宮頸癌三維后裝治療中兩種優化方式的劑量及相關性分析

周解平，吳愛東，錢立庭，盛六四，徐 榭

高劑量率192Ir腔內后裝治療聯合外照射是宮頸癌根治性放療的標準方案。隨著計算機、影像及放療技術的發展，CT/MR等影像引導下的三維腔內后裝治療逐漸在臨床上應用，其計劃的優化方式主要有正向手動優化(manual optimization, MO)和基于模擬退火逆向優化(inversely optimization simulation anneal, IPSA)等[1]。該研究回顧性分析放療科30例宮頸癌患者的MO治療計劃，基于原圖像信息重新設計IPSA計劃，比較兩種優化方法的靶區和危及器官(organs at risk, OARs)的劑量分布差異。目前國內多數放療中心仍采用基于A點的點劑量評估模式，該研究標記出ICRU38號報道推薦的A點和膀胱、直腸參考點，對A點劑量與高危CTV(high risk clinical target volume, HRCTV)的D90值、膀胱和直腸參考點劑量與OARs的D2 cm3劑量作相關性分析，為傳統腔內治療點劑量評估提供參考依據。

1 材料與方法

1.1病例資料隨機數字表法選取安徽省腫瘤醫院2015年10月～2016年10月于放療科接受外照射聯合三維腔內后裝治療的30例患者，患者均簽署后裝治療同意書，年齡45～72歲，中位年齡61歲，病理分析均為鱗狀細胞癌。根據2009年FIGO分期[2]，其中ⅠB期3例、ⅡA10例、ⅡB14例、ⅢA3例。體外照射總劑量為46 Gy/23次，單次2 Gy，在體外照射36～40 Gy后開始CT圖像引導下的高劑量率192Ir三維腔內后裝治療，1次/周，連續6次。

1.2施源器插入及CT掃描患者治療前均排空膀胱，外陰消毒后插入Foley導尿管，導尿管球囊內注入5.0 ml的空氣，膀胱灌注0.6%泛影葡胺的生理鹽水200 ml，直腸內置入帶有鉛絲的導尿管，陰道窺具暴露術野后插入宮腔聯合陰道卵圓體施源器，陰道填塞紗布以推開膀胱和直腸。在Siemens Spirit CT模擬機下進行CT掃描，掃描范圍從L3椎體至外陰口下緣2 cm，層厚5 mm，重建成3 mm傳至后裝治療計劃系統(Varian Brachy)。

1.3治療計劃設計根據患者治療前婦檢情況和GEC-ESTRO[3]推薦標準，在Varian Brachy計劃系統上逐層勾畫出HRCTV及OARs直腸、膀胱、乙狀結腸和小腸。直腸的下界從齒狀線開始，上界到直腸和乙狀結腸交界處。重建并勾畫施源器，標記出左右A點、膀胱及直腸參考點，膀胱參考點為膀胱中心與施源器連線過膀胱后表面一點，直腸參考點為陰道施源器與陰道后壁交點后5 mm。原計劃采用MO優化方式，即基于A點給定處方劑量，然后分別在矢狀面、冠狀面和橫斷面三個層面上手動拖動等劑量曲線直至達到優化目標?；谠瓐D像信息，重新設計IPSA計劃，初始優化劑量限值如下：A點劑量5.5～6 Gy，90.0%的HRCTV受照劑量(D90)≥6 Gy，直腸D2 cm3(2 cm3體積受到的最小照射劑量，下同)≤4 Gy、乙狀結腸和小腸D2 cm3劑量≤4 Gy、膀胱D2 cm3劑量≤5 Gy。參照3個斷面的等劑量曲線分布以及DVH參數，根據每位患者的實際解剖結構，調整優化目標函數，直至達到理想劑量分布。

1.4劑量參數統計及相關性分析分別統計比較兩種治療計劃的左右A點劑量、HRCTV的D90、D100和V100劑量體積參數及靶區的適形性指數(conformity index, CI)；膀胱、直腸、乙狀結腸和小腸的D2 cm3和D1 cm3的受照劑量；兩種計劃的治療時間參數；統計并分析IPSA計劃中A點劑量和HRCTV的D90，膀胱、直腸參考點劑量與OARs的D2 cm3的相關性；CI的計算公式如下[4]:

其中VHRCTV,REF是處方劑量線包括的靶區體積，VHRCTV是指靶區的總體積，VREF是指處方劑量線包括的總體積。

1.5統計學處理采用SPSS 16.0軟件進行分析，利用配對樣本t檢驗的方法比較兩種治療計劃參數；用Pearson方法作相關性分析，P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1HRCTV劑量及A點劑量原MO計劃和IPSA計劃的靶區HRCTV的劑量體積參數D90、D100、V100及CI比較差異無統計學意義(P>0.05)；但IPSA計劃左右A點劑量均高于MO治療計劃(P<0.05)，見表1。

2.2OARs劑量比較兩種治療計劃膀胱、直腸、乙狀結腸、小腸的D2 cm3和D1 cm3劑量見表2。相對MO計劃，IPSA計劃膀胱和直腸的D2 cm3、D1 cm3劑量明顯降低(P<0.05)；乙狀結腸的D2 cm3和D1 cm3劑量也略微降低，但差異無統計學意義(P>0.05)；而小腸的D2 cm3和D1 cm3劑量兩種治療計劃相近(P>0.05)。圖1所示是1例ⅡB宮頸癌兩種治療計劃不同OARs的劑量體積直方圖(DVH圖)比較，也顯示類似的結果。

圖1 1例ⅡB宮頸癌IPSA和MO治療計劃的OARs的DVH圖比較

2.3IPSA計劃相關性分析該研究中HRCTV體積為20.38～42.0 cm3，在此體積范圍內，A點劑量與D90劑量呈正相關性(r=0.48，P=0.01),但D90值均稍大于A點劑量。IPSA計劃膀胱參考點劑量為(2.75±0.54) Gy，約為其D2 cm3劑量的0.6倍；膀胱參考點劑量與小腸D2 cm3劑量呈正相關性(r=0.44，P=0.02)；直腸參考點劑量與其D2 cm3劑量相近，與直腸、乙狀結腸D2 cm3劑量均相關，但與乙狀結腸相關性更大(r=0.42、0.62，P<0.05)。

2.4治療時間IPSA和MO計劃理論上所需的治

表1 IPSA和MO治療計劃靶區劑量參數比較

表2 直腸、乙狀結腸、膀胱、小腸等OARs的劑量參數對比

療時間分別為(324.27±44.65)s和(349.71±51.17)s，差異有統計學意義(t=-5.31,P<0.05)，但兩種治療計劃在具體病例駐留點的位置權重上，差別較大。圖2所示為1例ⅡB宮頸癌的兩種治療計劃的駐留位置和駐留時間的比較，IPSA計劃駐留時間調節更精細，變化范圍更廣(0～30.1)s，而相應的MO治療計劃駐留時間變化相對較窄(9.4～21.5)s。

圖2 1例ⅡB宮頸癌的IPSA和MO治療計劃的駐留位置和駐留時間的對比

3 討論

基于CT/MR影像引導下的三維腔內后裝治療能清晰地顯示腫瘤和OARs的大小、形狀和位置關系，根據治療計劃的劑量體積直方圖能精確地統計出靶區和OARs的劑量體積，可明顯降低腸道和膀胱的并發癥發生率[5-8]。目前三維后裝治療計劃主要采用基于A點劑量的MO方式，但MO方式很大程度上依賴于物理師的經驗和技巧，要得到臨床滿意的治療計劃常常耗費大量時間且治療計劃不可重復。逆向優化在外照射放療中已廣泛使用，實踐證明其既提高靶區劑量的覆蓋率、降低OARs照射劑量，又縮短了治療計劃優化時間且計劃重復性好，但目前在后裝治療計劃優化中使用較少。

該研究顯示在HRCTV和OARs勾畫不變的情況下，MO正向計劃與IPSA逆向計劃相比：HRCTV劑量體積參數D90、D100、V100和CI以及乙狀結腸的劑量體積參數D2 cm3和D1 cm3差異均無統計學意義(P>0.05)，但IPSA計劃的乙狀結腸D2 cm3和D1 cm3劑量略低；IPSA計劃的膀胱、直腸的D2 cm3、D1 cm3照射劑量和照射時間分別降低了9%、8%、14%、11%和7.3%，差異有統計學意義(P<0.05)。Kannan et al[9]對基于CT的三維腔內后裝治療進行MO和IPSA計劃對比研究表明IPSA計劃可提高靶區HRCTV的V100和CI，而OARs劑量體積參數無顯著性差異，與本研究結果相似，但可能該研究IPSA計劃的目標函數限值更注重考慮靶區劑量。Hsu et al[10]對前列腺癌的三維插值后裝治療進行了IPSA研究，結果顯示IPSA計劃不僅提高了靶區HRCTV的覆蓋指數V100和CI，而且降低了膀胱、直腸的D2 cm3劑量，與本研究結果略有不同，分析可能由于本研究中施源器僅為三管通道，其駐留位置和駐留時間調節有限，無法充分地發揮IPSA計劃優勢。因此，對宮頸癌腫瘤體積大、宮旁組織侵犯多的患者，采用腔內聯合插值等通道較多的后裝治療時[11-12]，可優化的空間較大，建議采用IPSA方式設計治療計劃。

基于曼徹斯特系統A點的二維后裝治療在臨床上使用多年，積累了豐富的經驗，但低估了膀胱、直腸等OARs的真實受量，結果易造成部分嚴重并發癥的發生[13]。本研究開始于外照射36～40 Gy后，與外照射開始之初相比腫瘤HRCTV體積明顯縮小，約為(20.38～42.0)cm3，在此體積范圍內A點劑量與HRCTV的D90值呈正相關性，但D90值均略大于A點劑量，表明曼徹斯特系統確立A點處方劑量概念有一定的合理性，但略低估了腫瘤的實際受量。膀胱參考點劑量明顯低于膀胱D2 cm3劑量，約為其0.6倍，據此利用膀胱參考點劑量可粗略地估算出傳統二維腔內放療膀胱的真實受量；膀胱參考點劑量與小腸D2 cm3劑量呈正相關性，提示可以通過控制膀胱體積來控制小腸最大受量；直腸參考點劑量與其D2 cm3劑量相近，直腸參考點劑量與直腸、乙狀結腸D2 cm3均相關，但與乙狀結腸相關性更大，可能與高劑量更容易落在乙狀結腸而非直腸上有關，因此用直腸參考點劑量評估治療計劃可能會引起乙狀結腸超量，導致腸道嚴重并發癥的發生。