口服泛影葡胺对宫颈癌容积旋转调强放疗剂量分布的影响

吴晓维，崔相利

1.中国科学院合肥物质科学研究院/医学物理与技术中心/医学物理与技术安徽省重点实验室，安徽合肥230031；2.中国科学院合肥肿瘤医院放疗中心，安徽合肥230031

前言

宫颈癌是一种严重危害女性健康，影响女性生活质量的恶性肿瘤［1］。容积旋转调强技术（Volumetric Modulated Arc Therapy, VMAT）是一种新的放疗技术［2-4］，此技术越来越广泛地应用于宫颈癌放疗［5-7］。在勾画肿瘤时，为减少肠对肿瘤的干扰，采集宫颈癌患者定位CT 图像时需口服造影剂溶液［8］。口服造影剂可通过增加肠内容物的CT 值（Hounsfield Unit,HU）以便于显影［9］。但在实施放疗时，患者体内造影剂溶液已被完全代谢。因此，口服造影剂溶液所导致的肠内容物CT 值的增加可能导致患者体内的剂量分布异于放疗计划的剂量分布。为了探讨口服泛影葡胺溶液对剂量分布的影响，本研究分析了肠内容物为泛影葡胺溶液和常规容物时的剂量分布差异。

1 材料与方法

1.1 病例选择

选取2017 年10 月到2018 年5 月接受VMAT 的宫颈癌患者12例，年龄52～65岁，中位年龄61岁。

1.2 常规肠内容物的CT值

选择10 幅未做任何增强的腹部CT 图像。利用Monaco 5.1放疗计划软件勾画肠组织。因肠内存在气体，且气体的HU=-1 000，严重降低肠的平均HU值，所以本研究选用HU的最大值为常规肠内容物的CT值。

1.3 定位CT 图像扫描及靶区和危及器官（Organs-at-Risk,OAR）的勾画

患者在扫描定位CT 图像前1 h 排空膀胱，口服泛影葡胺溶液，配比为泛影葡胺（40 mL）：水（1 000 mL）。采用仰卧位，双手互握肘关节置头顶，双腿并拢，热塑膜固定，在患者体表和体膜上做好标记。使用Philips 公司的大孔径CT 模拟定位机（Philips Brilliance Big Bore CT）对患者进行CT成像。扫描参数为：扫描电压120 kV，曝光325 mAs，扫描层厚3.0 mm。将CT 图像传送到Monaco 5.1 放疗计划系统，根据RTOG 宫颈癌术后放疗临床靶区勾画指南［10］勾画临床靶区，临床靶区边缘外放1 cm形成计划靶区，定义为CT1。复制CT1，并更改肠内造影区CT 值为常规的肠内容物的CT值，定义为CT2。

1.4 放疗计划设计及比较

在Monaco 5.1 放疗计划系统中，对每位患者的CT1 图像设计VMAT 计划（Plan A）。VMAT 放疗采用双弧技术，处方剂量和OAR 限量要求均参照RTOG 0418［11］。放疗计划剂量均归一为95%以上体积的PTV达到处方剂量。将Plan A移植到CT2，保持所有参数不变，计算剂量（Plan B）。

利用计划靶区的均匀性指数（HI）［12］、适形度指数（CI）［13］、最小剂量（Dmin）、最大剂量（Dmax）和平均剂量（Dmean）分析口服泛影葡胺溶液对计划靶区剂量分布的影响；并利用OAR的V40、V30和V20分析口服泛影葡胺溶液对OAR受照剂量的影响。HI及CI的定义如下：其中，D2、D98和D50分别为包绕2%、98%和50%的计划靶区体积的剂量；TVDP、TV 和VDP分别为处方剂量包绕的计划靶区体积、计划靶区体积和处方剂量包绕的体积。

1.5 统计学方法

采用SPSS 19 软件包对数据进行统计学分析。Plan A 和Plan B 各项指标间的比较采用配对t 检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 常规肠内容物的CT值

分析10幅未做任何增强的腹部CT图像，其常规肠内容物的CT值的平均值为61.4。

2.2 口服泛影葡胺对计划靶区和OAR剂量分布的影响

利用式（1）和（2）计算宫颈癌患者计划靶区的HI和CI。图1为12例宫颈癌患者的计划靶区HI分布和对应的CI 分布。利用配对t 检验对Plan A 和Plan B中HI或CI进行分析，结果显示差异无显著统计学意义（P＞0.05）。详见表1。

图1 12例宫颈癌患者的HI和CI分布比较Fig.1 Comparison of homogeneity index(HI)and conformity index(CI)for 12 cervical cancer patients

表1 12例宫颈癌患者靶区均匀度和适形度及其差值M(A)-M(B)Tab.1 HI and CI of target areas and their difference value M(A)-M(B)of 12 cervical cancer patients

利用配对t 检验分析计划靶区Dmin、Dmax、Dmean和OAR（小肠、直肠和膀胱）V40、V30、V20的差异。结果显示计划靶区的Dmean、小肠的V40、V30、V20有显著统计学差异（P＜0.05）。详见表2。

表2 计划靶区最小、最大和平均剂量的相对百分比以及危及器官V40、V30、V20的相对百分比Tab.2 The relative percentages of the Dmin,Dmax and Dmean of planning target volume,and the relative percentages of the V40,V30,V20of OAR

3 讨论

由于小肠距离宫颈癌临床靶区较近，勾画临床靶区时两者交界处不易区分。为了更清晰地区分临床靶区和小肠，在定位CT扫描前1 h，患者需口服一定浓度的泛影葡胺溶液。但目前患者的放疗计划一般要在扫描定位CT图像数天后执行，此时泛影葡胺溶液已被排出体外。因此，口服泛影葡胺溶液会造成患者肠内容物在放疗计划设计和执行时CT值的差别。本研究发现患者口服泛影葡胺溶液的CT值为434 HU，对应的相对电子密度为1.243，而常规肠内容物CT值为61.4 HU，对应的相对电子密度为1.057。肠内容物相对电子密度的变化可能会影响宫颈癌患者的剂量分布［14-15］。

本研究利用Monaco 5.1计划系统中的Force ED的功能，把患者定位CT图像中肠造影区的CT值所对应的相对电子密度改为常规肠内容物的CT值所对应的相对电子密度，并分析了这两种情况下剂量分布的差异。研究结果显示，Plan A和Plan B中仅计划靶区的Dmean和小肠V40、V30、V20有显著的统计学差异，这可能与下列因素有关：（1）口服泛影葡胺溶液进入小肠后的CT值小于434 HU，浓度较低未能造成较大的剂量分布差异。当口服高浓度的泛影葡胺溶液时才可能会造成较显著的治疗计划剂量分布的差异，这一猜想在牛静等［16］和许志新等［17］的研究中已得到验证。牛静等［16］通过研究口服造影剂对胰腺癌VMAT剂量分布的影响，发现口服造影剂浓度对胰腺癌的剂量分布有一定的影响。当CT值HU＜800时，造影剂对剂量分布不会造成太大影响；当HU＞800时，此影响将显著增加。（2）相对于PlanA，Plan B中小肠造影区改为正常肠内容物的相对电子密度值1.057。这种相对电子密度的变化会导致射线通过路径的有效深度发生变化［14］。因此，当射线的路径为经过小肠到达计划靶区时，射线在Plan B中计划靶区沉积的剂量比PlanA更多，进而造成Plan B计划靶区的Dmean略高于Plan A，有显著统计学差异，但是此差异的绝对值较小（小于0.1%），满足临床要求。（3）宫颈癌放疗计划采用双全弧技术。双全弧技术的机架角可沿360°方向旋转两次，每2°可产生一个子野。针对贡献计划靶区剂量的子野，为满足正常组织对剂量的要求，该技术可从不同方向设置子野，即剂量可从不同部位到达计划靶区，进而较大程度地降低经过肠造影区的子野数，减小口服造影剂对计划靶区剂量分布的影响，所以除计划靶区Dmean，计划靶区的其他参数未发现统计学差异。Plan A和Plan B中的子野参数保持一致，但小肠的造影区相对电子密度改为1.057，这显著改变了小肠的剂量分布，因此，两种计划比较，小肠V40、V30、V20有显著统计学差异，但其他正常组织的相对电子密度无改变，因而，对应的剂量分布几乎没有变化，参数无统计学差异。

肖江洪等［18］研究造影剂对盆腔肿瘤术后调强放疗剂量计算的影响，发现计划靶区的Dmean、CI和膀胱V40均有显著统计学差异。顾文栋等［19］也研究了宫颈癌患者口服造影剂对盆腔剂量分布的影响。首先对每例患者设定VMAT计划，再人为把肠内容物CT值设置为水的CT值，保持两个计划的等中心位置、机架旋转的起止角度、处方剂量和权重等参数一致，且两种计划的处方剂量都平衡至相同值，该研究结果显示计划靶区的CI和HI、小肠V30、股骨头V35及膀胱V45都无统计学差异。为克服小肠内造影剂对射线衰减的影响，机器跳数的增加和更改肠造影区的CT值为常规肠内容物CT值所获得的结果是相似的。此外，与顾文栋等［19］的研究相比，本研究把肠内容物设置为常规肠内容物的CT值更接近临床实际情况。Zhang等［20］也研究了口服造影剂在宫颈癌术后放疗中对盆腔剂量分布的影响，发现口服造影剂对计划靶区和周围正常组织剂量的影响无显著统计学意义。

综上所述，为了提高肿瘤靶区和OAR勾画的准确性，扫描定位CT图像时可口服被稀释过的造影剂，但应尽量避免口服高浓度的造影剂溶液。目前口服的造影剂溶液［配比=泛影葡胺（40 mL）：水（1 000 mL）］对放疗剂量分布的影响可以忽略。