輸尿管支架在宮頸癌術后放療中的輻射劑量學探討

何亞男 申正文 柳先鋒 趙秀娟

1（重慶大學附屬腫瘤醫院腫瘤放射治療中心 重慶 400030）

2（重慶大學附屬腫瘤醫院婦科腫瘤中心 重慶 400030）

宮頸癌是最常見婦科惡性腫瘤，手術是早期宮頸癌治療最重要方法之一，術后存在高、中危因素，需8 周內完成放射治療［1］。在宮頸癌手術過程中損傷輸尿管或術后輸尿管壞死情況極易出現，有半數以上醫源性輸尿管損傷發生在婦科手術中［2］。孫華賓［3］和魏振杰［4］等均證實術前預置輸尿管支架是預防輸尿管損傷有效方法。輸尿管支架一般需保留3個月，必要時保留6個月，部分宮頸癌患者在未拔除輸尿管支架前已開始放射治療。輸尿管支架HU 值遠高于輸尿管內部尿液HU值，有研究報道，靶區內及靶區周圍高密度HU值材料會導致劑量計算結果出現誤差［5］。放射治療劑量計算誤差需小于3%，通常采用患者特異性劑量重計算來驗證劑量準確性［6］。目前在金屬植入物、高低密度轉換區域最精確算法是蒙特卡羅（Monte Carlo，MC）算法［7］。輸尿管支架大部分處于放療靶區內，HU 值高于周圍正常組織，是否會對放療計劃產生影響尚未見報道。為此，本研究擬通過密度填充技術改變輸尿管支架HU值（無支架組）與支架組進行計劃對比。利用MC算法驗證兩組計劃劑量計算準確性，同時探討本研究HU值的輸尿管支架對靶區及OARs劑量影響，為臨床安置輸尿管支架行放療的患者安全性提供數據參考。

1 材料與方法

1.1 病例資料

收集2016年11月～2018年4月重慶大學附屬腫瘤醫院宮頸癌術后補充放療［1］且安置輸尿管支架患者15 例，其中13 例補充放療同步化療，2 例僅補充放療，中位年齡48 歲（40～56 歲）。按照FIGO（2009版）進行臨床分期，Ib1期12例，Ib2期3例。本研究所有患者均按支架組計劃完成術后放療且在放療結束后1 個月內取出輸尿管支架，放療前后腎功能均在正常范圍內。

1.2 輸尿管支架HU值替換依據

輸尿管支架一般是兩端呈彎曲環狀的管狀結構，對輸尿管進行支撐和引流，一端放入腎盂內，另一端留置在膀胱內，見圖1。

圖1 患者體內輸尿管支架示例：（a）冠狀位；（b）橫斷位-腹腔；（c）橫斷位-盆腔Fig.1 Example of ureteral stent in patient position:(a)coronal;(b)transverse-abdomen;(c)trans-verse-pelvic

本研究輸尿管支架型號335526-000060（Teleflex Medical公司），材料主要成份為硅膠，其內部含有金屬網狀結構，直徑2 mm，長度26 cm，實測值804.65～174.61 HU。因此，帶支架輸尿管在CT 圖像顯示高HU值密度影。為了研究的準確性，首先通過人工智能系統，基于UNet圖像分割網絡勾畫出輸尿管輪廓，然后再由高年資醫生逐層修改。輸尿管被支架撐開后其內部為支架及尿液，若不考慮支架材料影響，輸尿管內應為尿液，本研究擬將輸尿管支架HU值還原成尿液值。因尿液成份差異導致HU值不恒定，我們把每位患者膀胱分為四個象限，每個象限內隨機測5 點共20 點HU 值，實測患者尿液HU值呈正態分布，其平均值和標準差見圖2。

圖2 患者尿液HU值Fig.2 Patient's urine HU values

所有患者平均HU 值的均值為0.00，均方根為1.669，可見尿液HU值接近0，故將無支架組輸尿管支架密度值替換為0 HU。無支架組計劃僅供本研究分析，并未進行治療。實際治療組為支架組，將支架組優化參數復制到無支架組為對照組。

1.3 放射治療

1.3.1 放療定位

患者定位和每次治療前需排空直腸，提前20 min 飲水200 mL，膀胱半充盈狀態。采用A 枕腹板熱塑體膜固定，頭先進、仰臥位進行CT 掃描定位，層厚5 mm。掃描范圍L2椎體下緣至坐骨結節下5 cm。將CT模擬定位掃描圖像傳輸至瓦里安Eclips計劃系統。

1.3.2 靶區勾畫

根據靶區勾畫指南及專家共識進行靶區及OARs 勾畫，如圖3 所示。臨床靶區（Clinical target volume，CTV）包括陰道上段1/2、陰道殘端、盆腔淋巴引流區域（包括髂總、髂外、髂內、閉孔及骶前淋巴引流區），上界為腹主動脈分叉，下界至陰道殘端下3 cm，計劃靶區（Planning target volume，PTV）為CTV三維方向外擴7 mm；OARs包括小腸、直腸、膀胱、骨髓、雙側股骨頭；勾畫輸尿管支架。

圖3 支架組(a)和無支架組（b）計劃靶區示例Fig.3 Examples of planned targets of stenting group(a)and stent-free group(b)

1.3.3 計劃設計

根據既往研究選擇宮頸癌比較成熟的9野均分調強放療（IMRT）技術［8］。兩組計劃按同一處方及OARs 限量計算，其中PTV 處方劑量為45 Gy/25F。靶區要求V45≥95%（處方劑量45 Gy至少占靶體積的95%），靶區內最大和最小值不超過處方劑量±10%。OARs 限量：小腸、直腸及膀胱40 Gy 劑量所占體積小于50%（V40<50%）、雙側股骨頭30 Gy劑量所占體積小于30%（V30<30%）、脊髓最大劑量小于40 Gy（Dmax<40 Gy）。所有放療需5周內完成（每日1次，每周5 次）。輸尿管支架劑量貢獻率（R）相當于靶區和OARs受量分別在有支架組劑量（S）與無支架組（F）的差除以無支架組劑量［9］，其貢獻率見式（1）。

1.3.4 計劃質控

采用IBA公司SciMoCa軟件中MC算法進行計劃QA。用于線性加速器MC算法在文獻［10］中有詳細描述。加速器治療頭是影響射線品質的主要因素，在MC算法中采用EGSnrc軟件［11］對直線加速器進行建模和計算，用BEAMnrc 來建立加速器模型，模擬的是瓦里安IX直線加速器。本研究將支架組與無支架組放療計劃分別導入SciMoCa 進行MC 計算，設定其參數：計算閾值10%；評估標準（γ（%））3%/2 mm；計算網格2.5×2.5×2.5；不確定度0.5%。兩組放療計劃的TPS 劑量計算結果分別和各自對應的MC 驗算后的劑量計算結果進行γ 分析，得到兩組計劃靶區和OARs的γ通過率。美國醫學物理學家協會（AAPM）TG-218號報告推薦γ通過率大于等于95%視為通過［12］。

1.3.5 計劃實施

所有患者均按治療組計劃實施治療，放療方式均為IMRT 技術，劑量為45 Gy/25F，化療方案采用每周單藥順鉑，40 mg/m2，共5～6次。

1.3.6 統計學分析

使用SPSS 25.0 軟件進行數據分析，結果用均值±標準差（±s）表示。兩組計劃MC 驗算的靶區及OARs 的γ 通過率、靶區CI=(VT,ref×VT,ref)/(VT×Vref)[13]、靶區HI＝(D2%-D98%)/D50%[13]、靶區及OARs參數應用配對t檢驗，以p<0.05為差異有統計學意義。

2 結果與討論

2.1 輸尿管支架對靶區及OARs劑量影響

在人體內各種組織不均勻，對劑量分布會造成不同程度的影響。高密度植入物因增加表面放射劑量會對放療劑量分布造成影響，導致靶區內及鄰近OARs 劑量增加，同時會降低靶區適形度和均勻性［14-15］，故高密度植入物的HU值不同對放療劑量分布影響不同。在本研究中，輸尿管支架密度實測值為804.65～174.61 HU；輸尿管若去除支架其內部為尿液，尿液實測HU 值的平均值為0.00，均方根為1.669。輸尿管支架HU值遠高于其內部尿液HU值，二者之間的差是本研究的關鍵基礎。故文中使用密度填充技術將輸尿管支架密度替換為尿液0 HU值，基于兩類CT 序列進行計劃設計并比較相關參數。研究結果（見圖4和表1）提示：支架組較無支架組提高靶區參數，其中D98%和Dmean差異有統計學意義；支架組與無支架組靶區的CI 分別為0.88±0.03 和0.90±0.03，t=3.24，差異有統計學意義，CI值越接近1靶區適形度越好，故支架組CI 更優；而HI 越接近0靶區均勻性越好，兩組HI 分別為0.05±0.08 和0.05±0.01，t=2.00，差異無統計學意義，這可能與樣本量偏少有關，也可能與本研究使用輸尿管支架HU 值偏低有關。支架組OARs受量較無支架組提高，主要體現在高劑量區域，其中小腸和輸尿管差異具有統計學意義。說明高密度輸尿管支架會對靶區及OARs產生劑量影響。

表1 兩組計劃靶區和OARs參數Table 1 Planned target areas and OARs parameters of the two groups

圖4 兩組計劃劑量分布及DVH圖：（a）支架組計劃；（b）無支架組計劃；（c）兩組計劃DVH對比Fig.4 Planned dose distribution and DVH diagram of the two groups:(a)stent-group plan;(b)stent-free group plan;(c)comparison of planned DVH between the two groups

2.2 SciMoCa驗算劑量計算準確性

放射治療關鍵是治療計劃系統計算劑量分布與實際劑量之間偏差達到最小。MC 算法是治療計劃劑量計算精確性的金標準，也能確定X-射線射野的劑量分布特性［16］。已有學者利用MC 算法研究頭頸部腫瘤，發現空腔和骨結構會影響γ通過率，表明低密度和高密度結構都會影響劑量計算準確性［17-18］。本文探討輸尿管支架的輻射安全性，需在劑量計算精確的基礎上進行，故將支架組與無支架組TPS 劑量計算分別導入SciMoCa 進行驗算。兩組計劃靶區、OARs 的γ 通過率均高于TG-218 號報告95%的推薦值［12］，滿足臨床要求（見表2）。說明使用密度填充技術取代輸尿管支架HU值這種方式能滿足劑量計算準確性。

表2 SciMoCa計算Gamma通過率Table 2 SciMoCa calculated gamma pass rate (%)

2.3 輸尿管支架劑量貢獻率

根據QUANTEC（2010 版）文件協議，當1/3 體積小腸受照時，TD5/5 預計值為40 Gy，在制定臨床常規分割放療計劃時，為控制3 級以上急性消化道反應低于10%，通常采納小腸V45≤195 mL。本研究中，支架組小腸V40為（98.36±53.41）mL，較無支架組僅提高2 mL，危及器官受量越高體積越小，故小腸V45遠小于195 mL，且在隨訪過程中未發現3級以上小腸反應。輸尿管狹窄是宮頸癌放療后輸尿管最常見的并發癥［19］，既往研究輸尿管D0.1mL受量≥77 Gy和<77 Gy發生3級以上并發癥概率分別為28.6%和7.5%［20］。本研究兩組輸尿管支架受量遠小于77 Gy且相差小于1 Gy，在隨訪過程中未發現3 級以上泌尿系并發癥。另一項研究包含1 860 例表明初始治療狀態腎盂積水是發生3～4級輸尿管狹窄的獨立預后因素［21］。本研究所有患者在放療前、后腎功能均在正常范圍內同時無腎盂積水，可能與手術患者分期較早、初始狀態無腎盂積水、放射劑量相對較低等因素有關。在我們研究中輸尿管支架對靶區及OARs 劑量貢獻率<5%（表2），臨床研究表明，±5%劑量變化才會引起無并發癥腫瘤控制概率的顯著改變。由此可見，輸尿管支架對危及器官劑量貢獻率較小，不足以引起臨床療效及并發癥的改變［22］。

3 結論

本文主要研究了放療時安置輸尿管支架的輻射安全性：（1）輸尿管支架會對劑量計算產生一定干擾，導致整體γ通過率降低，但仍能滿足臨床計劃要求；（2）輸尿管支架會降低宮頸癌術后患者放療靶區適形度，提高小腸、輸尿管受量，但對靶區及OARs 貢獻率較低，不足以引起腫瘤控制率及并發癥的改變，說明安置輸尿管支架的宮頸癌患者行術后放療相對安全。

作者貢獻說明 何亞男提出研究思路，設計研究方案，進行數據分析和起草論文；申正文參與論文起草及參考文獻分析；柳先鋒、趙秀娟負責進行計劃設計，數據采集和繪制圖表；趙秀娟對論文進行最后審閱及定稿。所有作者均已閱讀并同意最終文稿。