影像增强剂对食管癌边缘靶区剂量的影响

2019-11-29王勇蔡育欣张玲玲李俊萍黄陆茂

中国医学物理学杂志 2019年11期

王勇，蔡育欣，张玲玲，李俊萍，黄陆茂

福建医科大学附属泉州第一医院放疗科，福建泉州362000

前言

目前调强放射治疗技术（Intensity-Modulated Radiotherapy,IMRT）已成为食管癌的主要治疗方法之一，对于食管癌照射剂量的准确性研究也受到国内外学者广泛关注。为了更为准确地勾画靶区及正常组织，临床上多选用增强CT完成相关工作，然而进入实际治疗阶段时，患者体内的增强剂已代谢清空，与食管癌靶区相邻的心脏、胸主动脉等血流丰富组织的CT值会大幅度下降，导致患者实际受照剂量与计算剂量之间存在一定差异［1］。在以往的研究中多注重整个靶区剂量分布的变化，对于靠近心脏、胸主动脉等血流丰富组织的边缘靶区剂量分布少有报道。即使整个治疗靶区的剂量分布无显著影响，但如果局部边缘靶区出现欠量照射，也可能导致肿瘤复发，治疗失败。本文通过对20例食管癌放疗计划分析上述边缘靶区剂量的变化情况，为临床治疗计划设计和评估提供参考。

1 材料与方法

1.1 病例选取

选取福建医科大学附属泉州第一医院放疗科2016年10月～2017年10月期间20例食管癌患者的病例作为研究对象。为了更为确切地观察胸主动脉及心脏在使用影像增强剂后对边缘靶区的剂量影响，20例病例均为中下段食管癌。其中男12例，女8例；年龄48～72岁，平均年龄61岁。

1.2 设备仪器

定位CT为GE公司LightSpeed螺旋CT；治疗计划系统为VARIAN公司的ECLIPSE8.6；治疗机为VARIAN 2300EX直线加速器；使用东软Neusoft PACS/RIS 3.1系统计算图像CT值。

1.3 图像采集

患者均采用仰卧平躺位，双手交叉置头顶，使用网状膜固定体位。先获取平扫CT图像，随后在相同体位下行增强扫描，将两次扫描图像传输到ECLIPSE8.6及Neusoft PACS/RIS 3.1系统上。影像增强剂为碘帕醇，商品名称典比乐（C17H22I3N3O8），静脉团注。

1.4 靶区勾画和计划设计

由放疗医师在增强CT图像上勾画每位患者的GTV、CTV、PTV、心脏、胸主动脉、肺、脊髓等组织器官。物理师在此图像上设计治疗计划，均采用五野IMRT技术，射野角度基本在0°、50°、150°、210°、310°附近，PTV处方剂量为6 000 cGy，每次200 cGy；脊髓限量小于4 500 cGy；心脏限量V30≤40%，V40≤30%；双肺限量V20≤28%，V5≤65%，双肺平均剂量（Dmean）小于1 500 cGy。

1.5 实验方法

由于CT值的变化会对剂量产生相应的影响［2-4］，所以首先使用Neusoft PACS/RIS 3.1系统获取增强及平扫CT中各组织器官的CT值，为后序工作提供依据，结果见表1。

表1 20例食管癌病例心脏及胸主动脉在平扫和增强CT图像中CT值对比（± s）Tab.1 Comparison of CT value between plain and enhanced CT images of the heart and thoracic aorta in 20 cases of esophageal cancer(Mean±SD)

器官心脏t值-36.570 P值0.001胸主动脉CT方式平扫CT增强CT平扫CT增强CT统计CT值/HU 37.31±5.98 129.52±23.46 38.12±5.63 156.01±25.96-39.4090.000

为了更为确切地了解上述边缘靶区的剂量变化，本文选用两种研究方法。方法（1）：由于进入实际治疗阶段时各组织器官的CT值与平扫时的情况比较接近，所以使用平扫CT模拟治疗时的情况。先将平扫与增强CT配准，然后将治疗计划移植到平扫CT中并计算剂量，最后对比两种CT中剂量分布的差异。方法（2）：使用合成CT模拟实际治疗时的情况，所谓合成CT，即在复制的增强CT中将心脏、胸主动脉等血流丰富组织的CT值人工修改为平扫CT的平均CT值，具体操作过程与方法（1）相同。

为了定量分析边缘靶区剂量变化，在增强、平扫、合成CT中分别设置PTV&5 mm Aorta和PTV&5 mm Heart两个区域，方法如下：将胸主动脉外扩5 mm并减去原胸主动脉行成一个环状区域，对心脏也作同样处理。将环状区域与靶区PTV相交，可得到两个相交区域，靠近胸主动脉的区域记为PTV&5 mm Aorta，靠近心脏的区域记为PTV&5 mm Heart。在方法（1）、方法（2）中重点观察这两个区域的平均剂量变化。结果见表2和表3。

本文只选择在增强CT与平扫CT中研究心脏、肺、脊髓及主靶区（即PTV除去PTV&5 mm Aorta和PTV&5 mm Heart区域后剩余靶区）的剂量变化，具体操作与上文方法（1）相同，结果见表4。

1.6 统计学分析

使用IBM SPSS 23统计软件对上述实验数据进行统计学分析，采用配对t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 胸主动脉和心脏CT值对比

20例患者平扫时胸主动脉和心脏的平均CT值分别为（38.12±5.63）和（37.31±5.98）HU，增强时为（156.01±25.96）和（129.52±23.46）HU，有显著性差异（P＜0.01）（表1）。

2.2 平扫与增强CT对比

平扫与增强CT相比PTV&5 mmAorta和PTV&5mmHeart区域平均剂量分别增加1.28%（P＜0.01）和1.64%（P＜0.01），说明靠近血流丰富组织的边缘靶区剂量有所增加（表2）。

表2 20例食管癌病例边缘靶区在增强和平扫CT中平均剂量的变化（±s）Tab.2 Changes of mean dose to the marginal target areas of 20 cases of esophageal cancer in enhanced and plain CT(Mean±SD)

区域PTV&5 mm Aorta剂量差异/cGy 80.30±27.62剂量差异百分比/%1.28 t值12.990 P值0.001 PTV&5 mm Heart CT方式平扫CT增强CT平扫CT增强CT边缘靶区剂量/cGy 6 355.50±54.52 6 275.20±43.10 6 357.70±68.04 6 255.20±50.79 102.50±33.511.6413.6760.002

2.3 合成与增强CT对比

合成与增强CT相比PTV&5 mmAorta和PTV&5 mm Heart区域平均剂量分别增加0.41%（P＜0.01）和0.83%（P＜0.01），说明使用方法（2）研究上述问题平均剂量仍会增加（表3）。

表3 20例食管癌病例边缘靶区在增强和合成CT中平均剂量的变化（±s）Tab.3 Changes of mean dose to the marginal target area of 20 cases of esophageal cancer in enhanced and synthetic CT(Mean±SD)

区域PTV&5 mm Aorta剂量差异/cGy 25.55±5.61剂量差异百分比/%0.41 t值20.351 P值0.002 PTV&5 mm Heart CT方式合成CT增强CT合成CT增强CT边缘靶区剂量/cGy 6 300.75±42.22 6 275.20±43.10 6 357.70±68.04 6 255.20±50.79 51.65±11.910.8319.3890.003

2.4 正常组织器官剂量变化情况

平扫与增强CT相比主靶区的Dmean增加0.82%；PTV剂量均匀性指数（HI）增加18.27%，适形度指数（CI）下降4.06%；各危及器官中心脏 Dmean、V30、V40分别增加0.89%、1.05%、1.16%；双肺V20增加1.25%；脊髓最大剂量（Dmax）增加1.38%，以上各项结果均有显著性差异（P＜0.01），说明使用增强剂对靶区及正常组织剂量分布产生了一定的影响（表4）。

3 讨论

因心脏、胸主动脉等血流丰富器官在平扫与增强时CT值有较大变化，而治疗计划系统是通过CT值与物质电子密度的转换计算吸收剂量［5-8］，所以CT值的大幅度变化可能会对相邻靶区组织的剂量产生影响，特别是靠近心脏、胸主动脉的边缘靶区，如果这个区域的吸收剂量有所下降应考虑是否会出现欠量照射的情况。为此，本文使用两种不同的方法观察PTV&5 mm Aorta和PTV&5 mm Heart两个区域剂量变化，结果如表2和表3所示。

表2为方法（1）的研究结果，在平扫CT中PTV&5 mmAorta和PTV&5 mm Heart两个区域的平均剂量会增加1.28%和1.64%，有显著性差异。表3为方法（2）的研究结果，PTV&5 mm Aorta和PTV&5 mm Heart两个区域在合成CT中平均剂量会增加0.41%和0.83%，有显著性差异。由此可见，进入实际放疗阶段时与血流丰富组织相邻的边缘靶区剂量有所增加，未出现剂量减小或欠量照射的情况。另外，剂量增加幅度较小，按照ICRU 24号报告的要求，原发灶根治剂量的精确性应好于±5%，其中不计组织不均匀性的影响时剂量分布计算精度应为3%，可见该剂量增加值尚在临床接受范围以内。

表4 20例食管癌病例各治疗计划参数在增强和平扫CT中的变化（±s）Tab.4 Changes of treatment plan parameters in 20 cases of esophageal cancer in enhanced and plain CT(Mean±SD)

组织器官主靶区参数Dmean/cGy平扫与增强之间差异51.00±22.27差异百分比/%0.82 t值10.240 P值0.003 CI -0.031±0.013-4.06-10.5620.000 HI 0.017±0.01118.276.9820.005心脏Dmean/cGy 23.12±8.390.8912.3200.000 V30/%0.345±0.1671.059.2420.002 V40/%0.240±0.1311.168.1690.000双肺V20/%0.230±0.3101.253.2340.004脊髓Dmax/cGy CT方式平扫CT增强CT平扫CT增强CT平扫CT增强CT平扫CT增强CT平扫CT增强CT平扫CT增强CT平扫CT增强CT平扫CT增强CT计划参数统计结果6 277.75±44.94 6 226.75±38.27 0.732 5±0.024 5 0.763 8±0.026 2 0.111 3±0.016 2 0.094 1±0.011 1 2 608.2±326.58 2 585.1±325.88 33.16±4.50 32.81±4.48 20.88±3.78 20.64±3.79 18.58±3.86 18.35±3.71 3 963.3±246.24 3 909.2±245.18 54.10±55.191.384.3840.006

方法（1）的优点在于能够真实反映各组织器官的CT值，但这种方法的不足之处在于未考虑平扫与增强时患者不自主移动和各组织器官运动等因素对图像配准结果的影响。由于增强与平扫是在不同时间段完成，上述运动会使两幅图像产生一定的差异，特别是靠近心脏的边缘靶区。按照相关报道，这种运动所造成的食管平均位置变化约为4.2 mm或更小［9］。边缘靶区原本体积偏小，如果受上述因素的影响，配准后的剂量分布很可能与真实情况差异较大［10-12］。因此，本研究还使用了方法（2）。虽然在合成CT中是用平均CT值修改心脏、胸主动脉等的CT值，与真实的平扫CT值有一定差异，但对剂量计算结果影响很小［13-15］。这与杨焕军等［16］通过将血管密度修改为水密度的方法相似，其研究结果剂量大约增加0.8%，与本文表3结果一致。Shibamoto等［17］也有相关研究。权衡体位偏差和剂量计算两方面因素，使用该方法研究特定区域的剂量分布更有现实意义。

心脏和胸主动脉在增强及平扫CT中CT值的变化情况相当于心脏和胸主动脉从一个高密度物质变换为低密度物质，但是穿越其中的照射野及机器跳数未发生变化。因CT值与线性衰减系数成正比关系（称为CT值线性）［18］，所以线性衰减系数越小，原射线衰减越少。在CT值变小时，相当于有更多的原射线会穿过心脏及胸主动脉到达靶区，进而引起靶区及PTV&5 mm Aorta和PTV&5 mm Heart区域吸收剂量增加。此外，散射线及次级电子注量的改变也会对周围剂量产生影响。

在平扫与增强CT对比中两个特殊区域的Dmean比表4中主靶区的平均剂量增加幅度更大一些，这与闫婧等［19-20］的报道相似，肿瘤边缘剂量比肿瘤中心剂量变化更明显，但本文进一步明确了靠近血流丰富组织的边缘靶区剂量变化趋势。此外，本文心脏Dmean、V30和V40，以及肺 V20、脊髓Dmax等参数在平扫 CT中都有所增加，并且有显著性差异，这与国内部分报道不一致，可能使用了不同的研究方法，但增加量均未超过临床评价要求。PTV靶区HI改变对原IMRT治疗靶区剂量均匀性有较大影响。PTV靶区CI减少4.06%，说明靶区内部剂量均匀性改变时也会对CI造成影响。

综上所述，在食管癌IMRT中使用影像增强剂对靶区及周围器官剂量分布会产生一定影响，但均在临床可接受范围以内；靠近心脏、胸主动脉等血流丰富组织的边缘靶区剂量有所增加，未出现剂量减少或欠量照射情况，可作为临床治疗计划设计及评估的参考。

致谢：感谢上海中山医院放疗科张建英物理师给予的建议、支持和帮助！