CT模拟血管分布个体化三维设计盆腔照射野初探
朱苏雨, 胡炳强, 金和坤, 向舫, 罗荣喜
湖南省肿瘤医院放疗科, 长沙 (410013)
摘要: 目的 复习文献初步探讨根据盆腔血管个体化分布作为淋巴结位置导向, CT模拟三维设计盆腔照射野. 方法 5例直肠癌和5例宫颈癌患者通过CT模拟扫描, 并在三维治疗计划系统逐层勾画小肠,腹主动脉,髂总动脉,髂内外动脉, 相应血管外扩20mm定义为PTV, 利用数字重建影像(DRR)技术显示盆腔骨骼和靶区, 根据个体化血管位置分布设计盆腔照射野. 结果 与传统按骨性标志设计的盆腔照射野边界一对一比较, 按血管分布设计的照射野有明显的个体差异, 其前后对穿野的侧界和侧野的前界分别波动在传统野边界的+7mm至-5mm和+5mm至-6mm之间. 照射野内小肠的体积由202.4±65.7cm3减少为77.5±21.2cm3. 结论 模拟盆腔血管分布而三维设计盆腔照射野有可能达到个体化最优设计的目的, 能较大程度减少小肠照射体积.
关键词: 盆腔照射野设计, 盆腔血管, CT模拟, 三维治疗计划
Use of CT simulation with vessel contouring as a guide for lymph node localization to design the pelvic fields
Zhu Su-Yu, Hu Bing-Qiang, Jin He-Kun, Xiang Fang, Luo Rong-Xi
The Radiation Oncology Department, the HuNan Province Tumor Hospital, ChangSha (410013)
Abstract: Purpose: to evaluate the optimal individual pelvic irradiation field design, with contoured pelvic vessels on simulation computed tomography as a guide for lymph node location. Method and materials: Pelvic arteries were contoured on contrast-enhanced CT simulation images of 5 cases of rectal and 5 cases of cervical cancer patients. The PTV was defined as pelvic arteries expanded with 20mm margins. The lateral border of the A-P and P-A fields and the anterior border of the lateral fields were individually placed at the edge of the PTV respectively, the other borders were the same as the conventional fields based on the bony landmarks. The conventional pelvic fields were also outlined on those digitally reconstructed radiographs (DRR). The borders of those two kinds of fields design were displayed and compared case by case. Results: the lateral borders of the vessels-based A-P and P-A fields were located around the borders of the convention fields ranged from +7mm to -5mm, and the anterior border of the lateral fields ranged from +5mm to -6mm, which indicated the field borders were individually located with their respective vessel distribution. The volume of the small bowel within the irradiation fields reduced from 202.4 ±65.7 cm3 to 77.5 ± 21.2 cm3, with evident reduction favored for the vessels-based pelvic fields. Conclusion: CT simulation with vessel contouring as a guide for lymph node localization may provide more precise and individualized field delineation and may exclude more small bowel within the irradiation fields compared with the conventional pelvic fields based on bony landmarks.
Key words: pelvic field design, pelvic vessels, CT simulation, 3-dimensional treatment planning.
传统的直肠癌和宫颈癌的盆腔照射野是根据二维模拟透视状况下骨性解剖标志来设计的. 通过手术解剖, 双侧淋巴管造影术, 及核磁共振所展示的盆腔淋巴结的位置分布的系列研究提示根据骨性解剖标志设计的盆腔照射野不能充分覆盖需预防照射的盆腔淋巴结[1,2,3]. 随着三维适形放射治疗技术的广泛开展, 笔者初步尝试根据CT模拟逐层描绘和三维展示盆腔血管的空间分布来个体化设计直肠癌和宫颈癌的盆腔照射野, 报道如下:
一. 材料和方法
自2003年5月至2006年6月, 5 例直肠癌和5例宫颈癌患者被尝试用新的方法设计盆腔照射野而实施放射治疗. 直肠癌患者平均年龄41岁,男性,4例,女性,1例; Dukes B期4例,C期1例; 术前放疗3例, 术后放疗2例. 宫颈癌患者平均年龄53岁; 2例Ⅱb期行术前放疗,3例 Ⅲ期行根治性放疗.
放射治疗野的具体设计步骤如下: ① 体位固定和CT模拟扫描: 患者处仰卧位双手抱头, 泡沫真空袋固定躯干至柒关节, 从第三腰椎至股骨上1/3逐层CT模拟增强扫描, 层间距为5mm, 将扫描图像通过DICOM接口传输至三维治疗计划系统(Cadplan, Ver.6.1, Varian Medical System Inc. Palo Alto, CA, USA). ② 靶区和重要器官的描绘: 在三维治疗计划系统所展示的各CT层面上逐层描绘小肠, 腹主动脉, 髂总动脉, 髂内外动脉, 将所勾画的相应血管外扩20mm 边径并定义为PTV, 通过三维治疗计划系统的数字化重建图像技术(DRR)对所勾画的结构和器官及骨骼进行三维重建和展示. ③ 盆腔照射野的设计: 前后对穿野的上界设定L4/L5 交界处, 下界分别设定为闭孔下缘(Dixon术后或上位直肠癌,宫颈癌)和肛门外缘(Miles术后或中下位直肠癌), 两侧界为PTV外缘(髂外动脉外20mm,用多叶光栅自动适形遮挡), 双侧野的前缘为PTV的外缘, 直肠癌后界为沿骶尾骨中部走向勾画界线, MLC自动沿线遮挡,后界对于宫颈癌选择在S2/S3交界处的垂直线, 其上下界同前后野. ④ 勾画传统照射野: 根据三维治疗计划系统所展示DRR, 按骨性标志将传统照射野勾画, 并和三维适形野进行一对一对比分析, 比较照射靶区所包含的小肠的体积, 及前后野侧界和侧野前界的对应位置关系. 传统照射野的具体设计如下: 上下界及侧野后界同三维适形野, 前后对穿野侧界为真骨盆最宽缘外20mm, 双上角自上界外1/4至侧界上1/3连线挡铅; 侧野前界为耻骨联合前缘.
二. 结果
1. 一例采用盆腔骨骼及血管数字化重建技术设计的三维盆腔照射野展示如图1.
图1. 1例T3N0M0 上段直肠腺癌术前放射野的设计. 通过CT模拟增强扫描并逐层勾画腹主动脉, 髂总和髂内外动脉, 及小肠; 血管外扩20mm 边径定义为PTV边界, 通过三维治疗计划系统数字化重建影像(DRR)显示PTV, 小肠 和盆腔骨骼, 再通过骨性标志和PTV边界设计(a) 前后野: 上界设定L4/L5 交界处, 下界设定为闭孔下缘, 两侧界为PTV外缘(髂总及髂外动脉外20mm,用多叶光栅自动适形遮挡) (b) 侧野. 前缘为PTV的外缘, 后界为沿骶尾骨中部走向勾画界线, MLC自动沿线遮挡, 上下界同前后野.
2. 按骨性标志设计的传统照射野与相应的根据盆腔血管分布设计的个体化三维适形照射野比较, 6例前后对穿野侧界位于三维照射野侧界之内3-7mm, 4例在外3-5mm; 7例侧野前界分别在三维适形野侧野前界内4-6mm, 3例在前界外2mm- 5mm.（见表1）。
表1 按传统骨性标志设计盆腔野边界与按盆腔血管分布设计的三维适形野边界对比结果
|
病例序号
|
与适形野侧界的距离(mm)
|
与适形野前界距离(mm)
|
|
1
|
-3
|
+5
|
|
2
|
+5
|
-4
|
|
3
|
-5
|
-3
|
|
4
|
-7
|
-4
|
|
5
|
+3
|
+2
|
|
6
|
-4
|
-3
|
|
7
|
+4
|
-5
|
|
8
|
-5
|
-3
|
|
9
|
-6
|
+4
|
|
10
|
+4
|
-5
|
“-”表示在三维适形野边界之内；“+”表示在三维适形野边界之外。
3. 传统照射野所包含的小肠体积平均为202.4±65.7cm3, 按血管分布设计的三维适形照射野所包含的小肠体积平均为77.5±21.2 cm3.
三. 讨论
长期以来, 对于直肠癌、宫颈癌及前列腺癌等的全盆腔照射野的设定是通过骨性解剖标志来确定的. 前后及两侧的盒式四野是其最常用技术,其上界通常选定在L4/L5或L5/S1交界处,下界根据不同部位肿瘤和分期及术式的不同而通常设定在闭孔下缘、肿瘤最远端下2cm及肛门外缘; 其前后对穿野的两侧界通常选定在真骨盆最宽缘外1.5-2cm处; 其两侧野的前界通常选择耻骨联合外缘, 后界对于宫颈癌和前列腺癌选择在S2/S3交界处来减少直肠照射体积,而对于直肠癌则选择沿骶尾骨弧线来包括骶前和直肠及其周边淋巴结和淋巴组织[4]. 但系列研究对传统盆腔照射野边界设定的合理性提出了质疑. 通过淋巴造影术, Zunino等[5]和Bonin 等[3]揭示传统对穿野侧界边径不够, 如果要覆盖所有髂外淋巴结,他们推荐两侧界应在真骨盆外2.5和2.6cm处. Pendlebury 等[6]]则发现50病例中有2/3需要修改传统盒式野的边界来覆盖淋巴造影术所显示的淋巴结, 边界欠足主要来自于对穿野侧界和侧野前界边径不够, 建议真骨盆最宽缘外2.5cm和耻骨联合前缘外0.5cm 来覆盖90%病例的盆腔淋巴结,同时也发现有20%病例能够进一步缩小盒式野的边界来减少正常组织的照射体积. 甚至有学者建议采用MRI[2]和盆腔手术中置放金属标记[1]来确定盆腔主要淋巴结的位置,并由此而确定个体化盆腔照射野的边径范围. 他们发现盆腔淋巴结的分布相对于传统照射野定位的骨性解剖标志的距离个体化差异较大, 但99%的淋巴结都位于盆腔血管边径15mm以内. Chao 等[7]的进一步研究提示髂总动脉外15mm边径和髂外动脉外20mm边径能确保82.3%正常大小的淋巴结在盆腔照射野内,强调根据盆腔血管走行设置个体化盆腔照射野的可行性.因为盆腔淋巴结位置存在很明显的个体差异,而常规实施淋巴造影术或手术来确定盆腔淋巴结的位置在如今显得不太实际可行, 通过CT模拟扫描并逐层勾画出盆腔血管的走行和辅以一定边径范围来大致确定淋巴结的位置能够实现个体化盆腔照射野的设计, 且简易可行,所以笔者运用此方法进行了初步尝试. 考虑到摆位误差和盆腔结构的内在运动等因素,笔者认为选择血管周边外扩20mm边径作为盆腔淋巴结的分布范围显得比较合理.本研究的初步结果也显示与传统盆腔照射野相比,按血管分布设置的照射野边界位置存在明显个体差异,如果按传统方法设计照射野而实施放疗, 可能会出现部分盆腔淋巴结不被包括在照射野内, 或者过多的照射了盆腔正常组织,尤其是盆腔内的小肠,由此有理由推断根据盆腔血管分布走向能够间接定位盆腔淋巴结位置,据此三维设计的盆腔照射野潜在可能最优实现个体化盆腔照射,且本研究的初步结果也显示包括在靶区内的小肠体积有较大幅度减少. 然而根据盆腔血管分布来确定盆腔照射野的范围也存在缺陷,最明显是只关注了盆腔淋巴结靶区覆盖的充分性,而忽略了是否需要包括这些潜在正常大小淋巴结作为靶区的必要性. 也许有关前哨淋巴结的研究有助于剔除不必要照射的盆腔淋巴结区域从而更进一步缩小靶区范围.
总之,本研究的初步尝试和讨论提示传统盆腔照射野不能提供最佳盆腔淋巴结覆盖, 而通过CT模拟盆腔血管分布来个体化确定照射野的范围可能更精确,设计方法简单合理,潜在可能提高治疗增益,值得更进一步观测盆腔局部放射治疗反应和控制率及复发率来确认此方法的有效性.此设计方法对盆腔三维适形和调强放射治疗靶区的确定也提供了可借鉴的思路.
参考文献
1 Greer BE, Wui-Jin K, Figge DC, et al. Gynecologic radiotherapy fields defined by intra-operative measurements. Gynecol Oncol 1990;38:421-424.
2 Taylor A, Rockall AG, Powell MEB. Magnetic resonance lymphography to localize pelvic lymph nodes for intensity-modulated radiotherapy in gynecological cancer. Proc Am Soc Clin Oncol 2004;22:7-15.
3 Bonin SR, Lanciano RM, Corn BW, et al. Bony landmarks are not an adequate substitute for lymphangiography in defining pelvic lymph node location for the treatment of cervical cancer with radiotherapy. Int J Radiat Oncol Biol Phys 1996;34:167-172.
4 Ashman JB, Zelefsky MJ, Hunt MS, et al. Whole pelvic radiotherapy for prostate cancer using 3D conformal and Intensity-Modulated Radiotherapy. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2005; 63:765-771.
5 Zunino S, Rosato O, Lucino S, et al. Anatomic study of the pelvis in carcinoma of the uterine cervix as related to the box technique. Int J Radiat Oncol Biol Phys 1999; 44:53-59.
6 Pendlebury SC, Cahill S, Crandon AJ, et al. Role of bipedal lymphangiogram in radiation treatment planning for cervix cancer. Int J Radiat Oncol Biol Phys 1993;27:959-962.
7 Chao KSC, Lin BS. Lymphangiogram-assisted lymph node target delineation for patients with gynecologic malignancies. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2002;54:1147-1152.
文章相关图片：
