CT造影劑對(duì)放射治療計(jì)劃劑量分布影響的研究.pdf

1、放射治療計(jì)劃是一個(gè)根據(jù)患者的腫瘤分布的位置及形態(tài)所確定的放射治療方案。由醫(yī)生根據(jù)腫瘤的病理給出一定的處方劑量和危機(jī)器官的限量，治療計(jì)劃系統(tǒng)(Treatment Planning System，TPS)通過設(shè)計(jì)合理的照射野，合理的權(quán)重等劑量計(jì)算并優(yōu)化，得出醫(yī)生滿意的劑量分布。在放射治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)階段，CT模擬定位圖像為建立放射治療計(jì)劃提供了圖像基礎(chǔ)，它是由表達(dá)組織密度的CT值重建后顯示的圖像，因此人體組織器官的CT值與該組織器官的密度值是

2、相對(duì)應(yīng)的。計(jì)劃系統(tǒng)(Treatment Planning System，TPS)可根據(jù)人體組織密度對(duì)于射線的不同的衰減系數(shù)通過一定的算法進(jìn)行劑量計(jì)算，所得出的劑量分布將直觀的顯示在CT圖像上，因此在CT平掃圖像上設(shè)計(jì)放療計(jì)劃所顯示的劑量分布是與患者實(shí)際所受的劑量相符。通過靜脈注射造影劑使得部分組織器官的CT值增大的CT增強(qiáng)掃描圖像，其CT值所對(duì)應(yīng)的密度值與實(shí)際人體組織器官密度值并不相符，理論上使用CT增強(qiáng)掃描圖像設(shè)計(jì)放療計(jì)劃會(huì)導(dǎo)致劑量分

3、布的差異。
　　本文是研究全身各部位（腦部、鼻咽部與頸部、胸部、腹部）在各種類型放療中（常規(guī)對(duì)穿野放療、三維適形放療、調(diào)強(qiáng)放療）因使用CT增強(qiáng)掃描圖像會(huì)對(duì)劑量分布造成怎樣的影響和差異，并分析該差異的大小及具體分布情況。主要通過以下兩種方式來分析CT造影劑對(duì)劑量分布所造成的影響:1.分別在CT增強(qiáng)掃描圖像和平掃圖像上做放療計(jì)劃，比較在同一個(gè)患者的不同掃描圖像上設(shè)計(jì)放療計(jì)劃會(huì)帶來怎樣的劑量分布差異;2.將CT增強(qiáng)圖像上的計(jì)劃在CT平掃

4、圖像上重新劑量計(jì)算，所得出的計(jì)劃與CT增強(qiáng)圖像上的計(jì)劃進(jìn)行比較，分析在CT增強(qiáng)圖像上所顯示的劑量分布與患者實(shí)際上所受到的劑量間的差異。
　　本文選擇經(jīng)病理確診的腫瘤患者64例，其中頭部腫瘤16例、鼻咽部腫瘤13例、胸部腫瘤15例和腹部腫瘤20例。每個(gè)患者在CT模擬定位時(shí)同時(shí)進(jìn)行CT平掃和CT增強(qiáng)掃描，將掃描后的平掃圖像（平掃CT）和增強(qiáng)掃描圖像（增強(qiáng)CT）通過網(wǎng)絡(luò)傳至RAYSTATION4.5治療計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行圖像融合并確保融合的質(zhì)

5、量，放療醫(yī)師在增強(qiáng)CT上進(jìn)行靶區(qū)和危及器官(Organ At Risk，OAR)的勾畫，再復(fù)制到平掃CT上，保證兩者圖像間靶區(qū)和OAR的一致。常規(guī)對(duì)穿野計(jì)劃和三維適形計(jì)劃是通過以下兩種方案設(shè)計(jì)治療計(jì)劃:方案1.分別在同一患者的平掃CT和增強(qiáng)CT上做放療計(jì)劃，采用相同的的布野方式、相同的劑量權(quán)重設(shè)計(jì)、相同的等中心點(diǎn)和等劑量線歸一方式等，得出不同的兩個(gè)計(jì)劃并進(jìn)行比較。方案2.在平掃CT上設(shè)計(jì)治療計(jì)劃，采用與增強(qiáng)CT計(jì)劃完全相同的各照射野角度

6、和MU值，重新進(jìn)行劑量計(jì)算，得出的計(jì)劃與增強(qiáng)CT的計(jì)劃進(jìn)行比較。調(diào)強(qiáng)計(jì)劃是通過以下兩種方案設(shè)計(jì)放療計(jì)劃:方案1.分別在同一患者的平掃CT和增強(qiáng)CT上做放療計(jì)劃，采用相同的的布野方式、相同的優(yōu)化約束條件，進(jìn)行逆向優(yōu)化計(jì)算，得出不同的兩個(gè)計(jì)劃并進(jìn)行比較。方案2.在平掃CT上設(shè)計(jì)治療計(jì)劃，采用與增強(qiáng)CT計(jì)劃完全相同的照射野角度、子野大小、子野形態(tài)和子野MU值，重新進(jìn)行劑量計(jì)算，得出的計(jì)劃與增強(qiáng)CT的計(jì)劃進(jìn)行比較。通過比較以下幾種參數(shù)分析不同計(jì)

7、劃間差異的大小及分布情況:兩者計(jì)劃間的總MU值、靶區(qū)和危及器官的隨機(jī)采樣點(diǎn)P(P1、P2、P3)和T(T1、T2、T3)的劑量、靶區(qū)的近似最高劑量D2％、平均劑量Dmean、中位劑量D50％、近似最低劑量D98％、不均勻指數(shù)(Homogeneity Index，HI)和兩者計(jì)劃的劑量相減分布圖。
　　按照以上的兩種方案設(shè)計(jì)放療計(jì)劃，通過比較這些計(jì)劃間的差異，分析在各種類型的放療（常規(guī)對(duì)穿野放療、三維適形放療、調(diào)強(qiáng)放療）中，造影劑對(duì)

8、于全身各部位腫瘤的放療計(jì)劃的劑量影響，總結(jié)如下。
　　第一，在常規(guī)對(duì)穿野放療中，造影劑對(duì)于腦部腫瘤和鼻咽部與頸部腫瘤的放療計(jì)劃所造成的劑量差異很微小，平掃CT和增強(qiáng)CT兩者間計(jì)劃的總MU值的差異是約為0.2％～0.4％;在劑量的具體分布中，在照射野邊緣有少量的差異，這是由于兩者圖像融合時(shí)位置的少許差異所造成的劑量差異。當(dāng)將增強(qiáng)CT上的計(jì)劃在平掃CT上重新劑量計(jì)算后與該增強(qiáng)CT上的計(jì)劃比較，靶區(qū)和正常組織的劑量分布誤差均小于Dmax

9、的1％，因此造影劑對(duì)于腦部腫瘤和鼻咽部與頸部腫瘤的放療計(jì)劃的影響可忽略不計(jì)。造影劑對(duì)胸部的腫瘤的放療計(jì)劃造成較大的劑量分布差異，平掃CT和增強(qiáng)CT兩者間計(jì)劃的總MU的差異最大可達(dá)4％;在具體的劑量分布中，最大差異約分布在經(jīng)過心臟和縱膈的照射野內(nèi)，差異約為Dmax的2％～10％;當(dāng)將增強(qiáng)CT的計(jì)劃在平掃CT上重新劑量計(jì)算后與該增強(qiáng)CT上的計(jì)劃比較，其劑量的主要差異約分布在靶區(qū)內(nèi)和經(jīng)過心臟和縱膈照射野內(nèi)的正常組織中，大約為Dmax的2％～1

10、0％。因此在實(shí)際治療過程中需考慮造影劑對(duì)胸部放療的影響，建議使用平掃CT來設(shè)計(jì)放療計(jì)劃。造影劑對(duì)腹部的腫瘤的放療計(jì)劃所造成的劑量差異很微小，平掃CT和增強(qiáng)CT兩者間計(jì)劃的總MU的差異約為0.53％;在具體的劑量分布中，最大差異約分布在照射野內(nèi)小腸腸腔形態(tài)大小改變的位置，差異約為Dmax的2％～6％，當(dāng)將增強(qiáng)CT的計(jì)劃在平掃CT上重新劑量計(jì)算后與該增強(qiáng)CT上的計(jì)劃比較，其劑量的主要差異還是分布在照射野內(nèi)小腸腸腔形態(tài)大小改變的位置，大約為D

11、max的2％～6％，因CT造影劑導(dǎo)致軟組織CT值增大，所造成的差異小于Dmax的1％，因此造影劑對(duì)于腹部腫瘤的放療計(jì)劃的影響可忽略不計(jì)，不及小腸生理運(yùn)動(dòng)所帶來的劑量差異大。
　　第二，在三維適形放療中，造影劑對(duì)于腦部腫瘤的放療計(jì)劃所造成的劑量差異很微小，平掃CT和增強(qiáng)CT兩者間計(jì)劃的總MU值的差異是約為0.16％;在劑量的具體分布中，在照射野邊緣有少量的差異，這是由于兩者圖像融合時(shí)位置的少許差異所造成的劑量差異。當(dāng)將增強(qiáng)CT上的計(jì)

12、劃在平掃CT上重新劑量計(jì)算后與該增強(qiáng)CT上的計(jì)劃比較，靶區(qū)和正常組織的劑量分布誤差均小于Dmax的1％，因此造影劑對(duì)于腦部腫瘤的放療計(jì)劃的影響可忽略不計(jì)。造影劑對(duì)胸部腫瘤的放療計(jì)劃所造成劑量的差異較大，平掃CT和增強(qiáng)CT兩者間計(jì)劃的總MU的最大差異可達(dá)5.5％;在劑量的具體分布中，最大差異約分布在經(jīng)過心臟及縱膈的照射野內(nèi)和源皮距(Skin and Source Distance，SSD)較大的照射野內(nèi)，差異約為Dmax的2％～11％;當(dāng)

13、將增強(qiáng)CT上的計(jì)劃在平掃CT上重新劑量計(jì)算后與該增強(qiáng)CT上的計(jì)劃比較，其劑量的主要差異約分布在靶區(qū)內(nèi)和源皮距較大的照射野內(nèi)，大約為Dmax的2％～8％。因此在實(shí)際治療過程中需考慮造影劑對(duì)胸部放療的影響，建議使用平掃CT來設(shè)計(jì)放療計(jì)劃。造影劑對(duì)腹部的腫瘤的放療計(jì)劃所造成的劑量差異很微小，平掃CT和增強(qiáng)CT兩者間計(jì)劃的總MU的差異約為0.5％;在劑量的具體分布中，最大差異約分布在照射野內(nèi)小腸腸腔形態(tài)大小改變的位置，差異約為Dmax的1％～6

14、％，當(dāng)將增強(qiáng)CT的計(jì)劃在平掃CT上重新劑量計(jì)算，其劑量的主要差異還是分布在照射野內(nèi)小腸腸腔形態(tài)大小改變的位置，大約為Dmax的2％～7％，因CT造影劑導(dǎo)致軟組織CT值增大，所造成的差異小于Dmax的1％，因此造影劑對(duì)于腹部腫瘤的放療計(jì)劃的影響，可忽略不計(jì)。
　　第三，在調(diào)強(qiáng)放療中，造影劑對(duì)于腦部腫瘤和鼻咽部與頸部腫瘤所造成的劑量差異很微小，平掃CT和增強(qiáng)CT兩者計(jì)劃間的劑量差異是由于該兩者計(jì)劃是兩個(gè)不同優(yōu)化的結(jié)果因此導(dǎo)致的劑量差異

15、，當(dāng)將增強(qiáng)CT上的計(jì)劃在平掃CT上重新劑量計(jì)算后與該增強(qiáng)CT上的計(jì)劃比較，劑量分布差異小于Dmax的1％，因此造影劑對(duì)于腦部腫瘤和鼻咽部與頸部腫瘤的放療計(jì)劃的影響可忽略不計(jì)。造影劑對(duì)胸部腫瘤的放療計(jì)劃所造成劑量的差異較大，將增強(qiáng)CT的計(jì)劃在平掃CT上重新劑量計(jì)算后與該增強(qiáng)CT上的計(jì)劃比較，在整個(gè)靶區(qū)內(nèi)部和附近的正常組織的劑量分布均有差異，大約為Dmax的2％～6％。因此在實(shí)際治療過程中需考慮造影劑對(duì)胸部放療的影響，建議使用平掃CT來設(shè)計(jì)

16、放療計(jì)劃。造影劑對(duì)腹部的腫瘤的放療計(jì)劃所造成的劑量差異很微小，同時(shí)由于周圍正常組織受照的劑量較小，由小腸腸腔位置形態(tài)的變化所造成的劑量影響也是較小，對(duì)于靶區(qū)內(nèi)的劑量分布影響也是小于Dmax的1％，因此腹部的實(shí)際治療過程中因造影劑引入所造成的差異很小，可忽略不計(jì)。
　　CT造影劑對(duì)于放射治療計(jì)劃劑量分布影響的因素有很多，其中包括治療計(jì)劃系統(tǒng)的差異、硬件設(shè)施的差異（CT、醫(yī)用直線加速器）、造影劑的濃度及注射速度等都可能影響到放射治療計(jì)