探讨膀胱体积在分次间变化对宫颈癌三维在体剂量的影响

余辉，叶琳燕，张书旭

广州医科大学附属肿瘤医院 放疗中心，广东 广州 510095

引言

尽量保持患者的解剖结构与定位CT时一致，是患者获得计划预期剂量的基础。在宫颈癌放疗过程中，膀胱充盈会引起周围器官的形变位移[1-4]，使患者的盆腔解剖结构发生变化，所以控制膀胱体积是每次放疗前的准备工作之一。目前绝大多数单位采用患者自主控制膀胱体积的办法，要求患者在放疗时提前一定时间喝水憋尿，当排尿感觉大致与定位CT时相同，开始进行治疗。由于自主控制膀胱体积的主观意识较强，因人而异，有资料显示，随放疗次数的增加，膀胱的憋尿功能会减弱[5-6]，这些因素导致膀胱体积在分次间变化较大，不同程度地改变患者的盆腔解剖结构，使得患者的实际治疗剂量（即三维在体剂量）偏离计划预期剂量。

近年来，基于电子射野影像系统（Electronic Portal Imaging Device，EPID）的三维在体剂量监测是研究热点之一，该技术使用直线加速器自带的EPID设备测量实际治疗射束穿透患者后的射线，通过数学方法反推到患者的解剖影像，重建患者在实际治疗中的剂量分布[7-9]。广州瑞多思医疗科技有限公司开发的EDOSE系统是一款基于EPID的三维在体剂量监测软件，在使用过程中，只须建立它与EPID设备之间的网络通信，即可进行在体剂量监测，不会影响患者的正常治疗，使用方便，工作效率高。本文拟采用EDOSE V5.0系统与Elekta Synergy直线加速器的EPID设备，获取宫颈癌患者全疗程所有分次的三维在体剂量，同时采用美国VERATHON公司的膀胱测量仪，获取患者在每次治疗时膀胱体积，探讨膀胱体积在分次间变化对三维在体剂量的影响。

1 材料与方法

1.1 采集宫颈癌患者的膀胱体积和三维在体剂量

随机选择2019年11月至2019年12月的8例宫颈癌患者（年龄35～66岁，中位年龄56岁，病理分期IB2-IIIC1），均采用热塑网模固定体位。医生要求患者在定位CT前1 h先排尿，再喝水500 mL后憋尿，1 h后Philip Big Bore CT采集图像，在Pinnacle V9.10计划系统中设计7野的IMRT计划或者两个全弧的VMAT计划，计划靶区PTV的处方剂量为4500 cGy/25 f，剂量计算网格为3 mm。

患者在每一次治疗时，同样按医生的要求，依靠自主控制意识，提前1 h喝水憋尿，当排尿感觉大致与定位CT时相同，立即开始治疗。在机房摆位之前，患者躺在加速器治疗床上，采用已标定的美国VERATHON 公司的Bladder Scan BVI9400膀胱测量仪测量患者在治疗体位下的膀胱体积，然后进行摆位，Elekta Synergy直线加速器执行放疗计划，同时采用已经过验证的EDOSE V5.0系统监测患者的在体剂量。本实验按图1的流程图，采集了每个患者的全疗程所有分次（25次）的膀胱体积和三维在体剂量。

图1 采集患者膀胱体积和在体剂量的流程图

1.2 分析膀胱体积偏差与在体剂量的关系

对于每个患者，计算每一个分次的膀胱体积与CT定位的膀胱体积的相对偏差，公式为dV=(Vn-Vo)/Vo，式中dV为相对偏差值，Vn为第n分次的体积，Vo为CT定位时的体积。统计膀胱体积偏差的平均值、标准差、最大值和最小值，绘制膀胱体积偏差随放疗次数增加的变化趋势图。

EDOSE系统计算每个患者所有分次的三维在体剂量，获取患者的皮肤轮廓、计划靶区PTV、膀胱、直肠和小肠的Gamma通过率（3%/3 mm，阈值10%），以及计划中心点的绝对剂量，使用SPSS 19.0统计软件，分析膀胱体积偏差与它们之间的spearman相关性。

从EDOSE系统中提取一些DVH统计参数，分别有PTV的D50%和D98%，膀胱和直肠的V45，以及小肠的V40，其中D50%和D98%分别表示包含某个器官50%和98%体积的剂量，V45和V40分别表示45 Gy和40 Gy等剂量线包含某个器官的百分体积。然后逐个计算每个参数与计划预期值的相对偏差，使用SPSS 19.0统计软件，分析膀胱体积偏差与这些DVH参数的偏差值之间的spearman相关性，查看膀胱体积在分次间变化对各器官在体剂量的影响程度。

2 结果

2.1 膀胱体积在分次间的变化趋势

本实验的8例宫颈癌患者的放疗次数均为25次，他们按医生的要求，在每次放疗前，依靠自主意识去控制膀胱体积，试图与定位CT时尽量保持一致，但是从膀胱测量仪的测量结果看（表1），膀胱体积偏差小于10%的次数不超过5次，平均偏差在-66%～35%，最大偏差为184%，结合图2，可以发现8个患者的膀胱体积在分次间变化较大，呈个体差异的波动变化，其中有3例患者的膀胱体积明显偏小，有2例患者明显较大，其余患者的膀胱体积时大时小，总之，依靠患者自主意识去控制膀胱体积，很难与定位CT时保持一致。

表1 8例宫颈癌患者的膀胱体积偏差统计表

2.2 膀胱体积偏差与各器官在体剂量的相关性

皮肤轮廓skin包含了患者的整个解剖结构，其Gamma通过率能整体反映患者的在体剂量与计划预期剂量的差别。8例患者的在体剂量的整体Gamma通过率（3%/3 mm）为78%±9%，最大Gamma通过率为92%（图3）。

图2 8例宫颈癌患者的膀胱体积偏差在所有分次的变化趋势图

图3 8例患者的整体Gamma通过率统计箱图

本实验从患者的定位CT图像中提取膀胱体积Vo，计算每个分次测量的膀胱体积Vt与Vo之间的相对偏差，以膀胱体积的偏差值为横坐标，各器官Gamma通过率为纵坐标，绘制它们的散点分布图。从图4看，各器官的Gamma通过率均没有随膀胱体积偏差增加而降低，说明膀胱体积偏差与各器官的Gamma通过率之间没有相关性。采用SPSS 19.0统计分析软件，分析膀胱体积偏差与各器官的Gamma通过率的spearman相关性（spearman值的绝对值大于0.3表示有相关性，反之则没有。），从表2看，大部分spearman绝对值均小于0.3，而且没有统计学显著差异，因而本文认为膀胱体积偏差与各器官的Gamma通过率之间几乎没有相关性。同样从表3可看到类似的结果，虽然有一些spearman绝对值大于或等于0.3，但是它们仍然没有统计学显著差异，说明膀胱体积偏差与肿瘤靶区PTV的D50%和D98%、膀胱和直肠的V45、小肠V40也没有相关性。

图4 膀胱体积偏差与各器官Gamma通过率的散点关系图

3 讨论

目前国内使用EDOSE系统监测患者在实际治疗时的在体剂量的相关研究不多[10-12]，特别是宫颈癌整个疗程所有分次的监测数据报道较少，大多数学者采用EDOSE系统开展放疗前的剂量验证工作，与其它验证设备（MatriXX、MapCheck、ArcCheck、Delta 4、胶片等）的测量结果进行比较[13-16]。本实验使用EDOSE系统监测了8例宫颈癌患者在整个疗程所有分次（25次）的在体剂量，同时采用膀胱测量仪监测了所有分次的膀胱体积，分析膀胱体积在分次间变化对三维在体剂量的影响。由图2可知，8例患者的膀胱体积偏差在分次间变化较大，参差不齐，说明依靠患者自身意识，难于保证在治疗时的膀胱体积与定位CT时的膀胱体积一致。有文献表明，膀胱体积与周围器官有相关性[1,4-5]，因为膀胱的充盈会引起周围器官的移动，特别是推动小肠向身体头部方向移动，这样小肠进入照射区域的部分大大减少，从而降低了小肠的受量。但是，本实验通过spearman相关性分析，发现8例患者的膀胱体积偏差与各器官的Gamma通过率（表2）、各器官的在体剂量（表3）几乎没有相关性。究其原因，本文认为基于EPID的三维在体剂量受加速器执行计划的出束偏差、摆位误差和患者体内解剖结构变化的综合影响，这三种因素相互交错，在不同分次之间的综合影响程度可能会不一样，所以难于突现某一个单因素影响的变化趋势。目前有很多关于膀胱体积变化对宫颈癌放疗剂量影响的研究[6]，都是基于多个不同膀胱体积的影像信息，在放疗计划系统中模拟计算同一个计划在多个影像上的剂量分布，然后分析它们的剂量差异，这些实验数据没有考虑患者在不同分次的摆位误差和直线加速器执行计划的出束偏差，属于单因素分析结果。因此本文认为基于EPID的在体剂量数据可能不适合用于分析膀胱体积偏差与在体剂量的关系，在接下来的工作，本实验将继续收集病例，提供更多的数据支撑。

表2 膀胱体积偏差与各器官Gamma通过率的spearman相关性

表3 膀胱体积偏差与各器官在体剂量的spearman相关性

本文使用的EDOSE V5.0系统是在放疗前的定位CT影像上构建患者的在体剂量，由于定位CT影像不能准确反映患者在实际治疗时的解剖结构，所以本实验获得的在体剂量还不是非常准确。目前CBCT图像和在线滑轨CT图像均能反映患者在治疗体位时的解剖影像，但是CBCT图像存在较多的伪影，即使经过伪影处理，用于剂量计算仍然存在一定误差[17-20]，而目前大部分直线加速器没有配置在线滑轨CT，所以CBCT图像和滑轨CT图像对获取准确的在体剂量仍然存在一些问题，而且每次治疗时采集图像的工作量大，在放疗任务繁重的机房不具有很好的可操作性。另外，在体剂量始终要与计划期望剂量相比较，两者的CT图像类型不同（前者是在治疗体位下的CBCT或滑轨CT图像，后者是定位CT图像），在进行剂量比较之前，需要进行图像配准和靶区器官轮廓的形变，目前EDOSE系统的最新版本5.0不具有此功能，有待开发研究。

4 结论

宫颈癌患者在实际治疗时依靠自身意识控制的膀胱体积很难与定位CT时保持一致，分次间的膀胱体积偏差与患者的在体剂量的相关性较弱。