输尿管支架在宫颈癌术后放疗中的辐射剂量学探讨

何亚男 申正文 柳先锋 赵秀娟

1（重庆大学附属肿瘤医院肿瘤放射治疗中心 重庆 400030）

2（重庆大学附属肿瘤医院妇科肿瘤中心 重庆 400030）

宫颈癌是最常见妇科恶性肿瘤，手术是早期宫颈癌治疗最重要方法之一，术后存在高、中危因素，需8 周内完成放射治疗［1］。在宫颈癌手术过程中损伤输尿管或术后输尿管坏死情况极易出现，有半数以上医源性输尿管损伤发生在妇科手术中［2］。孙华宾［3］和魏振杰［4］等均证实术前预置输尿管支架是预防输尿管损伤有效方法。输尿管支架一般需保留3个月，必要时保留6个月，部分宫颈癌患者在未拔除输尿管支架前已开始放射治疗。输尿管支架HU 值远高于输尿管内部尿液HU值，有研究报道，靶区内及靶区周围高密度HU值材料会导致剂量计算结果出现误差［5］。放射治疗剂量计算误差需小于3%，通常采用患者特异性剂量重计算来验证剂量准确性［6］。目前在金属植入物、高低密度转换区域最精确算法是蒙特卡罗（Monte Carlo，MC）算法［7］。输尿管支架大部分处于放疗靶区内，HU 值高于周围正常组织，是否会对放疗计划产生影响尚未见报道。为此，本研究拟通过密度填充技术改变输尿管支架HU值（无支架组）与支架组进行计划对比。利用MC算法验证两组计划剂量计算准确性，同时探讨本研究HU值的输尿管支架对靶区及OARs剂量影响，为临床安置输尿管支架行放疗的患者安全性提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 病例资料

收集2016年11月～2018年4月重庆大学附属肿瘤医院宫颈癌术后补充放疗［1］且安置输尿管支架患者15 例，其中13 例补充放疗同步化疗，2 例仅补充放疗，中位年龄48 岁（40～56 岁）。按照FIGO（2009版）进行临床分期，Ib1期12例，Ib2期3例。本研究所有患者均按支架组计划完成术后放疗且在放疗结束后1 个月内取出输尿管支架，放疗前后肾功能均在正常范围内。

1.2 输尿管支架HU值替换依据

输尿管支架一般是两端呈弯曲环状的管状结构，对输尿管进行支撑和引流，一端放入肾盂内，另一端留置在膀胱内，见图1。

图1 患者体内输尿管支架示例：（a）冠状位；（b）横断位-腹腔；（c）横断位-盆腔Fig.1 Example of ureteral stent in patient position:(a)coronal;(b)transverse-abdomen;(c)trans-verse-pelvic

本研究输尿管支架型号335526-000060（Teleflex Medical公司），材料主要成份为硅胶，其内部含有金属网状结构，直径2 mm，长度26 cm，实测值804.65～174.61 HU。因此，带支架输尿管在CT 图像显示高HU值密度影。为了研究的准确性，首先通过人工智能系统，基于UNet图像分割网络勾画出输尿管轮廓，然后再由高年资医生逐层修改。输尿管被支架撑开后其内部为支架及尿液，若不考虑支架材料影响，输尿管内应为尿液，本研究拟将输尿管支架HU值还原成尿液值。因尿液成份差异导致HU值不恒定，我们把每位患者膀胱分为四个象限，每个象限内随机测5 点共20 点HU 值，实测患者尿液HU值呈正态分布，其平均值和标准差见图2。

图2 患者尿液HU值Fig.2 Patient's urine HU values

所有患者平均HU 值的均值为0.00，均方根为1.669，可见尿液HU值接近0，故将无支架组输尿管支架密度值替换为0 HU。无支架组计划仅供本研究分析，并未进行治疗。实际治疗组为支架组，将支架组优化参数复制到无支架组为对照组。

1.3 放射治疗

1.3.1 放疗定位

患者定位和每次治疗前需排空直肠，提前20 min 饮水200 mL，膀胱半充盈状态。采用A 枕腹板热塑体膜固定，头先进、仰卧位进行CT 扫描定位，层厚5 mm。扫描范围L2椎体下缘至坐骨结节下5 cm。将CT模拟定位扫描图像传输至瓦里安Eclips计划系统。

1.3.2 靶区勾画

根据靶区勾画指南及专家共识进行靶区及OARs 勾画，如图3 所示。临床靶区（Clinical target volume，CTV）包括阴道上段1/2、阴道残端、盆腔淋巴引流区域（包括髂总、髂外、髂内、闭孔及骶前淋巴引流区），上界为腹主动脉分叉，下界至阴道残端下3 cm，计划靶区（Planning target volume，PTV）为CTV三维方向外扩7 mm；OARs包括小肠、直肠、膀胱、骨髓、双侧股骨头；勾画输尿管支架。

图3 支架组(a)和无支架组（b）计划靶区示例Fig.3 Examples of planned targets of stenting group(a)and stent-free group(b)

1.3.3 计划设计

根据既往研究选择宫颈癌比较成熟的9野均分调强放疗（IMRT）技术［8］。两组计划按同一处方及OARs 限量计算，其中PTV 处方剂量为45 Gy/25F。靶区要求V45≥95%（处方剂量45 Gy至少占靶体积的95%），靶区内最大和最小值不超过处方剂量±10%。OARs 限量：小肠、直肠及膀胱40 Gy 剂量所占体积小于50%（V40<50%）、双侧股骨头30 Gy剂量所占体积小于30%（V30<30%）、脊髓最大剂量小于40 Gy（Dmax<40 Gy）。所有放疗需5周内完成（每日1次，每周5 次）。输尿管支架剂量贡献率（R）相当于靶区和OARs受量分别在有支架组剂量（S）与无支架组（F）的差除以无支架组剂量［9］，其贡献率见式（1）。

1.3.4 计划质控

采用IBA公司SciMoCa软件中MC算法进行计划QA。用于线性加速器MC算法在文献［10］中有详细描述。加速器治疗头是影响射线品质的主要因素，在MC算法中采用EGSnrc软件［11］对直线加速器进行建模和计算，用BEAMnrc 来建立加速器模型，模拟的是瓦里安IX直线加速器。本研究将支架组与无支架组放疗计划分别导入SciMoCa 进行MC 计算，设定其参数：计算阈值10%；评估标准（γ（%））3%/2 mm；计算网格2.5×2.5×2.5；不确定度0.5%。两组放疗计划的TPS 剂量计算结果分别和各自对应的MC 验算后的剂量计算结果进行γ 分析，得到两组计划靶区和OARs的γ通过率。美国医学物理学家协会（AAPM）TG-218号报告推荐γ通过率大于等于95%视为通过［12］。

1.3.5 计划实施

所有患者均按治疗组计划实施治疗，放疗方式均为IMRT 技术，剂量为45 Gy/25F，化疗方案采用每周单药顺铂，40 mg/m2，共5～6次。

1.3.6 统计学分析

使用SPSS 25.0 软件进行数据分析，结果用均值±标准差（±s）表示。两组计划MC 验算的靶区及OARs 的γ 通过率、靶区CI=(VT,ref×VT,ref)/(VT×Vref)[13]、靶区HI＝(D2%-D98%)/D50%[13]、靶区及OARs参数应用配对t检验，以p<0.05为差异有统计学意义。

2 结果与讨论

2.1 输尿管支架对靶区及OARs剂量影响

在人体内各种组织不均匀，对剂量分布会造成不同程度的影响。高密度植入物因增加表面放射剂量会对放疗剂量分布造成影响，导致靶区内及邻近OARs 剂量增加，同时会降低靶区适形度和均匀性［14-15］，故高密度植入物的HU值不同对放疗剂量分布影响不同。在本研究中，输尿管支架密度实测值为804.65～174.61 HU；输尿管若去除支架其内部为尿液，尿液实测HU 值的平均值为0.00，均方根为1.669。输尿管支架HU值远高于其内部尿液HU值，二者之间的差是本研究的关键基础。故文中使用密度填充技术将输尿管支架密度替换为尿液0 HU值，基于两类CT 序列进行计划设计并比较相关参数。研究结果（见图4和表1）提示：支架组较无支架组提高靶区参数，其中D98%和Dmean差异有统计学意义；支架组与无支架组靶区的CI 分别为0.88±0.03 和0.90±0.03，t=3.24，差异有统计学意义，CI值越接近1靶区适形度越好，故支架组CI 更优；而HI 越接近0靶区均匀性越好，两组HI 分别为0.05±0.08 和0.05±0.01，t=2.00，差异无统计学意义，这可能与样本量偏少有关，也可能与本研究使用输尿管支架HU 值偏低有关。支架组OARs受量较无支架组提高，主要体现在高剂量区域，其中小肠和输尿管差异具有统计学意义。说明高密度输尿管支架会对靶区及OARs产生剂量影响。

表1 两组计划靶区和OARs参数Table 1 Planned target areas and OARs parameters of the two groups

图4 两组计划剂量分布及DVH图：（a）支架组计划；（b）无支架组计划；（c）两组计划DVH对比Fig.4 Planned dose distribution and DVH diagram of the two groups:(a)stent-group plan;(b)stent-free group plan;(c)comparison of planned DVH between the two groups

2.2 SciMoCa验算剂量计算准确性

放射治疗关键是治疗计划系统计算剂量分布与实际剂量之间偏差达到最小。MC 算法是治疗计划剂量计算精确性的金标准，也能确定X-射线射野的剂量分布特性［16］。已有学者利用MC 算法研究头颈部肿瘤，发现空腔和骨结构会影响γ通过率，表明低密度和高密度结构都会影响剂量计算准确性［17-18］。本文探讨输尿管支架的辐射安全性，需在剂量计算精确的基础上进行，故将支架组与无支架组TPS 剂量计算分别导入SciMoCa 进行验算。两组计划靶区、OARs 的γ 通过率均高于TG-218 号报告95%的推荐值［12］，满足临床要求（见表2）。说明使用密度填充技术取代输尿管支架HU值这种方式能满足剂量计算准确性。

表2 SciMoCa计算Gamma通过率Table 2 SciMoCa calculated gamma pass rate (%)

2.3 输尿管支架剂量贡献率

根据QUANTEC（2010 版）文件协议，当1/3 体积小肠受照时，TD5/5 预计值为40 Gy，在制定临床常规分割放疗计划时，为控制3 级以上急性消化道反应低于10%，通常采纳小肠V45≤195 mL。本研究中，支架组小肠V40为（98.36±53.41）mL，较无支架组仅提高2 mL，危及器官受量越高体积越小，故小肠V45远小于195 mL，且在随访过程中未发现3级以上小肠反应。输尿管狭窄是宫颈癌放疗后输尿管最常见的并发症［19］，既往研究输尿管D0.1mL受量≥77 Gy和<77 Gy发生3级以上并发症概率分别为28.6%和7.5%［20］。本研究两组输尿管支架受量远小于77 Gy且相差小于1 Gy，在随访过程中未发现3 级以上泌尿系并发症。另一项研究包含1 860 例表明初始治疗状态肾盂积水是发生3～4级输尿管狭窄的独立预后因素［21］。本研究所有患者在放疗前、后肾功能均在正常范围内同时无肾盂积水，可能与手术患者分期较早、初始状态无肾盂积水、放射剂量相对较低等因素有关。在我们研究中输尿管支架对靶区及OARs 剂量贡献率<5%（表2），临床研究表明，±5%剂量变化才会引起无并发症肿瘤控制概率的显著改变。由此可见，输尿管支架对危及器官剂量贡献率较小，不足以引起临床疗效及并发症的改变［22］。

3 结论

本文主要研究了放疗时安置输尿管支架的辐射安全性：（1）输尿管支架会对剂量计算产生一定干扰，导致整体γ通过率降低，但仍能满足临床计划要求；（2）输尿管支架会降低宫颈癌术后患者放疗靶区适形度，提高小肠、输尿管受量，但对靶区及OARs 贡献率较低，不足以引起肿瘤控制率及并发症的改变，说明安置输尿管支架的宫颈癌患者行术后放疗相对安全。

作者贡献说明 何亚男提出研究思路，设计研究方案，进行数据分析和起草论文；申正文参与论文起草及参考文献分析；柳先锋、赵秀娟负责进行计划设计，数据采集和绘制图表；赵秀娟对论文进行最后审阅及定稿。所有作者均已阅读并同意最终文稿。