孟皓宇 何強 張柏霖 甄鑫 靳懷志 王學濤＊

1 廣東省中醫(yī)院放射治療區(qū) （廣東 廣州 510000）

2 南方醫(yī)科大學 （廣東 廣州 510000）

內(nèi)容提要： 目的：驗證注射苦參凝膠對近距離放射治療患者的直腸壁劑量學特征的影響。方法：回顧性采集到25例宮頸癌患者注射苦參凝膠前后的臨床數(shù)據(jù)，包括治療計劃、CT圖像。對各個治療分次的直腸壁用精確點配準算法對直腸表面劑量進行累加，并將3D劑量分布映射到二維平面上，將直腸人為地分成近端和遠端，并從中分別提取劑量體積特征和劑量幾何特征。利用配對樣本t檢驗篩選出具有顯著性差異的特征。結果：直腸壁表面配準精度高，顯示較好魯棒性。精確點配準后，直腸近端篩選出具有顯著性差異的DVP特征2個、DGP特征50個，直腸遠端篩選出26個DVP特征，共30個DGP特征。直腸與直腸未充盈狀態(tài)下的對比可以發(fā)現(xiàn)直腸后壁受照劑量減少。結論：注射苦參凝膠對直腸后壁具有保護作用。

宮頸癌是女性最常見的惡性癌癥之一，病死率高居女性癌癥第二位[1]。近距離放射治療是宮頸癌最常用的治療方法，放射直腸炎是放射治療最常見的并發(fā)癥[2]。本研究將苦參凝膠注射直腸內(nèi)，增大直腸后壁與宮頸癌的距離，以期減少直腸受照劑量。采用ICRU89號報告推薦的劑量體積參數(shù)D0.1cc、D1cc、D2cc（最高劑量點處0.1、1、2cm3體積內(nèi)的最小點劑量）結合基于精確表面劑量累加的方法評價危及器官放射性毒性，更好地評估器官的形變、位移、擺位誤差以及劑量的空間幾何分布信息[3]。精確點配準得到總劑量分布后，加大采樣密度，從3D劑量分布和2D劑量分布圖中提取劑量體積特征，劑量幾何特征[4]。采用配對樣本t檢驗的方法比較苦參凝膠充盈直腸前后的特征變化。

1.資料與方法

1.1 臨床資料

本文回顧性收集25例宮頸癌放療患者臨床數(shù)據(jù)。所有患者均注射苦參凝膠，注射前后各行CT掃描，同一個醫(yī)生勾畫直腸外輪廓線得到直腸掩模圖像，同一個物理師用PLATO系統(tǒng)（Nucletron 14.3.7 9）做后裝治療計劃?；颊呔邮芙嚯x放療，劑量為30Gy/5F。

1.2 方法

1.2.1 劑量累加和3D-2D劑量映射

通過精確點配準算法對放療間各個分次的直腸壁進行配準，得到各個點的變形場，通過過B-spline插值計算總變形場，通過該變形場對各個分次的直腸壁進行變形和劑量累加，得到總的3D受照劑量[5]。將直腸3D受照劑量映射到2D平面上，對每一層的直腸輪廓線計算其幾何中心，從幾何中心等間隔引出n（n=30）條射線交于直腸輪廓線上n個點，對應n個劑量值（見圖1）。即將3D劑量展開得到z×n的2D劑量矩陣（z為直腸物理長度）[3]。將直腸分為3份，靠近放射源一端為近端NEAR（1/3），遠離放射源為遠端FAR1、FAR2（各為1/3）。

1.2.2 劑量特征參數(shù)

采用劑量幾何特征（DGPs）和劑量體積特征（DVPs）具有顯著性差異的個數(shù)來評價注射苦參凝膠對直腸壁的保護作用。在最高劑量點周圍Xcm3內(nèi)最小點劑量，本文中x∈[0.1,10]，間隔為0.1cm3，共100個劑量體積特征。不同劑量水平下（45～100Gy）的劑量區(qū)域（劑量區(qū)間的間隔為1Gy）提取幾何特征，包括劑量區(qū)域的周長、面積、劑量區(qū)域相對于RSDM中直腸表面面積的相對面積、相對寬度即相應CT切片上劑量區(qū)域最大寬度相對于直腸周長的比率等，以最高劑量的1/20等間隔將所有劑量由低到高分為20組，以特證名-組序命名，每組11個特征，共220個。

圖1.二維直腸受照劑量分布圖（紅色為高劑量區(qū)，藍色為沒有劑量的區(qū)域，其余顏色為低劑量區(qū)域）

1.3 統(tǒng)計學分析

采用配對樣本t檢驗分析DVPs、DGPs和紋理特征對于注射苦參凝膠實驗組和沒有注射苦參凝膠對照組之間的統(tǒng)計學差異。P＜0.05表示為兩組數(shù)據(jù)存在顯著性差異。

2.結果

2.1 直腸表面配準結果

直腸配準結果如圖2所示。從圖中可以看出直腸無論是大形變還是小形變TOP-DIR均獲得滿意的配準結果，顯示其較好的魯棒性。圖中，黃色網(wǎng)格線是待配準直腸輪廓線，紅色網(wǎng)格線是第一次治療計劃的直腸輪廓線，配準前兩次CT圖像顯示直腸形變度不同，各個方向吻合效果差，通過變形場精確匹配后分次間直腸輪廓線高度吻合。

圖2.直腸形變較大（左）、直腸形變較?。ㄓ遥?種情況下TOP-DIR的配準情況

2.2 二維劑量分布圖對比

圖3是注射苦參凝膠前后二維劑量對比圖。紅色代表高劑量區(qū)，淺藍色代表低劑量區(qū)，綠色代表中劑量（過度區(qū)），深藍色劑量為0。注射苦參凝膠后的二維劑量圖直觀顯示直腸受照劑量明顯減少，外圍低劑量區(qū)收縮更圓滑、淺紅色部位明顯收縮，中劑量區(qū)范圍減小。

2.3 特征提取結果

FAR端提取到的具有顯著性差異的DVP特征有26個。NEAR端提取到的具有顯著性差異的DVP特征有2個。FAR1提取到的具有顯著性差異的DGP特征有17個，F(xiàn)AR2提取到的具有顯著性差異的DGP特征有13個，NEAR端提取到的具有顯著性差異的DGP特征有50個。直觀數(shù)據(jù)量顯示注射苦參凝膠明顯影響直腸后壁劑量學特征。詳細數(shù)據(jù)見表1。

表1.特征提取結果

圖3.二維劑量對比圖

3.討論

放射性直腸炎是宮頸癌放療最常見的并發(fā)癥，常見放療后的患者生活質(zhì)量低[6]。接受高劑量照射的直腸體積大小是發(fā)生放射性直腸炎的主要原因。本文回顧性研究中，在直腸中注射苦參凝膠?？梢愿鶕?jù)直腸的形狀而變化，克服了栓劑接觸面積小、難以滲入黏膜和灌腸液作用時間短等缺點。注射苦參凝膠后，使直腸后壁遠離高劑量區(qū)域，增加與放射源之間的距離從而達到保護直腸的目的。

本文在評估塞入苦參凝膠對直腸的保護作用時，采用的是基于精確點配準的參數(shù)的篩選。由于D0.1cc/1cc/2cc是不考慮器官形變的基礎上計算得到的，因而無法準確反映受照劑量。需要通過準確的變形算法，得到總的受照劑量。TOPDIR算法能解決分次間直腸的變形問題，獲取到精確的直腸表面劑量分布，進一步準確地反映直腸毒性與受照劑量之間的關系。

本文通過精確點配準算法得到直腸表面受照總劑量，通過3D-2D的轉(zhuǎn)化能將3D受照劑量映射到2D平面上，從3D總劑量和2D平面上提取劑量體積參數(shù)和劑量幾何特征，篩選出注射苦參凝膠前后顯著性差異最大的特征。結果表明，基于精確點配準基礎之上，注射苦參凝膠后對直腸后壁劑量學特征影響明顯，直腸后壁受照劑量減少，對直腸后壁起到保護作用。