肝癌四維CT放療計劃設(shè)計方式探討

卿珍　邢立剛　尹勇　王慧玲　方浩　趙海　張愛萍　韓軍

[摘 要] 目的：通過與標(biāo)準(zhǔn)流程制作的4D放療計劃劑量分布對比分析，探討四維計劃設(shè)計過程簡化可行性。方法：選取原發(fā)性肝癌患者10例，每例患者都采用兩種方案進(jìn)行4D放療計劃設(shè)計，分別定義為準(zhǔn)4D計劃和4D計劃。兩種方案基于相同的4D輪廓勾畫方式、射野方向和處方劑量，準(zhǔn)4D計劃在參考時相上進(jìn)行布野及射野優(yōu)化，而4D計劃在各個時相上各自進(jìn)行優(yōu)化，然后變形疊加到參考時相。最終對比分析兩種方案的劑量差異。結(jié)果：在肝癌危及器官保護(hù)和處方劑量提升方面，4D計劃都略優(yōu)于準(zhǔn)4D計劃，但無統(tǒng)計學(xué)意義差異。結(jié)論：臨床應(yīng)用肝癌的四維放射治療技術(shù)，可以對4D計劃優(yōu)化過程進(jìn)行部分簡化，提高該技術(shù)臨床應(yīng)用的可操作性。但對于個別呼吸幅度較大或靶區(qū)與危及器官結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜患者，需要后續(xù)研究中進(jìn)一步探討。

[關(guān)鍵詞] 4D CT；呼吸時相；計劃優(yōu)化；四維放射治療；原發(fā)性肝癌

中圖分類號：R445 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：2095-5200（2015）03-004-04

四維放射治療技術(shù)是在影像定位、計劃設(shè)計和治療實施階段均明確考慮解剖結(jié)構(gòu)隨時間變化的放射治療技術(shù)[1]。4D CT技術(shù)在掃描過程中引入時間概念，通過呼吸感受器準(zhǔn)確捕捉腫瘤隨呼吸的運動軌跡，并依此確定內(nèi)靶區(qū)、制定放療計劃。四維計劃設(shè)計是根據(jù)四維影像數(shù)據(jù)制定帶有時間標(biāo)記的射野參數(shù)的過程[2-3]，大致包括如下過程：①4D圖像采集：采集多套時相序列的4D CT圖像；②時相間變形配準(zhǔn)：以某個時相為參考圖像，配準(zhǔn)其他時相3D圖像，獲得各時相間的變形配準(zhǔn)矩陣；③組織建模：逐層勾畫各時相上靶區(qū)及危及器官解剖結(jié)構(gòu)（或把參考圖像上勾畫的靶區(qū)、危及器官的解剖結(jié)構(gòu)，通過變形配準(zhǔn)矩陣映射到其他時相上）；④計劃設(shè)計及劑量計算：設(shè)計參考時相的放療計劃，并對其他時相的射野形狀、強度分布等做相應(yīng)調(diào)整，計算劑量；⑤計劃評價：對所有時相的合成劑量分布進(jìn)行評價。

目前，四維放療計劃設(shè)計，基本基于4D CT，通過各時相輪廓融合，準(zhǔn)確獲取個體化的內(nèi)靶區(qū)（ITV），然后在單一時相上計算劑量分布；然后與3DCT上制作的相同處方劑量、射野方向、優(yōu)化條件下的放療計劃進(jìn)行對比分析。肺癌、肝癌、胰腺癌等應(yīng)用研究表明，四維靶區(qū)勾畫可在保證靶區(qū)準(zhǔn)確基礎(chǔ)上減少進(jìn)入PTV的正常組織體積，更好地保護(hù)正常組織[4-7]。四維CT在完成靶區(qū)精確定位同時，也為危及器官受量的準(zhǔn)確評估提供了一種有力工具[8-10]。本文基于以上結(jié)果，進(jìn)一步研究在采用相同靶區(qū)、危及器官勾畫方式，相同處方劑量情況下，采用兩種不同4D計劃設(shè)計方案的劑量分布差異，探討在滿足臨床精度要求時，是否可對4D計劃設(shè)計進(jìn)行部分簡化。

1 材料與方法

原發(fā)性肝癌患者10例，腫瘤位于肝右葉。4D CT掃描前訓(xùn)練患者呼吸，使其在自然狀態(tài)下保持平靜、均勻呼吸。每例患者的4D CT圖像都由10個不同呼吸時相CT序列組成，且均采用兩種方案進(jìn)行4D計劃設(shè)計，分別定義為準(zhǔn)4D計劃和4D計劃。對比分析兩種方式的劑量差異。

1.1 輪廓勾畫

研究表明，基于參考時相輪廓變形獲得其余時相的4D 輪廓，相比作為4D輪廓標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)形式的逐層勾畫所有時相輪廓方式，體積平均增大約9%[11]。故本文采用所有時相逐層勾畫方式進(jìn)行4D CT輪廓勾畫。利用ModernTPS計劃系統(tǒng)軟件，輸入10個呼吸時相的CT圖像，并在各時相序列圖像中分別勾畫GTV、CTV和危及器官。為了保證靶區(qū)勾畫的重復(fù)性及準(zhǔn)確性，同一患者的所有靶區(qū)、危及器官均由同一放療醫(yī)師在同一窗寬、窗位條件下勾畫。

1.1.1 準(zhǔn)4D計劃的輪廓勾畫 靶區(qū)：在4D CT的10套時相序列圖像中分別勾畫GTV、CTV，外擴(kuò)擺位邊界得到PTV，融合形成PTV準(zhǔn)4D。危及器官：在4D CT的10套時相序列圖像中分別勾畫各個危及器官，各危及器官輪廓所有時相融合后，形成各危及器官自己的4D融合輪廓。為了更準(zhǔn)確評估肝臟受量，我們對肝臟進(jìn)行勾畫時，會扣去GTV，把剩下部分作為正常肝臟。

1.1.2 4D計劃的輪廓勾畫 靶區(qū)：采用準(zhǔn)4D計劃勾畫的各時相的GTV、CTV、PTV，但不進(jìn)行時相間的融合；危及器官：采用準(zhǔn)4D計劃勾畫的各時相的危及器官輪廓，但不進(jìn)行時相間的融合。

1.2 放療計劃優(yōu)化

采用兩種方案進(jìn)行4D計劃優(yōu)化，分別如下。

1.2.1 準(zhǔn)4D計劃（基于PTV準(zhǔn)4D，在單一時相上計劃優(yōu)化） 以吸氣末時相為參考時相，在參考時相中進(jìn)行計劃優(yōu)化。靶心設(shè)置為PTV準(zhǔn)4D幾何中心，總劑量50～60Gy，常規(guī)分割，要求95%的等劑量曲線覆蓋≥95%PTV準(zhǔn)4D。

1.2.2 4D計劃（不同時相各自計劃優(yōu)化后變形疊加） 每個時相采用與準(zhǔn)4D計劃相同的靶心設(shè)置方式、適形目標(biāo)、射野方向、分次數(shù)，但處方劑量為準(zhǔn)4D計劃的十分之一。同時，射野形狀、權(quán)重根據(jù)靶區(qū)和危及器官的變化做相應(yīng)調(diào)整。各時相劑量評價標(biāo)準(zhǔn)也要求95%的等劑量曲線覆蓋≥95%PTV。同樣選取吸氣末的時相為參考時相，各時相劑量計算完成后，將所有時相的劑量通過變形配準(zhǔn)，等權(quán)重疊加到參考時相上，然后在參考時相上進(jìn)行計劃評價。

1.3 分析方法

把4D計劃得到的靶區(qū)和危及器官劑量結(jié)果視為理想結(jié)果，比較其與準(zhǔn)4D計劃的靶區(qū)和危及器官的劑量差異。對結(jié)果數(shù)據(jù)采用配對Wilcoxon符號秩和檢驗的方法進(jìn)行統(tǒng)計分析，P<0.05認(rèn)為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩種方案中處方劑量對比

在不增加肝臟V30、肝臟Dmean及左右腎V20等危及器官劑量的前提下，4D計劃在原有處方劑量的基礎(chǔ)上可略有提升。如表1所示，4D計劃相比準(zhǔn)4D計劃10例患者PTV的平均劑量略有提升，但兩者的差異不顯著（P>0.05）；同時，4D計劃相比準(zhǔn)4D計劃ITV的的平均劑量也略有提升，但兩者的差異也不顯著（P>0.05）。

2.2 兩種方案中危及器官的劑量對比

如表2所示，對于肝V30（%），準(zhǔn)4D計劃的百分比體積略大于4D計劃，但無統(tǒng)計學(xué)意義差異（P>0.05）；對于肝的平均劑量，準(zhǔn)4D計劃（略大于4D計劃，但差異不顯著（P>0.05，無統(tǒng)計學(xué)意義差異）。同時，4D計劃中左腎、右腎、胃的受量均略有降低。結(jié)果表明4D計劃相比準(zhǔn)4D計劃對危及器官的保護(hù)要稍好，但差異并不顯著。

注：V30（%）代表30Gy劑量對應(yīng)的百分比體積；V20（%）代表20Gy劑量對應(yīng)的百分比體積；Dmean（Gy）代表平均劑量，單位為Gy；Dmax（Gy）代表最大劑量，單位為Gy。

3 討論

四維影像定位技術(shù)已較為成熟，并已商業(yè)化。隨著成像技術(shù)、多葉光柵以及機(jī)械控制技術(shù)發(fā)展，患者治療時可實時跟蹤腫瘤運動，使射線束實時跟隨目標(biāo)腫瘤，成為腫瘤運動補償問題的發(fā)展方向。實時跟蹤優(yōu)點在于直線加速器的工作周期不會和呼吸門限法一樣有所損失，因此不會加長治療時間。最常用的跟蹤方法是基于X射線透視成像對運動腫瘤實時成像跟蹤[12-14]，還有基于電磁的追蹤技術(shù)[15]。四維治療實施過程中，除對腫瘤實時跟蹤外，治療實施對呼吸時相的變化有響應(yīng)時間（呼吸監(jiān)測系統(tǒng)、光柵等設(shè)備的參數(shù)調(diào)整需要時間），需要預(yù)測軟件來減小響應(yīng)時間引入誤差[16-18]。隨著上述技術(shù)發(fā)展，真正的四維放療實施即將成為可能。

本文研究目的是評估是否可對四維計劃設(shè)計過程進(jìn)行簡化，以減少4D治療實施過程中射野參數(shù)調(diào)整，進(jìn)而減少四維治療實施過程中累積誤差，間接提高治療效果，同時改善四維放療臨床應(yīng)用可操作性。本研究可見，在采用相同的4D靶區(qū)和危及器官輪廓勾畫方式，相同的射野方向和處方劑量要求的情況下，對各個時相各自優(yōu)化射野參數(shù)的真正4D計劃，在靶區(qū)劑量提升及危及器官保護(hù)方面都優(yōu)于直接在參考時相上計劃優(yōu)化的準(zhǔn)4D計劃，但兩種方案下的差異并不顯著。說明在肝癌四維放射治療技術(shù)臨床應(yīng)用時，可以探討對4D計劃優(yōu)化過程中進(jìn)行部分簡化，提高該技術(shù)臨床應(yīng)用的可操作性。本文受限于所收集到的患者數(shù)量，對臨床各種復(fù)雜情況的覆蓋率有限，對于個別呼吸幅度較大或靶區(qū)與危及器官結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜的患者，本文中的兩種方式可能會產(chǎn)生稍大的差異，需要后續(xù)研究中進(jìn)一步探索。

參 考 文 獻(xiàn)

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