鼻咽癌螺旋断层治疗计划中静脉注射造影剂对剂量计算的影响

解传滨　徐寿平　戴相昆　王小深　丛小虎　巩汉顺　葛瑞刚　鞠忠建



鼻咽癌螺旋断层治疗计划中静脉注射造影剂对剂量计算的影响

解传滨①解放军总医院放射治疗科 北京 100853徐寿平①戴相昆①王小深①丛小虎①巩汉顺①葛瑞刚①鞠忠建①

[摘要]目的：探讨鼻咽癌(NPC)螺旋断层治疗(HT)中静脉注射造影剂所致CT值变化对剂量计算的影响，并评价其临床意义。方法：回顾性选取10例已行CT平扫(C-)+增强(C+)并接受HT 的NPC患者资料，在计划验证模块用C+图像替代C-图像实施剂量再计算，选取靶区及各兴趣器官内10点读取原计划和验证计划CT值和点剂量行对比分析。结果：C-与C+靶区剂量偏差为0.31%，各兴趣器官中血管差别最大为1.13%。腮腺剂量差为0.55%。脑干差别最小，剂量差为0.39%。结论：在C-与C+条件下HT计划剂量计算差别较小，理论上可直接在增强CT图像上行计划优化，但考虑血管等CT值变化较大，对每次治疗前X射线计算机体层摄影术(MVCT)自动灰度配准会产生一定影响可能，故在临床运用中需谨慎。

[关键词]鼻咽癌；螺旋断层治疗；造影剂；剂量计算；电子计算机断层扫描

[First-author’s address] Department of Radiotherapy, PLA General Hospital, Beijing, 100853, China.

随着放射治疗技术的发展，以CT影像为基础的三维放射治疗以及由此发展起来的调强治疗已成为肿瘤治疗的常规手段。通过获取CT-密度曲线将患者体内各组织CT值转换为电子密度进行组织不均匀剂量校正，从而完成计划剂量的计算[1]。而平扫CT对软组织分辨率较差，尤其在鼻咽癌(nasopharyngeal carcinoma，NPC)中由于颈部动静脉与淋巴结不易区分，扫描前需静脉注射造影剂以提高靶区勾画的准确性，将势必改变CT图像原CT值进而给剂量计算带来影响。对于常规适形及调强放射治疗国内外已有相关报道，认为造影剂对剂量计算影响较小(1%～3%)[2-4]。近年来，随着螺旋断层放射治疗(helical tomotherapy，HT)的推广和应用，其在复杂肿瘤尤其头颈部肿瘤治疗中的优势已得到公认[5-7]。为提高剂量计算准确性，采用平扫＋增强扫描的方式通过图像融合完成平扫序列上靶区勾画及剂量计算，而对于增强图像序列直接应用及由此带来的剂量计算影响却无相关报道。为此，本研究应用计划验证模块，评估NPC患者静脉注射造影剂所引起的CT值变化对HT剂量计算的影响，以评价其临床意义。

1　资料与方法

1.1 一般资料

选取2014年6月至2014年9月在解放军总医院行鼻咽癌螺旋断层放射治疗10例患者，其中男性6例，女性2例；平均年龄53岁。

1.2 CT定位扫描

所有患者均采用仰卧位S型头颈肩热塑体模固定，在荷兰飞利浦大孔径CT行平扫(C-)+增强(C+)定位扫描，扫描范围自头顶至锁骨头下3 cm，扫描层厚为3 mm，扫描条件为管电压130 kV，管电流200 mA。为保证体位一致性，所有患者定位前均已行静脉穿刺留置静脉针，对患者行C-图像扫描后，高压注射泵经臂静脉自动注射造影剂(碘海醇，Omnipaque®)70～80 ml，注射速度为3.5 ml/s，注射完成后即行相同序列条件下C+图像扫描。

1.3 靶区勾画及计划设计

将患者2个序列图像以DICOM RT格式传输至Pinnical3 Ver 9.6治疗计划系统，将C-图像作为原始序列、C+图像作为附加序列行图像融合后完成靶区及危及器官勾画，以保证所画轮廓位于C-序列。靶区定义参考ICRU50、62号文件[8]。将可见肿瘤定义为GTVnx，外扩3 mm为pGTVnx；转移性肿大淋巴结定义为肿瘤体积(gross tumor volume，GTVnd)，外扩3 mm为计划肿瘤体积(planning gross tumor volume，PGTVnd)。将高危淋巴引流区命名为CTV1，外扩3 mm为PTV1，并按实际情况调整临近脊髓、脑干等部分外扩距离且与外轮廓保持≥2 mm距离。CTV2为低危区，外扩3 mm为PTV2。处方剂量：PGTVnx、PGTVnd为70 Gy/33 F；计划靶区(planing target volume，PTV1)为60 Gy/33次；PTV2为54 Gy/33次。将勾画完成的轮廓及C-图像数据传输至Hi-Art计划工作站(Ver4.1.2)进行计划设计，射野宽度选用2.5 cm，螺距为0.35，并实时调整调制因子(Modulation factor)以保证计划机架旋转周期在16～20 s[9]。

1.4 C+图像剂量再计算

在CT工作站将每例患者C+图像序列名更改为“_ phantom”后以DICOM RT格式传输至Hi-Art计划工作站，Hi-Art会将_phantom命名格式的图像预存为模体数据以供制定验证计划时调取。在Hi-Art剂量验证模块按照验证计划设计流程，将每例患者C+图像以模体形式调入原计划束流场并保持图像坐标位置不变。在C+图像上进行计划剂量的重新计算从而获得相同束流条件下的剂量分布。

1.5 数据读取

那语气像是刚才什么都没有发生似的，我心里七上八下地坐在了萍萍的身边，然后看着林孟拿着一张白纸和一支笔走过来，他和我们坐在了一起，他对萍萍说：“你做了对不起我的事……”

随机选取每例验证计划靶区(PGTVnx、PGTVnd)及各兴趣器官(血管、腮腺、脑干、脊髓等)区域内10个点，分别读取原计划和验证计划CT值及对应剂量。

1.6 统计学方法

采用SPSS 19.0统计软件对数据进行分析处理，计量资料结果以均值±标准差(x-±s)表示，采用配对t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1 CT值变化

注射造影剂后，靶区及各感兴趣器官的CT值变化见表1。靶区内CT值变化较小，增强前后差异为79.7%和79.3%，差异具有统计学意义(t=-5.5，t=-4.6；P＜0.05)，各兴趣器官中以血管CT值变化最为显著，C+图像CT值达到C-图像5.8倍，脑干脊髓相对较少，且脑干CT值变化无统计学意义(t=-1.7，P＞0.05)。

表1　不同扫描计划患者靶区及各兴趣器官CT值(HU，x-±s)

表2　不同扫描计划患者靶区及各兴趣器官剂量差异(Gy，x-±s)

2.2 剂量差异

通过在相同坐标系下读取靶区和各兴趣器官点剂量进行对比分析发现，C-与C+条件下得到的剂量差异很小，但差异除脊髓以外均体现出了统计学差异。除血管内平均剂量差异＞1%外，其他部位包括靶区内剂量差异均＜0.6%，见表2。

3　讨论

CT模拟定位的应用使放射治疗由简单的二维时代进入了精确定位、精确计划及精确治疗的三维时代，由此也带来了调强放射治疗、螺旋断层放射治疗及容积调强放射治疗等新技术的推广和应用。CT依据表达组织密度的CT值进行灰度图像重建是计划系统剂量计算的基础。而放射治疗中靶区勾画的精确度依赖于与组织密度差异正相关的灰度对比度[10]。若肿瘤组织密度与软组织相近则图像灰度近似，这势必给靶区确定带来困难，而造影剂的引入很好的解决了这个问题。但由此造成的CT值变化对剂量计算的影响引起了许多学者的关注。

Shibamoto等[11]在影像增强剂对3DCRT计划跳数影响的研究中发现，除上腹部肿瘤跳数增加＞2%外，颅内、颈部、纵隔及盆腔部位影响均＜1%。Choi等[12]在对头颈部肿瘤调强放射治疗剂量影响研究中发现：在相同体位固定、CT扫描及靶区计划参数条件下，平扫CT计划靶区剂量均高于增强CT，其差异＜1%。本研究结果显示，除颈部血管影响＞1%外，其他部位的剂量影响均＜0.6%，与Choi等[12]研究结果相类似。Ramm等[13]研究发现，造影剂对剂量计算的影响会随着射野个数的增加而逐渐减少。而HT计划在计算过程中将机架旋转的一个周期分成了51个角度进行优化，这无疑会降低造影剂对剂量计算的影响，本研究的结果也很好的印证了这一点。

本研究通过应用Hi-Art计划验证模块，在保证原计划束流场不变情况下以模体图像形式引入C+图像，实现了C-计划在C+图像的再计算，从而为剂量差异评估创造了前提。此外，本研究所选病例均为热塑头颈肩模固定，并在定位前做了静脉针的留置准备，已有研究表明，头颈肩模固定具有较好的体位稳定性，其次内摆位误差均在亚毫米级[14]。在注射造影剂的较短时间内，其体位移动可以忽略，为在影像增强剂注射前后体位一致性提供了有力保证。

由于验证软件模块限制，本研究未能得出靶区及各器官体积剂量信息，而是借助坐标定位方式分别读取2个图像序列相对应的点剂量，分析结果显示了增强剂对于HT剂量影响较小，完全可以胜任计划的优化计算。但多数单位临床应用中都是结合厂商建议一直沿用C-联合C+的定位扫描方式。本研究认为，这与HT精益求精的设计理念密不可分，但更重要的是在患者实施治疗前所行MVCT扫描是在C-条件下进行，其在图像灰度值基础上的自动位置配准势必由于C+定位图像CT值的较大改变带来影响，这也是进一步需要研究的课题。

综上所述，在C-与C+条件下HT计划剂量计算差别较小，理论上可直接在C+图像上完成靶区勾画及治疗计划的优化计算，但考虑血管等在注射造影剂后CT值变化较大，对每次治疗前MVCT自动灰度配准会产生一定影响可能，故在临床运用中需谨慎。

参考文献

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[3]李奇欣,孙长庚.CT增强扫描对鼻咽癌调强放射治疗剂量的影响[J].医疗装备,2008,21(8):38-40.

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[12]Choi Y,Kim JK,Lee HS,et al.Influence of intravenous contrast media on dose calculations of intensity modulated radiation therapy plans for head and neck cancer[J].Radiother Oncol,2006,81(2):158-162.

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Research on influence of intravenous contrast agent on dose calculations of helical tomotherapy plans for nasopharyngeal carcinoma/XIE Chuan-bin, XU Shou-ping, DAI Xiang-kun, et al// China Medical Equipment,2016,13(1):84-87.

[Abstract]Objective: To investigate the influence of computed tomography(CT) values increased by intravenous contrast agent(CA) on dose calculations of Helical Tomotherapy(HT) plans for nasopharyngeal carcinoma(NPC). Methods: Eight patients with NPC treated by HT were enrolled. Eah patient took two sets of CT in the same position before and after intravenous CA injections. Dose recalculations were done using the C+ images which were uses as a substitute for the C- images of original plans in the QA mode. The 10 points were selected randomly from every target and organ of interest, the CT values and the point doses of the QA plans were compared with the original plans in the same coordinate system. Results: The dose deviation of targets in C- and C+ plans was 0.31%, The vessels indicated the highest difference(1.13%), the dose difference of parotids was 0.55%, the difference of brainstem was the smallest with 0.39%. Conclution: The influence of intravenous contrast agent on dose calculations of HT plans for NPC is small. The C+ images can be used in HT planning theoretically. But the CT values of some tissues such as vessels were increased significantly, which may lead to the errors on the automatic registration of MVCT before delivery. So it needs to be careful in clinical use.

[Key words]Nasopharyngeal carcinoma; Helical tomotherapy; Contrast media; Dose calculation; Computed tomography

收稿日期：2015-01-27

DOI:10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.01.026

[文章编号]1672-8270(2016)01-0084-04

[中图分类号]R739.62

[文献标识码]A

作者简介
解传滨,男,(1983- ),硕士，主管技师，物理师。解放军总医院放射治疗科，研究方向：医学物理和肿瘤精确放射治疗。