膀胱和直肠体积变化对前列腺癌调强放疗靶区剂量的影响

李 明，王 婵，李高峰(通讯作者)，张绍刚

(北京医院 放疗科，北京100730)

膀胱和直肠体积变化对前列腺癌调强放疗靶区剂量的影响

李 明，王 婵，李高峰(通讯作者)，张绍刚

(北京医院 放疗科，北京100730)

目的:应用图像引导放射治疗(Image—guided radiotherapy，IGRT)技术，观察膀胱、直肠在治疗中的变化，分析其对治疗的影响。方法:入选16例接受根治性调强放疗的前列腺癌患者，共行KVCBCT在线校正治疗体位214次。在模拟CT和锥形束CT(cone beam CT，CBCT)图像上勾画CTV、膀胱及直肠，观察膀胱、直肠体积和位置变化，分析其对治疗的影响。结果:治疗过程中膀胱和直肠的充盈度有较大变化。PTV95与膀胱、直肠的移动具有相关性，相关系数分别为0.293、0.171。直肠体积与PTV95的相关系数为0.112，说明两者存在一定相关性。对于PTVmin而言，除上述各指标之外，与膀胱体积有一定相关性，相关系数为－0.126。结论:在前列腺癌的调强治疗中，使膀胱、直肠尤其是后者尽量复原定位时状态，对保证靶区受量及减少直肠受照有明显意义。

前列腺肿瘤/调强放射疗法;图像引导放射治疗;图像配准;剂量学

图像引导放疗(IGRT)是目前肿瘤精确放射治疗技术发展的趋势，IGRT技术在前列腺癌的治疗中得到了广泛的应用。系列研究证明，IGRT技术可减小前列腺癌放射治疗的摆位误差，进而减小外放间距，并可观察正常器官变化情况，减少由于膀胱和直肠变化而对肿瘤局控率产生的影响［1］。本研究试图探讨膀胱和直肠充盈度对靶区的潜在影响。在模拟 CT和锥形束 CT(cone beam CT，CBCT)图像上勾画CTV、膀胱和直肠，比较膀胱、直肠体积和位置变化，分析其对放射治疗的影响。

1 材料与方法

1.1 患者一般情况:从2013年11月～2014年10月期间在我科行根治性放疗的100余例局限期前列腺癌患者中选择不同分期、分组及CBCT次数的病例代表共16例，放疗计划的特点是所有病例靶区CTV只包括前列腺±精囊，均接受IGRT治疗共214次。

1.2 CT模拟定位和IMRT计划设计:CT定位前0.5h排空直肠膀胱，口服500mL水充盈膀胱。仰卧位，双手上举抱肘置额前，采用真空气垫固定体位。采用飞利浦大孔径 CT定位机(Philips Brilliance Big Bore CT－Simulation)进行CT扫描，根据靶区规定勾画靶区，CTV包括整个前列

腺及其包膜±精囊，计划靶区PTV为临床靶区CTV外放7～8mm，直肠方向5mm。处方剂量是95%PTV 76－80Gy/38－40f/7.5－8w，使用Varian Ecilpse11.0治疗计划系统进行IMRT计划设计，治疗计划与CT图像通过网络系统传输至Varian iX医用直线加速器。

1.3 在线图像引导及配准:治疗前患者按定位时要求充盈膀胱，排空直肠。真空气垫固定体位，进行等中心摆位。采用 Varian iX医用直线加速器(配有OBI CBCT图像系统)进行CBCT扫描。OBI系统对CBCT图像和定位CT图像进行在线自动配准，之后由临床医师评价前列腺、精囊及周围正常组织(如直肠、膀胱等)在横断面及矢状面的匹配情况，或进行手动微调。图像配准符合要求后，OBI自动计算出X(左右)、Y(升降)和Z(头脚)三个方向的摆位误差。当各方向误差≤3 mm时，即行放疗;若某方向摆位误差＞3 mm，则在相应方向上通过调整治疗床位置来纠正或重新摆位。

1.4 离线再计划:离线整理 CBCT数据，通过ARIA网络借助治疗计划系统在每个CBCT图像上勾画CTV和正常器官，PTV为CTV外放7～8mm，直肠方向5mm。之后按照在线自动配准融合结果，将三个方向摆位误差引入原定位CT，通过改变照射野等中心参数重新计算剂量，统一处方剂量是95%PTV 78Gy/39f，并将CBCT上勾画的正常器官复制到对应的定位CT图像上进行评价。

1.5 评价参数:用Varian Ecilpse11.0治疗计划系统评估测量的参数。计划靶体积(PTV)95%体积剂量(D95)，最大剂量(Dmax)，最小剂量(Dmin)，平均剂量(Dmean)。正常器官的评价参数包括:(1)膀胱、直肠总体积(BV、RV)，(2)在CBCT上勾画实际接受照射的膀胱、直肠位于的PTV内的部分占膀胱、直肠总体积的百分比(BVP、RVP)，(3)膀胱、直肠的前后位移(BM、RM)。

1.6 统计学方法:PTV体积剂量、膀胱和直肠的体积及位移用平均值±标准差(¯x±s)表示，用SPSS17.0统计软件处理上述参数，对再计划与原计划结果行配对t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。并采用相关性分析探讨膀胱、直肠位移和膀胱、直肠体积对靶区受照剂量的影响，检验水准α =0.05。

2 结果

2.1 膀胱、直肠的位移

分次治疗时，膀胱、直肠可有不同程度的位移，主要表现在前后方向。将CBCT图像与模拟CT图像融合，选取从最下一层开始向上CTV所在的十个层面(膀胱为六个层面)，测量实际膀胱、直肠前壁与定位时的距离，规定向前(腹侧)移位为正，向后(背侧)移位为负。各测量结果的平均值为该次分次治疗的膀胱、直肠位移。结果见表1、2。可见直肠平均位移为0.018±0.299，最大位移为向前1.04cm。膀胱平均位移为0.097± 0.611，最大位移为向前3.35cm。

2.2 膀胱体积变化

分次治疗时，膀胱的体积和形状可有不同程度的变化，尽管CT模拟定位和分次治疗前使用了统一的准备方法，目的是使膀胱保持在相对一致的充盈状态，但膀胱充盈度在治疗中仍存在较大的差别，结果见表3。病人之间的膀胱体积差异较大，模拟CT的结果波动于62.23～526.52cm3。实际治疗时的膀胱体积较定位时普遍偏小(160.74± 82.47cm3vs 161.25±116.87cm3)，但病人之间的差异同样显著，波动于53～452cm3。同一病人分次治疗间膀胱体积的差异最大者可相差5.18倍(87.21cm3vs 452cm3)。

表1 直肠移动范围

表2 膀胱移动范围

表3 模拟定位膀胱体积与实际治疗膀胱体积比较

以分次扫描的CBCT图像中膀胱、直肠占勾画的PTV体积的比例来衡量膀胱、直肠大小变化及与靶区的关系。可见分次治疗时膀胱占PTV体积的百分比与模拟CT相比普遍有较大差异，比值最小者为0.33(0.04 vs 0.12)，最大者为5(0.15 vs 0.05)。每例患者实际治疗时的平均值与各自模拟CT的比值波动于0.573～2.433之间。结果见表4。

表4 模拟定位膀胱占PTV体积比例与实际治疗情况比较

2.3 直肠体积变化

分次治疗时，直肠的体积、形状和位置可有不同程度的变化，尽管要求患者在定位和治疗前排空直肠，仍可见直肠体积有较大差异，结果见表5。不同病人的直肠体积差异较大，模拟CT的结果波动于33.16～138.46cm3。实际治疗时病例之间的差异也很显著，波动于32.31～231.41cm3。同一病人分次治疗间的差异最大者可相差 3.34倍(196.88cm3vs 58.84cm3)。与膀胱类似，直肠位于CBCT勾画的PTV范围内的部分占其总体积的比例，结果见表6。可见分次治疗时CTV层面内直肠占PTV体积的比例与模拟CT相比有一定差异，比值最小者为0.66(0.04 vs 0.06)，最大者为3.6(0.18 vs 0.05)。每例患者实际治疗时的平均值与各自模拟CT的比值波动于0.985～1.975之间。

表5 模拟定位直肠体积与实际治疗直肠体积比较

表6 模拟定位直肠占PTV体积比例与实际治疗情况比较

2.4 再计划靶区剂量变化

16例患者再计划PTVD95和PTVDmin明显低于原计划，说明摆位误差对靶区受量有影响。结果见表7。

表7 16例患者再计划与原计划的PTV剂量体积参数比较

2.5 各参数对治疗的影响

用SPSSl7.0分析PTV95与各参数的相关性。P＜0.05表示两个参数间存在相关性，相关性系数为Pearson Correlation，结果见表8。由结果可知PTV95与膀胱、直肠的移动具有相关性，相关系数分别为0.293、0.171。直肠体积与PTV95的相关系数为0.112，说明两者存在一定相关性。PTV95与其他指标缺乏明显相关性。对于PTVmin而言，除上述各指标之外，与膀胱体积有一定相关性，相关系数为－0.126。

3 讨论

前列腺癌放疗过程中靶区的变化分为以下三种情况:分次间移位、分次间形变和分次内移位。分次间移位主要由摆位误差和邻近器官充盈度决定，是造成治疗过程中前列腺移位的主要原因。

表8 PTV－－Pearson Correlation(P值)

通过本研究可见，PTV95与膀胱、直肠的移动具有相关性，相关系数分别为0.293、0.171。直肠体积与PTV95的相关系数为0.112，说明两者存在一定相关性。对于PTVmin而言，除上述各指标之外，与膀胱体积有一定相关性，相关系数为－0.126。尽管CT模拟定位前与每次治疗前均使用了统一的准备方法，期待膀胱保持在相对一致的充盈状态，但膀胱的充盈度仍存在较大的差别。尽管分次治疗前患者按医嘱憋尿充盈膀胱，但实际治疗时的膀胱体积较定位时普遍偏小，可能与饮食、身体状况、准备时间等因素有关。膀胱体积的变化直接影响到PTV内受照射膀胱的体积，其充盈度对CTV形状也有很大的影响。本研究发现患者间膀胱体积存在很大差别，同一患者在治疗中膀胱体积也存在很大的差别。因此，治疗必需个体化，对于精确定位的病人，在定位和每次治疗前，最理想的方式是采用排空膀胱再通过导尿管等方式注入固定数量液体，使膀胱体积相同，减少膀胱充盈度对CTV的影响。

直肠的充盈状况目前研究认为对前列腺移位影响显著，特别在前后方向［2，3］，这一点也在本研究中得到了证实。如果每次治疗中直肠内放入气囊，可能会起到以下作用:对前列腺位置的内固定，标记膀胱后部和改善直肠受照剂量。Teh等对10名患者的研究发现，直肠气囊的应用可一定程度减小前列腺移位，前后及左右移位都在1mm以内，上下移位的标准差为1.78mm［4］。但van Lin等对52名患者的对照研究认为对植入标记物的前列腺经校正后而言，直肠气囊并无额外贡献［5］。

但直肠气囊对直肠的保护作用受到一致肯定。Patel［6］、Teh［7］、vail Lin［8］等研究发现直肠气囊可显著降低直肠受高剂量照射的体积、直肠气囊和组织交界区域的受照剂量、减轻了直肠毒性反应。

直肠扩张是治疗失败的独立预后因素，其原因在于导致放射靶区的前移，如果有条件每天做CBCT引导摆位，可有效避免这一因素的干扰。且TV外扩范围可缩小至3～5 mm，明显减少直肠出血等不良反应的发生。

4 结论

基于16例患者再计划的PTVD5和PTVDin明显低于原计划，说明摆位误差对靶区受量有影响。具体与PTV95具有相关性的是膀胱、直肠的移动以及直肠体积。而对于PTVDin而言，除上述各指标之外，尚与膀胱体积有一定相关性。因此在前列腺癌的调强治疗中，对膀胱、直肠充盈体积做到较好的管理，尤其是直肠充盈度，使之尽量复原定位时状态，对保证靶区受量及减少直肠受照有明显意义。

［1］ Kupel ian PA，Langen KM，Wi l loughby TR，et al.Image—Guided Radi otherapy for Local i zed Prostate Cancer:Treat i ng a Movi ng Target.Semin Radiat Oncol，2008，18:58－66.

［2］Ghilezan MJ，Jaffray DA，Siewerdsen JH，et al.Prostate gland motion assessed with cine—magnetic resonance imaging(cine－MRI).Int J Radiat Oncol Biol Phys，2005，62:406－417.

［3］Padhani AR，Khoo VS，Suckling J，et al．Evaluating the effect of rectal distension and rectal movement on prostate gland position using cine MRI.Int J Radiat Oncol Biol Phys，1999，44:525－533.

［4］Teh BS，McGary jE，Dong L，et al.The use of rectal bal loon during the del ivery of intensity modulated radiotherapy(IMRT)for prostate cancer:More than just a prostate gland immobilization device?Cancer J，2002，8:476－483.

［5］van Lin EN，van der Vight LP，Witjes JA，et al.The effect of an endorectal balloon and off—line correction on the interfraction systematic and random prostate position variations:A comparative study.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2005，61:278－288.

［6］Patel RR，Orton N，Tome WA，et al.Rectal dose sparing with a balloon catheter and ultrasound localization in conformal radiation therapy for prostate cancer.Radiother Oncol，2003，67:285－294.

［7］Teh BS，Dong L，McGary JE，et al.Rectal wal 1 sparing by dosimetric effect of rectal bal loon used during intensity－modulated radiation therapy(IMRT)for prostate cancer.Med Dosim，2005，30:25－30.

［8］ van Lin EN，Kristinsson J，Philippens ME，et

al.Reduced late rectal mucosal changes after prostate three—dimensional conformal radiotherapy with endorectal balloon as observed in repeated endoscopy.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2007，67:799－811.

Effect of bladder and rectum volume changes on target dose distribution for image guided prostate cancer radiotherapy

LI Ming，Wang Chan，LI Gao－feng，ZHANG Shao－gang
(Department of Radiation Oncology，Beijing Hospital，Beijing100730，China)

LI Gao－feng.Email:lgf6243@163.com

Objective:To observe the motions of normal tissues and organs，and analyze their impact on treatment by using image－guided radiotherapy(IGRT).Metheds:16 patients with prostate cancer undergoing IMRT were enrolled onto the study and 214 CBCT imagings were obtained from this study.The CTV，bladder and rectum were contoured on all CT scans to examine their volume and position changes，and to evaluate their impact on the treatment.Results:Volumes of the bladder and rectum were observed to have a relatively significant variation during the treatment.There are correlations between PTV95 and the motions of bladder and rectum，correlation coefficients were 0.293 and 0.171.The correlation coefficient of rectal volume and PTV95 was 0.112，that there is a certain correlation.For PTVmin，in addition to the above indexes，and there is a certain correlation between bladder volume，the correlation coefficient is－0.126.Conclusions:The state recovery when positioning of bladder and rectum especially the latter has obvious significance to ensure the target dose and reduce exposure of rectum for image guided prostate radiotherapy.

Prostate neoplasms/intensity modulated radiotherapy;Image－guided radiotherapy;Alignment;Dosemetry

TH774

A

1002－2376(2015)06－0005－05

2015－03－23