宫颈癌图像引导下调强放疗中危及器官变化对靶区的影响

陈文娟 江楠 倪晓雷 柏朋刚 陈开强

宫颈癌是最常见的妇科恶性肿瘤，发病率居我国女性生殖系统肿瘤首位，治疗手段为手术、放疗及化疗多种方式联合的综合治疗。目前对宫颈癌的治疗已达成共识，局部晚期宫颈癌的标准治疗模式是外照射+近距离腔内放疗［1-2］。调强放疗（intensity-modulated radiation therapy，IMRT）能提高宫颈癌放疗靶区适形度，减少周围器官放射剂量，提高肿瘤局部控制率，减少胃肠道、泌尿系统毒性，提高患者生活质量［3］。在放疗过程中随着宫颈肿瘤不断退缩，肿瘤体积及空间位置均可能发生显著变化，因此，临床医师需及时监测，以减少治疗中因肿瘤退缩而导致周围危及器官受照射体积增加。图像引导下放射治疗技术（image-guided radiation therapy，IGRT）的应用可对研究以上器官的变化提供帮助及支持［4-5］。本研究采用IGRT，于放疗剂 量 达 9 Gy/5f、18 Gy/10f、27 Gy/15f、36 Gy/20f 及48.6 Gy/27f时行锥形束CT（CBCT）扫描，采集每周CBCT图像，与原始治疗计划CT图像配准，分别在CT和CBCT图像中勾画大体肿瘤体积（gross tumor volume，GTV）及膀胱、直肠、乙状结肠与小肠等危及器官，利用剂量体积直方图（DVH）分析靶区与直肠、膀胱等危及器官的体积变化，并采用体积差异法和DICE相似度法评价其空间位置的变化，为提高该病放疗效果提供参考。

1 材料与方法

1.1 一般资料

选取2015年1月至2015年6月于我院进行图像引导下调强放疗的宫颈癌初诊患者16例，均经病理学检查确诊，按国际妇产科联盟（FIGO）标准分期：Ⅱb期9例，Ⅲa期1例，Ⅲb期6例。年龄41～58岁，中位年龄51岁，本研究经医院医学伦理委员会审核同意，患者均知情同意并签署知情同意书。

1.2 治疗方法

1.2.1 CT模拟机定位扫描 患者取仰卧位，真空垫固定，荷兰飞利浦公司生产的X线电子计算机断层扫描装置16排螺旋80 cm大孔径放疗专用CT模拟机增强扫描。自第10胸椎上缘扫描至坐骨结节下2～3 cm水平；扫描参数：电压120 kv，电流150 mA。扫描层厚5 mm，层距5 mm。命名为CT0f，通过局域网将CT0f图像传输至OTP医师工作站。

1.2.2 靶区勾画 根据妇科体检结果，结合MR增强扫描图像，参照融合图像CT/MR0f勾画靶区。按ICRU第50号及第62号报告，勾画包括原发肿瘤大体肿瘤体积（gross target volume-primary，GTV-T）和局部转移淋巴结大体肿瘤体积（gross target volume-nodes，GTV-N）在内的大体肿瘤体积（gross tumor volume，GTV）；临床靶体积（clinical target volume，CTV）包括宫颈原发肿瘤体积、宫体、宫旁、阴道以及盆腔淋巴引流区（闭孔、髂内、髂外、髂总及骶前）；CTV具体勾画为上界在腹主动脉分叉处，下界在闭孔下缘，以实体肿瘤或子宫体、子宫颈或淋巴结为标准或淋巴结的层面以髂总、髂内外动脉为标准，旁开7～10 mm作为前后及左右侧界。如腹膜后有淋巴结转移，放射野延伸到T12上缘。盆腔转移淋巴结（GTV-N1）及CTV根据摆位误差以及自身移动形成各自的GTV-N1-P和CTV-P；危及器官（organs at risk，OAR）包括直肠、膀胱、小肠、乙状结肠、股骨头及骨髓等，其中膀胱、直肠、小肠均按实质器官勾画，小肠上界勾画至照射范围上2 cm，并包括乙状结肠。

1.2.3 处方剂量 采用6 MV X线、7野调强放疗技术设计计划，处方剂量：临床靶区48.6 Gy/27f，盆腔淋巴结59.4 Gy/27 f，每周5次。外照射36 Gy/20f后，开始Ir-192腔内近距离放疗，HR-CTV（或A点）7 Gy每周1次，计划总剂量28 Gy/4次，共4周。根据肿瘤消退情况，适当调整照射剂量。

1.2.4 CBCT扫描与配准 于放疗前、放疗剂量达9Gy/5f、18 Gy/10f、27 Gy/15f、36 Gy/20f及 48.6 Gy/27f时行CBCT扫描。在Pinnacle计划系统采用交互信息法进行CT对CBCT图像配准，分别在CT和CBCT图像中勾画靶区和危及器官，同时显示在CT图像上，比较分析数据。

1.3 分析方法

在治疗计划系统中分别计算靶区及危及器官的体积，按照以下公式计算体积变化率（volume change20、27），该法即体积差异法。式中V0f为放疗前的体积，Vif分别为放疗 5 f、10 f、15 f、20 f及 27 f时的体积，公式定义为放疗至第i次时体积与放疗前体积差值的绝对值除以放疗前体积。△V的值越大表明放疗至第i次时体积与放疗前体积相差越大。

空间位置相似度指数（dice similarity coefficient，DSC）计算公式27）。式中 V0f为放疗前的体积，Vif分别为治疗 5 f、10 f、15 f、20 f、27 f时的体积，V0f∩Vif为放疗至第 i次时与放疗前两者体积的重叠部分，V0f+Vif为两者体积之和。DSC值越小，表明放疗前后靶区空间位置变化越大，当治疗前后靶区空间位置未发生任何变化时DSC=1，当两组靶区完全没有空间上重叠时DSC=0。

1.4 统计学分析

采用SPSS 16.0软件包进行数据分析，治疗中靶区体积变化、体积变化率与DICE参数比较采用单因素方差分析（One-way ANOVA），若整体差异有统计学意义，进一步使用Dunnett检验进行多个样本间的多重比较；靶区及危及器官体积变化率与DICE位置相似度的相关分析采用Spearman相关分析。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 危及器官的体积变化

放疗过程中各危及器官体积变化较明显，其中放疗0～27分次，膀胱、直肠、乙状结肠、小肠体积分别为88.48～195.49 cm3、40.41～42.93 cm3、792.85～907.86 cm3、38.49～49.05 cm3，见表1。从图1中可看出，膀胱体积变化最大，0～27分次膀胱体积差异有统计学意义（F=4.182，P=0.002），直肠、乙状结肠、小肠体积差异均无统计学意义（P＞0.05）。

表1 危及器官不同放射治疗次数的体积［（x±s），cm3］

图1 危及器官不同放射治疗次数的体积

2.2 危及器官的体积变化率

危及器官的体积变化率由大至小依次为膀胱（53.71%）、乙状结肠（51.34%）、直肠（31.19%）、小肠（16.30%），膀胱变化最明显，直肠随着充盈及排空等变化波动较大，小肠变化最稳定。膀胱、直肠、乙状结肠及小肠不同放射治疗次数体积变化率差异均无统计学意义（P＞0.05）。见表2、图 2。

表2 危及器官不同放射治疗次数的体积变化率［（x±s），%］

图2 危及器官不同放射治疗次数的体积变化率

2.3 危及器官DICE参数变化

膀胱、直肠、乙状结肠及小肠的空间位置相似度DSC及变化趋势见表3、图3，其中乙状结肠DSC变化最小，平均为0.44；其次为膀胱，DSC为0.56；直肠DSC为0.66，小肠DSC为0.86。膀胱、直肠、乙状结肠及小肠DSC在放疗至第5分次分别与10、15、20、27分次组间比较，差异均无统计学意义（P＞0.05）。

表3 危及器官不同放射治疗次数的DSC（x±s）

图3 危及器官不同放射治疗次数的DSC

2.4 靶区及危及器官体积变化率与靶区DSC的相关性

相关分析显示，膀胱体积变化率分别与宫颈靶区（GTV-T）、子宫宫体（CTV-T）的DSC呈负相关（r=-0.301，-0.442；P＜0.05）。直肠体积变化率亦与 GTV-T、CTV-T的 DSC 呈负相关（r=-0.406，-0.308；P＜0.05）。

3 讨论

宫颈癌形态多为不规则偏心生长，放疗过程中肿瘤会发生不规则皱缩，导致周围组织器官移位，同时胃肠道蠕动及膀胱、直肠等不同充盈状态均可导致靶区移位，引起解剖空间位置移动。放疗全程均需有高度的重复性，然而，由于肿瘤体积缩小、患者体重下降或正常器官位置、大小变化等原因，可产生剂量学分布改变。与肿瘤靶区一样，宫颈癌放疗过程中危及器官的体积与空间位置也有可能发生较大变化［6］。同步放化疗是局部晚期宫颈癌的标准治疗手段，宫颈肿瘤邻近直肠、膀胱等重要器官，随着治疗进程会出现肿瘤明显退缩现象，从而引起子宫活动度增加，导致肿瘤靶区空间位置明显变化。本研究采用DICE相似度法和体积差异法研究宫颈癌调强放疗中靶区及危及器官在体积及空间位置上的变化，以期提高放疗效果。

膀胱、直肠等体积与位置变化及其对靶区的影响是宫颈癌放疗中关注的热点问题之一。研究表明膀胱体积改变会引起CTV改变，而稳定的膀胱体积与位置或可减少CTV位置变化，因此，在治疗过程中采用CBCT图像监测膀胱、直肠充盈等变化，及时修正治疗计划非常必要［7］。本研究每周经CBCT检测，发现危及器官体积、体积变化率以及空间位置随放疗进程均明显变化，危及器官体积变化率由大至小依次为膀胱、乙状结肠、直肠、小肠，提示放疗过程中应监测膀胱变化变情，保持其稳定性。膀胱充盈虽是最理想的膀胱状态，但王瑜等［8］研究表明，尽管排空的膀胱亦会增加小肠及膀胱的受照剂量及体积，但排空的膀胱有利于保证靶区的稳定性。Gandhi等［9］认为每次治疗期间通过液体定量充盈膀胱可降低周围正常器官对靶区移动的影响，但长期留置尿管会增加泌尿系感染风险，在临床工作中较难实现。本研究观察到危及器官中乙状结肠及直肠的DICE参数较小，随放疗进行各器官变化较明显，说明放疗中乙状结肠、直肠的重叠部分最少，直肠的空间位置变异较大。有研究亦指出宫颈癌放疗前保持直肠同一状态的重要性以及必要性，进一步说明宫颈癌调强放疗中排空直肠以及重复计划的重要性［10］。本研究进一步分析危及器官体积变化率与靶区DSC之间的相关性，发现膀胱、直肠体积变化率与宫颈靶区、子宫体的DSC均呈负相关，提示膀胱、直肠体积的变化可能影响靶区、子宫体的空间位置。

综上，本研究表明，在不考虑摆位误差的影响下，宫颈癌靶区及危及器官体积与空间位置均有明显改变，可能影响调强放疗的剂量分布，且体积变化率越大，空间位置变化越明显。但本研究例数较少，修正计划最佳时机以及靶区及危及器官之间的内在相关性尚待进一步研究。

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［9］ Gandhi AK，Sharma DN，Rath GK，et al.Early clinical outcomes and toxicity of intensity modulated versus conventional pelvic radiation therapy for locally advanced cervix carcinoma：a prospective randomized study［J］.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2013，87（3）：542-548.

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