宫颈癌IMRT同步剂量补偿高剂量率后装中CT参考点与固定等中心计划研究*

刘敏，王先良，王首龙，康盛伟，杨凤，汤婷，黎杰，王培

610041成都，四川省肿瘤医院·研究所，四川省癌症防治中心，电子科技大学医学院 放射肿瘤学四川省重点实验室

宫颈癌调强放射治疗(intensity modulation radia-tion therapy,IMRT)同步剂量补偿高剂量率后装技术是一种常见的宫颈癌后装放疗技术，在以后装内照射为基础的前提下，同时利用外照射同步补偿内照射剂量不能覆盖的区域[1-2]。IMRT同步剂量补偿高剂量率后装技术结合了后装内照射放疗与调强外照射放疗的优点，在保证内照射不降低肿瘤的局部控制率的同时，有效地保护了直肠、膀胱等危及器官。近些年来IMRT同步剂量补偿高剂量率后装技术得到迅速发展以及应用[3-6]。

在治疗过程中，医师勾画靶区后物理师分别进行内照射计划和外照射调强计划的优化和设计，然后患者在后装治疗室进行内照射治疗，再转运至直线加速器机房。外照射治疗之前，需要先找到CT参考点，然后根据等中心与CT标记点的相对距离，在机房进行移床找到等中心位置，再进行外照射治疗。相对于传统后装治疗，IMRT同步剂量补偿高剂量率后装技术治疗流程较多(图1)，耗费时间较长(2h左右)。特别是加速器机房移床的过程不仅会增加患者治疗的时间，加大机房工作量，占用机时，而且会在移床的过程中增加摆位误差，给患者的治疗带来一定风险。彭倩和加尔宝等[7-8]研究表明，CT参考点与等中心距离越远，摆位误差会有增大的趋势。本研究通过比较宫颈癌患者以CT参考点为等中心的情况下与目前临床计划差异的大小，以及利用统计的方法，分析出中危靶区(intermediate risk clinical target volume,IRCTV)几何中心距离耻骨联合上缘处的位置范围，为IMRT同步剂量补偿高剂量率后装治疗简化流程，缩短患者治疗的时间提供依据。

1 资料与方法

1.1 基本信息

回顾性分析四川省肿瘤医院2019年9～12月腹盆放疗组 ⅡA～ⅢB宫颈癌患者112例，其中接受根治放疗的患者64例，术后患者48例，年龄39～75(中位年龄46岁)。患者在接受4 500 cGy全盆腔调强外照射放疗后进行4～5次CT引导的IMRT同步剂量补偿高剂量率后装治疗，根治放疗的患者使用三管施源器，术后放疗的患者使用双管施源器。CT图像扫描应用CT 模拟机(Philips Big Bore)，扫描层厚3 mm，扫描范围自腰3椎体水平至会阴下缘水平，通过网络传输至Oncentra V4.3 计划系统(treatment planning system,TPS)。医生在患者CT图像上勾画出高危靶区(high risk clinical target volume， HRCTV)，IRCTV及危及器官(小肠、直肠、膀胱)。 HRCTV和危及器官的勾画大致遵循欧洲放射治疗协会推荐[9-10]， HRCTV主要包括肿瘤靶区以及阴道上段和宫体中下段，IRCTV在HRGTV的基础上再包括宫旁组织。直肠以直肠壁的外侧缘为界，上界为直肠乙状结肠交界处、下界为肛门；膀胱以外轮廓为界；小肠下接直肠与乙状结肠交界处，上到宫底上界以上两层。

图1 宫颈癌IMRT同步剂量补偿高剂量率后装技术流程图

耻骨联合一般位于脐下、身体中线处，厚度约2 cm，高度约为1.5 cm。从脐下开始，沿中线向下，碰到的第1个坚硬的部分就是耻骨联合的上缘，见图2中箭头所示处。

图2 耻骨联合上缘结构图

1.2 计划设计

在宫颈癌患者IMRT同步剂量补偿高剂量率后装计划设计中，目前临床上选择IRCTV的几何中心作为外照射计划等中心。处方剂量HRCTV为600 cGy/次，IRCTV为500 cGy/次，所有计划方案都使IRCTV的D90%达到处方剂量要求，危及器官剂量尽可能低。腔内照射和外照射计划都在Oncentra V4.3TPS上进行。内照射计划的优化采用模拟退火逆向计划(inverse planning simulated annealing，IPSA)+图形优化(Graphical)方式, 腔内照射处方剂量500 cGy。即先用IPSA进行初步优化,在此剂量分布基础上再采用 Graphical 方式手工拖动剂量线达到理想剂量分布[11]。内照射优化将使处方剂量尽可能地覆盖靶区，但不超过危及器官的剂量限制(膀胱最大剂量450 cGy，直肠、小肠最大剂量420 cGy)。外照射采用7～9野均分，以内照射计划为基准计划，设置内外联合计划目标参数(表1)，剂量的具体考虑和详细设计方法见文献[12-13]。在TPS原内外联合计划中复制一个新的外照射计划，将CT参考点设置为等中心，其它条件不变，优化结束后调节外照射权重系数，使得新计划中IRCTV D90%与原计划基本一致(相差不过1cGy)。比较原计划与CT参考点作为等中心两种情况下，计划中各个参数的变化。

表1 内外联合计划优化参数表

1.3 统计分析

本研究用 DVH 参数评估以CT参考点为等中心与原临床计划以IRCTV几何中心为计划中心两者之间的差异。利用自编DVH软件，将IRCTV D90%归一成500 cGy，分别统计HRCTV、IRCTV的D100%、D50%，以及膀胱、直肠、小肠的D0.1cc、D1cc、D2cc。通过统计VCTV,ref、VCTV、Vref的值，计算靶区适形指数(conformal index，CI)。

(1)

其中VCTV,ref表示处方剂量包括的靶区体积、VCTV表示靶区体积、Vref表示处方剂量包括的体积。CI值越大越接近1，靶区剂量适形度越好[14-15]。

分别统计宫颈癌患者根治和术后两种情况下，IRCTV几何中心距离患者耻骨联合上缘处的相对距离，即x，y，z以及三维向量距离D。

(2)

其中x表示左右方向距离；y表示头脚方向距离；z表示上下方向距离；

利用两种情况下计划参数，计算偏差。

(3)

其中Dct表示以CT参考点为计划中心所得计划参数，D0表示原计划参数。

利用SPSS 20.0软件进行配对样本t检验，对比分析两种情况下宫颈癌患者计划的差异。P<0.05为差异有统计学意义。进行独立样本t检验，对比分析宫颈癌患者根治和术后两种情况下x，y，z以及三维向量距离D的差异。

2 结 果

2.1 两种情况下靶区和危及器官剂量值比较

112例宫颈癌患者分别以CT参考点和IRCTV几何中心为等中心时靶区和危及器官剂量的统计数据见表2。两种情况下，IRCTV中 D100%，D50%，CI差异均无统计学意义(P>0.05)； HRCTV中 D100%、D90%、D50%相对于原计划剂量偏差分别为2.61±2.30、0.85±0.78、0.70±0.68(P<0.05)，CI差异无统计学意义(P>0.05)。膀胱和直肠D0.1cc、D1cc、D2cc剂量偏差分别为1.26±1.40、0.87±0.98、0.80±0.88和1.25±1.30、0.97±1.04、0.97±1.03(P<0.05)；小肠D0.1cc，D1cc，D2cc差异无统计学意义(P>0.05)。靶区参数的平均偏差在3%以内，而危及器官平均偏差在2%以内。

表2 以CT参考点与IRCTV几何中心为计划等中心数据统计

2.2 剂量偏差随IRCTV几何中心与CT参考点距离变化

相对于患者原临床计划，IRCTV中剂量参数偏差随IRCTV几何中心与CT参考点距离变化(图3)。将数据进行线性拟合后可以看到，IRCTV中D100%，D50%，CI的偏差均有随着两者之间距离增加而增加的趋势，其中D100%剂量变化最为显著(平均偏差2.71 %，最大偏差10.04 %)。随着距离的增加，HRCTV中D50%，CI的偏差也均有随着距离增加而明显增大趋势(图4)。而在危及器官中小肠变化最为显著:D0.1cc，D1cc，D2cc分别偏移了1.67%，1.46%，1.43%，而膀胱(最大偏差7.92%)和直肠(最大偏差5.67%)变化较小。线性拟合的结果表明危及器官的偏差有随距离的增加而减小的趋势，但变化的幅度不大(图5)。

图3 IRCTV参数随CT参考点与IRCTV几何中心距离变化

图4 HRCTV参数随CT参考点与IRCTV几何中心距离的变化

图5 危及器官参数随CT参考点与IRCTV几何中心距离的变化

2.3 IRCTV几何中心与耻骨联合上缘处相对距离

根治患者与术后患者IRCTV几何中心与耻骨联合上缘处相对距离：X方向分别为(-0.07±0.67) cm，(-0.09±0.55) cm(P=0.823)；Y方向分别为(2.58±1.07) cm，(1.23±0.99) cm(P<0.05)；Z方向分别为(-7.17±0.91) cm，(-6.84±0.90) cm(P<0.05)，三维向量D方向分别为(7.73±0.86) cm，(7.03±0.93) cm(P<0.05)(图6)。

图6 IRCTV几何中心至耻骨联合上缘处距离

3 讨 论

IMRT同步剂量补偿高剂量率后装技术是近年来迅速发展的后装技术，多项研究表明了它在临床中的特有优势[1-2,4-5]。目前该技术存在的主要瓶颈是增加了后装治疗的流程，延长了整个后装治疗的时间。为了解决这一问题，本研究比较了以CT参考点为等中心与目前临床计划中以IRCTV几何中心为等中心两组计划的差异。

研究结果表明在IRCTV D90%一致的情况下，两种计划靶区CI以及小肠剂量差异无统计学意义。靶区参数的平均偏差在3%以内，而危及器官平均偏差在2%以内。然而数据统计分析表明，将CT参考点设置为等中心会让HRCTV D100%，D90%，D50%增加的同时，也会一定程度使得膀胱和直肠D0.1cc，D1cc，D2cc量增加；其中对靶区D100%影响最大，IRCTV最大偏差达到10.04%，HRCTV最大偏差达到12.68%；而且随CT与IRCTV几何中心距离的变大，IRCTV中D100%，D50%，CI与HRCTV中D90%，D50%，CI的相对偏差均有随着距离增加而增大趋势。若是此时直接将CT参考点设置为等中心，虽然大部分宫颈癌患者放疗计划能满足临床要求，但是存在一部分IRCTV中心离CT参考点较远的宫颈癌患者计划与原计划相比差别较大，甚至不能达到临床要求。

桑勇等[16]研究表明在鼻咽癌外照射中不同等中心的选择会带来剂量学的差异，当等中心选择为原发肿瘤与淋巴结几何中心时，危机器官能得到更好的保护。赵永亮等[17]研究发现，CT参考点与等中心两者之间距离越远，摆位误差会有增大的趋势，只有减少两者之间的距离，才能确保精确放疗的实施。因此有必要在CT定位扫描阶段，控制CT参考点与IRCTV几何中心的距离范围，从源头处解决这一临床中存在的问题。

耻骨联合上缘处位于人体肚脐下、身体左右中线处，靠近体表，不仅在CT图像中容易观察，而且在CT定位过程中，肉眼亦易于识别。本研究统计了患者IRCTV几何中心距离耻骨联合上缘的距离，给CT定位时提供一定参考，缩短患者IRCTV几何中心与CT参考点之间的距离。统计结果表明根治与术后患者IRCTV几何中心与耻骨联合上缘在Y与Z方向差异有统计学意义，其中根治患者Y方向位于耻骨联合上缘处患者头方向2.58 cm处，术后患者Y方向位于耻骨联合患者头方向1.23 cm处。根治患者Z方向位于距离耻骨联合上缘下方7.17 cm处，而术后患者Z方向位于距离耻骨联合上缘下方6.84 cm处。X方向无论根治还是术后患者均位于体表左右方向中线。由于术后患者手术切除了宫体，宫颈以及部分阴道，因此IRCTV几何中心与根治患者有一定差别，定位时Y与Z方向应予以区分。根治患者相比术后患者Y方向靠近头方向1.35 cm，Z方向两者均接近于体表上下方向中线，根治患者靠下约0.33 cm。

需要注意的是耻骨联合上缘，不仅仅是一个“点”，事实上也是一个“面”，并且这个面有一定面积。文中选择耻骨联合上缘的几何中心定义为耻骨联合上缘处这一“点”(图2),由于CT层厚的影响再加上耻骨联合上缘本身并不是一个规则的几何图形，在将其识别为一个“点”的过程中，势必会存在一个误差。当耻骨联合上缘处在扫描的CT图像上时，可以清晰地识别出来，而大部分时候耻骨联合上缘处都在扫描的两层CT图像之间，系统通过插值的方式进行图像处理，头脚方向会存在一个误差，最大误差不超过一个CT层厚的距离，也就是3mm。而由于人体是左右对称的身体构造，同时骨与软组织有着较为清晰的边界，因此左右与上下方向误差非常小。文中通过耻骨联合上缘来确定一个IRCTV几何中心的大致的范围，从研究结果来看，只要控制住这个范围在大约3 cm内，两种计划的差别都不会太大。 由于这个范围远远大于识别耻骨联合上缘处“点”所产生的误差，因此对最终的结果产生的影响非常有限。

综上所述，在宫颈癌IMRT同步剂量补偿高剂量率后装治疗中，X方向按照左右体表中线，Y方向根治与术后患者分别按照趾骨联合上缘处患者头方向2.58 cm和1.23 cm，Z方向分别按照耻骨联合上缘下方7.17 cm和6.84 cm进行CT定位，能减少CT参考点与IRCTV几何中心的相对距离。在此基础上，宫颈癌患者可考虑在治疗过程中直接将CT参考点设置为计划等中心。

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