CT造影劑對放射治療計劃劑量分布影響的研究.pdf

1、放射治療計劃是一個根據(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，治療計劃系統(tǒng)(Treatment Planning System，TPS)通過設(shè)計合理的照射野，合理的權(quán)重等劑量計算并優(yōu)化，得出醫(yī)生滿意的劑量分布。在放射治療計劃的設(shè)計階段，CT模擬定位圖像為建立放射治療計劃提供了圖像基礎(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、相對應(yīng)的。計劃系統(tǒng)(Treatment Planning System，TPS)可根據(jù)人體組織密度對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)計放療計劃所顯示的劑量分布是與患者實際所受的劑量相符。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值所對應(yīng)的密度值與實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)計放療計劃會導(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)掃描圖像會對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劃，比較在同一個患者的不同掃描圖像上設(shè)計放療計劃會帶來怎樣的劑量分布差異;2.將CT增強(qiáng)圖像上的計劃在CT平掃

4、圖像上重新劑量計算，所得出的計劃與CT增強(qiáng)圖像上的計劃進(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。每個患者在CT模擬定位時同時進(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)對穿野計劃和三維適形計劃是通過以下兩種方案設(shè)計治療計劃:方案1.分別在同一患者的平掃CT和增強(qiáng)CT上做放療計劃，采用相同的的布野方式、相同的劑量權(quán)重設(shè)計、相同的等中心點(diǎn)和等劑量線歸一方式等，得出不同的兩個計劃并進(jìn)行比較。方案2.在平掃CT上設(shè)計治療計劃，采用與增強(qiáng)CT計劃完全相同的各照射野角度

6、和MU值，重新進(jìn)行劑量計算，得出的計劃與增強(qiáng)CT的計劃進(jìn)行比較。調(diào)強(qiáng)計劃是通過以下兩種方案設(shè)計放療計劃: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)化計算，得出不同的兩個計劃并進(jìn)行比較。方案2.在平掃CT上設(shè)計治療計劃，采用與增強(qiáng)CT計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)行劑量計算，得出的計劃與增強(qiáng)CT的計劃進(jìn)行比較。通過比較以下幾種參數(shù)分析不同計

7、劃間差異的大小及分布情況:兩者計劃間的總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)和兩者計劃的劑量相減分布圖。
　　按照以上的兩種方案設(shè)計放療計劃，通過比較這些計劃間的差異，分析在各種類型的放療（常規(guī)對穿野放療、三維適形放療、調(diào)強(qiáng)放療）中，造影劑對

8、于全身各部位腫瘤的放療計劃的劑量影響，總結(jié)如下。
　　第一，在常規(guī)對穿野放療中，造影劑對于腦部腫瘤和鼻咽部與頸部腫瘤的放療計劃所造成的劑量差異很微小，平掃CT和增強(qiáng)CT兩者間計劃的總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上的計劃在平掃CT上重新劑量計算后與該增強(qiáng)CT上的計劃比較，靶區(qū)和正常組織的劑量分布誤差均小于Dmax

9、的1％，因此造影劑對于腦部腫瘤和鼻咽部與頸部腫瘤的放療計劃的影響可忽略不計。造影劑對胸部的腫瘤的放療計劃造成較大的劑量分布差異，平掃CT和增強(qiáng)CT兩者間計劃的總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的計劃在平掃CT上重新劑量計算后與該增強(qiáng)CT上的計劃比較，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％。因此在實際治療過程中需考慮造影劑對胸部放療的影響，建議使用平掃CT來設(shè)計放療計劃。造影劑對腹部的腫瘤的放療計劃所造成的劑量差異很微小，平掃CT和增強(qiáng)CT兩者間計劃的總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的計劃在平掃CT上重新劑量計算后與該增強(qiáng)CT上的計劃比較，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％，因此造影劑對于腹部腫瘤的放療計劃的影響可忽略不計，不及小腸生理運(yùn)動所帶來的劑量差異大。
　　第二，在三維適形放療中，造影劑對于腦部腫瘤的放療計劃所造成的劑量差異很微小，平掃CT和增強(qiáng)CT兩者間計劃的總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

12、劃在平掃CT上重新劑量計算后與該增強(qiáng)CT上的計劃比較，靶區(qū)和正常組織的劑量分布誤差均小于Dmax的1％，因此造影劑對于腦部腫瘤的放療計劃的影響可忽略不計。造影劑對胸部腫瘤的放療計劃所造成劑量的差異較大，平掃CT和增強(qiáng)CT兩者間計劃的總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上的計劃在平掃CT上重新劑量計算后與該增強(qiáng)CT上的計劃比較，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％。因此在實際治療過程中需考慮造影劑對胸部放療的影響，建議使用平掃CT來設(shè)計放療計劃。造影劑對腹部的腫瘤的放療計劃所造成的劑量差異很微小，平掃CT和增強(qiáng)CT兩者間計劃的總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的計劃在平掃CT上重新劑量計算，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％，因此造影劑對于腹部腫瘤的放療計劃的影響，可忽略不計。
　　第三，在調(diào)強(qiáng)放療中，造影劑對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兩者計劃間的劑量差異是由于該兩者計劃是兩個不同優(yōu)化的結(jié)果因此導(dǎo)致的劑量差異

15、，當(dāng)將增強(qiáng)CT上的計劃在平掃CT上重新劑量計算后與該增強(qiáng)CT上的計劃比較，劑量分布差異小于Dmax的1％，因此造影劑對于腦部腫瘤和鼻咽部與頸部腫瘤的放療計劃的影響可忽略不計。造影劑對胸部腫瘤的放療計劃所造成劑量的差異較大，將增強(qiáng)CT的計劃在平掃CT上重新劑量計算后與該增強(qiáng)CT上的計劃比較，在整個靶區(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％。因此在實際治療過程中需考慮造影劑對胸部放療的影響，建議使用平掃CT來設(shè)計

16、放療計劃。造影劑對腹部的腫瘤的放療計劃所造成的劑量差異很微小，同時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。
　　CT造影劑對于放射治療計劃劑量分布影響的因素有很多，其中包括治療計劃系統(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