果顯示，膀胱體積變化小于200mL可有效減少漏照的風險。本研究有待完善之處：①CBCT軟組織成像效果不及CT圖像，對膀胱以及靶區(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，如要準確評估膀胱劑量還需行每日CBCT掃描。③CBCT掃描長度只有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)來評估，對于實際靶區(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掃描可準確評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確評估提出了一種切實、有效的方法，在放療治療前使用膀胱容量測量儀測量尿液體積對于保持膀胱體積的一致性具有較大價值。