螺旋断层MVCT在鼻咽癌自适应放射治疗中的剂量学研究*

倪千喜 朱 俊 庞金猛

在放射治疗过程中，由于肿瘤靶区体积消退、患者体重变化等原因，致使肿瘤与周围危及器官(organ at risk，OAR)的相互位置关系发生变化，在人体内的放射治疗剂量分布也会随之发生改变。因此，自适应放射治疗(adaptive radiation therapy，ART)技术[1-3]应用越来越广泛。鼻咽癌目前以调强放射治疗(intensity modulated radiation therapy，IMRT)为主要治疗方法，自适应放射治疗应用优势显著[4-5]。

由于螺旋断层放射治疗系统(tomotherapy，TOMO)兆伏级(megavoltage CT，MVCT)成像(TOMO-MVCT)与治疗同源，成像精度高，TOMOMVCT在自适应放射治疗中扮演着重要角色。本研究通过比较TOMO-MVCT与放射治疗计划常规采用的千伏级CT(kilovoltage CT，kVCT)在放射治疗剂量计算方面的差异，分析TOMO-MVCT在鼻咽癌ART中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

随机选取2018年1-7月在湖南省肿瘤医院就诊期间采用TOMO放射治疗的10例鼻咽癌患者，其中男性7例，女性3例；年龄32～74岁，中位年龄46岁。本研究经医院伦理委员会批准。所有患者均知情同意，并签署知情同意书。

1.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准:①经过病理证实为鼻咽癌患者；②放射治疗为根治手段。

(2)排除标准:①发生远处转移；②放射治疗非根治手段。

1.3 仪器设备

LightSpeed型CT模拟定位机(美国GE公司)；CIRS 062M型电子密度模体(美国CIRS公司)

1.4 治疗方法

(1)模拟定位与计划设计:采用LightSpeed型CT模拟定位机进行CT扫描。扫描层厚为鼻咽原发区域内3 mm/每层，治疗区域外5 mm/每层，扫描范围为颅顶至胸骨切迹下2 cm。采用Accuracy Planning Station计划系统(TomoHDTM Version 2.1.3)进行计划设计。

(2)靶区与OAR勾画:根据国际辐射单位与测量委员会(International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU)50号和62号文件[6]原则勾画靶区和重要器官，结合患者病理、影像资料勾画肿瘤靶区(gross tumor volume，GTV)、临床靶区(clinical target volume，CTV)和计划靶区(planning target volume，PTV)；OAR勾画包括脑干、脊髓、晶体、眼球、视神经、垂体及腮腺等。

(3)MVCT图像获取:采用TOMO治疗系统采集患者首次治疗时的MVCT图像。采集范围为患者PTV及外放2 cm区域。

(4)CT相对电子密度曲线获取:采用CIRS 062M型电子密度模体，分别在LightSpeed型CT模拟定位机和TOMO治疗系统(TomoHD)进行测量。①kVCT测量条件:管电压为120 kV，管电流为100 mAs；②MVCT测量条件:能量为3.5 MV，获取CT电子密度(electron density，ED)曲线。

1.5 图像融合配准与剂量计算

(1)图像融合配准。在TOMO治疗计划系统中，将采集到的MVCT图像与放射治疗计划用的kVCT图像进行融合配准。配准参数选择骨和组织配准(Bone and tissue technique)方式，配准分辨率选择超精细分辨率(Super fine resolution)，配准移动先选择平移+俯仰、偏转及旋转(Translation+Pitch，Yaw，Roll)自动配准。若匹配结果显示Pitch和Yaw两个方向旋转误差＞3°，则重新摆位采集MVCT，再选择Translation+Roll二次配准。射野等中心左右(X轴)、头脚(Y轴)和前后(Z轴)3个方向的平移误差≤3 mm，旋转误差≤3°，则认可配准结果。

(2)剂量计算。将已批准用于治疗的放射治疗计划导入至MVCT图像中，选用实际测量得到MVCT的ED曲线，不更改任何计划参数，直接进行剂量计算。比较基于MVCT和kVCT图像的靶区和OAR剂量分布差异，并进行统计分析。

1.6 剂量评价参数

评价GTV和PTV的D95、D98及D2剂量参数；OAR的脑干、脊髓、晶体、眼球、视神经及垂体的Dmax剂量参数；腮腺D50的剂量参数。

1.7 统计学方法

采用SPSS22.0统计软件对分别基于MVCT和kVCT进行剂量计算的靶区和OAR的剂量差异进行配对t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 相对ED曲线

测量得到的kVCT与MVCT的相对ED曲线的CT值在-1200～0范围内，两者相对ED差异很小，均呈线性分布，见图1。

图1 MVCT与kVCT的相对电子密度曲线

表1 MVCT与kVCT图像的GTV及PTV剂量分布相对误差比较(±s)

表1 MVCT与kVCT图像的GTV及PTV剂量分布相对误差比较(±s)

*注：表中GTV为肿瘤靶区；PTV为计划靶区

表2 基于MVCT与KVCT图像的OAR剂量分布相对误差比较(±s)

表2 基于MVCT与KVCT图像的OAR剂量分布相对误差比较(±s)

2.2 靶区与OAR剂量分布比较

(1)基于MVCT和kVCT图像进行剂量计算，靶区GTV、PTV，OAR脑干、脊髓、晶体、眼球、视神经、垂体及腮腺的剂量计算相对误差均＜2%。其中，GTV的D95、D98和D2剂量计算差异有统计学意义(t=-2.802，t=-2.830，t=-2.935；P＜0.05)，见表1。

(2)靶区PTV和OAR的剂量计算差异无统计学意义(P＞0.05)，见表2。

(3)MVCT与kVCT图像剂量计算的层面剂量分布比较，其差异较小，见图2。

图2 基于MVCT与kVCT影像剂量计算的剂量分布比较

3 讨论

在放射治疗实施过程中，当肿瘤缩小时周围正常组织替代了肿瘤原来位置，导致其周围正常组织接受了肿瘤所需照射的处方剂量，而高剂量对于正常组织而言却无必要。在肿瘤缩小的基础上，再次针对肿瘤缩小后的体积制定放射治疗计划相当有必要。Guckenberger等[7]对局部晚期非小细胞肺癌患者放化疗过程中采用ART技术提高放射治疗剂量的可行性进行研究，其结果显示，肿瘤体积每天消退1.2%，治疗6周后残余(49±15)%的GTV体积。采用ART治疗方案后，在不改变GTV原有剂量覆盖率的前提下，肺组织平均剂量下降5.0%～7.9%，GTV剂量从66.8 Gy提升至73.6 Gy，可以提高肿瘤局部控制率。

TOMO治疗系统的MVCT成像与治疗同源，成像精度高，MVCT在ART中应用越来越广泛。

在鼻咽癌IMRT放射治疗过程的OAR中，腮腺体积变化较为显著[8-10]。本研究显示，利用MVCT直接用于剂量计算，左腮腺和右腮腺的D50相比于kVCT的相对误差分别为(0.65±1.11)%和(0.26±0.86)%。

Duchateau1等[11]研究显示，在ART中应用MVCT于剂量计算，需要同步采集其相对ED曲线，确保剂量计算准确。本研究结果显示，测量得到的kVCT与MVCT的相对ED曲线的CT值在-1200～0范围内，两者相对电子密度差异很小，均呈线性分布。

戴相昆等[12]研究显示，MVCT的CT值与电子密度呈较好的线性和稳定性，MVCT与kVCT间的剂量计算误差均≤±3%，平均误差为1.27%。Pukala等[13]研究表明，基于MVCT和kVCT的计算剂量误差为-1.4%～0.6%。有研究报道，将MVCT与kVCT进行形变配准后，MVCT可以用于ART的计划优化与计算[14-17]。本研究结果表明，根据肿瘤靶区与OAR的剂量统计分析结果，分别基于MVCT与kVCT图像的剂量计算差异较小。靶区GTV、PTV的最大剂量D2、最小剂量D98、95%体积处方剂量D95，串行OAR脑干、脊髓、晶体、眼球、视神经、垂体的最大剂量Dmax，并行OAR腮腺的50%体积照射剂量D50的剂量计算相对误差均在2%以内。

在鼻咽癌ART临床实践中，需要多次采集MVCT影像用于放射治疗计划的修改。由于每次MVCT的采集参数设置是一致的，对应的相对电子密度曲线是不变的，从而所产生的放射治疗剂量计算误差是不变的。因此，本研究对于患者首次治疗时的MVCT影像直接用于放射治疗剂量计算误差的研究结果可用于ART全过程。

TOMO的MVCT图像可以直接用于放射治疗计划剂量计算，完全满足鼻咽癌ART中的临床应用要求。相对于kV-锥形束计算机断层摄影(cone-beam computed tomography，CBCT)而言，TOMO的MVCT具备成像精度高、剂量计算准确的优势。