中华放射医学与防护杂志  2023, Vol. 43 Issue (12): 986-990   PDF    
前列腺癌放疗定位中膀胱体积的变化对摆位重复性的影响
李展维 , 黄虹 , 何梦雪 , 林茂盛 , 林承光 , 迟锋 , 姚文燕 , 许森奎     
中山大学肿瘤防治中心放疗科, 广州 510060
[摘要] 目的 研究前列腺癌放疗定位膀胱体积对放疗中膀胱体积的一致性和摆位精度的影响, 为临床实践提供参考。方法 回顾性选取2015年8月至2020年11月在中山大学肿瘤防治中心进行调强放疗的66例前列腺癌患者, 患者在CT定位及治疗前自主憋尿后进行定位扫描或执行放疗, 每次放疗前行锥形束计算机体层(CBCT)扫描获得左右、头脚和前后平移方向误差。在CT模拟定位影像和CBCT影像上勾画膀胱轮廓并计算体积, 根据CT定位影像上膀胱体积进行分组, 200~300 ml组18例、300~400 ml组24例、>400 ml组24例, 分析CT定位膀胱体积对放疗过程中CBCT膀胱体积相对计划体积的变化百分比和摆位误差的影响。结果 200~300 ml组放疗中膀胱体积减少15%, 300~400 ml组放疗中膀胱体积减少26%, >400 ml组放疗中膀胱体积减少32%, 3组膀胱体积变化百分比两两比较差异均有统计学意义(Z=3.43、7.97、4.83, P < 0.05)。三维平移方向摆位误差比较: 头脚方向差异有统计学意义(H=26.72, P < 0.05), 左右、前后方向无统计学意义(P>0.05)。头脚方向摆位误差分别为200~300 ml组: 0.00(-0.20, 0.20)cm; 300~400 ml组: 0.00(-0.20, 0.30)cm; >400 ml组: -0.10(-0.30, 0.20)cm。>400 ml组在头脚方向摆位误差大于其余两组, 差异有统计学意义(Z=4.17、4.66, P < 0.05), 其余差异无统计学意义(P>0.05)。结论 模拟定位时膀胱充盈容积控制在200~300 ml, 有利于患者在放疗中保持膀胱体积一致性及减少放疗时的摆位误差。
[关键词] 前列腺癌    调强放疗    锥形束CT    膀胱体积    摆位误差    
Effects of changes in bladder volumes derived from CT simulation on set-up errors during radiotherapy for prostate cancer
Li Zhanwei , Huang Hong , He Mengxue , Lin Maosheng , Lin Chengguang , Chi Feng , Yao Wenyan , Xu Senkui     
Yao Wenyan, Xu Senkui Department of Radiation Oncology, Sun Yat-sen University Cancer Center, Guangzhou 510060, China
[Abstract] Objective To explore the effects of bladder volumes from CT simulation on bladder volume consistency and set-up errors during radiotherapy for prostate cancer, aiming to provide a reference for clinical practice. Methods A retrospective analysis was conducted for of 66 prostate cancer patients treated with intensity-modulated radiation therapy in the Sun Yat-sen University Cancer Center from August 2015 to November 2020. They underwent CT scan or radiotherapy after voluntarily holding in urine. Cone beam computed tomography (CBCT) scans were performed for them to measure their set-up errors in left-right (L-R), superior-inferior (S-I), and anterior-posterior (A-P) directions before each treatment. The bladder contours of the patients were delineated on CT simulation images and CBCT images. Accordingly, bladder volumes were calculated. Based on the calculated bladder volumes derived from the CT simulation images, the patients were divided into three groups: 18 cases in the 200-300 ml group, 24 cases in the 300-400 ml group, and 24 cases in the >400 ml group. Finally, this study analyzed the effects of bladder volumes derived from CT simulation on set-up errors and the changes of CBCT-derived bladder volumes relative to planned volumes during radiotherapy. Results The bladder volumes in the 200-300 ml, 300-400 ml, and >400 ml groups during radiotherapy were reduced by 15%, 26%, and 32%, respectively. The pairwise comparison indicates statistically significant differences in the changes of bladder volumes among the three groups (Z=3.43, 7.97, 4.83, P < 0.05). Regarding the three-dimensional set-up errors, there were statistically significant differences in S-I set-up errors among the three groups (H=26.72, P < 0.05), but there was no statistically significant difference in L-R and A-P set-up errors (P>0.05) among these groups. The 200-300 ml, 300-400 ml, and >400 ml groups exhibited S-I set-up errors of 0.00 (-0.20, 0.20) cm, 0.00 (-0.20, 0.30) cm, and -0.10 (-0.30, 0.20) cm, respectively. Therefore, the >400 ml group displayed larger the S-I set-up errors than other two groups, with statistically significant differences (Z=4.17, 4.66, P < 0.05), while there was no statistically significant differences in S-I set-up errors between other two groups (P> 0.05). Conclusions Controlling the bladder filling volumes at 200-300 ml in CT simulation is beneficial for maintaining bladder volume consistency and reducing set-up errors of patients during radiotherapy.
[Key words] Prostate cancer    Intensity-modulated radiation therapy    Cone beam CT    Bladder volume    Set-up error    

放射治疗是前列腺癌最重要的治疗方法之一,具有疗效好、适应证广、并发症少等优点[1-2]。在前列腺癌放射治疗中,充盈膀胱有利于保护小肠和膀胱,而膀胱充盈度的变化会导致靶区及正常器官的位移和形变,直接影响靶区范围和实际受照剂量[3-5]。患者在放疗过程中膀胱容量会系统性的变小[6-7],因此为了保持患者在放疗过程中膀胱充盈度的一致,同时减轻患者憋尿负担,提高患者治疗依从性及舒适度,CT定位时应做好膀胱充盈度的把控,有利于精准放疗的实施。本研究分析CT定位时不同的膀胱充盈程度对于放疗过程中膀胱体积变化及摆位误差的影响,给临床实践中膀胱初始充盈度的把控提供参考依据。

资料与方法

1.病例资料:回顾性选取2015年8月至2020年11月在中山大学肿瘤防治中心接受放射治疗的66例前列腺癌患者为研究对象。纳入标准:经病理确诊为前列腺癌且完成全程放疗患者。排除标准:无法坚持完成全程放疗,以及沟通困难、配合不畅的患者。病理类型均为腺癌,年龄51~89岁,中位年龄72.5岁;所有患者均未经过手术治疗,盆腔淋巴引流区照射,5 880~7 000 cGy,分次治疗次数为21~25次,每次治疗前均行锥形束CT(cone beam CT, CBCT)扫描并获得图像。根据CT定位时膀胱体积分为3组,200~300 ml组18例,300~400 ml组24例,>400 ml组24例。3组患者一般资料比较,差异无统计学意义(P>0.05),具有可比性。

2.CT定位扫描及CBCT图像采集:指引患者提前1 h排空膀胱,饮水500~1 000 ml,充盈膀胱后进行CT定位扫描。在CT定位影像上勾画出膀胱轮廓记录膀胱体积。

每次治疗前均按CT定位时的方法指引患者充盈膀胱后行机载CBCT扫描,图像配准范围包含整个靶区,图像配准方法为灰度配准,配准完成后观察靶区部位的影像在横断位、冠状位和矢状位三维方向上是否与定位影像重合,必要时进行手动调整,并记录患者在左右(left-right,LR)、头脚(superior-inferior,SI)和前后(anterior-posterior,AP)方向的摆位误差数值。在CBCT影像上勾画出膀胱轮廓并记录膀胱体积。

3.膀胱体积变化评价指标:在CT定位影像上的膀胱体积作为初始体积,用体积变化百分比(ΔV)来表示膀胱体积变化的幅度。

$ \Delta V=\frac{V_{\mathrm{CBCT}}-V_{\mathrm{CT}}}{V_{\mathrm{CT}}} \times 100 \% $

式中,ΔV为体积变化百分比;VCBCT为CBCT影像的膀胱体积;VCT为定位CT影像的膀胱体积。

4.统计学处理:采用SPSS 26.0分析数据。对数据进行正态性检验,不符合正态分布的计量资料使用M(Q25, Q75)表示,采用非参数检验(Kruskal-Wallis检验)。P<0.05为差异有统计学意义。

结果

1.膀胱体积的变化:66例患者CT定位时膀胱体积为(373±109)ml,不同患者定位CT膀胱体积范围在200~643 ml。治疗期间患者CBCT中膀胱体积为(278±127)ml。首次放疗CBCT中膀胱体积为(347±144)ml,与CT定位膀胱体积差异无统计学意义(P>0.05)。末次放疗CBCT中膀胱体积为(246±107)ml,整体呈逐步下降趋势。

共采集1 611次CBCT影像,勾画膀胱轮廓,计算每次CBCT影像上的膀胱体积。治疗期间CBCT膀胱体积整体相对变化在-89%~194%之间波动。3组患者放疗期间CBCT膀胱体积相对计划CT均有不同程度下降,其中200~300 ml组减少15%,300~400 ml组减少26%,>400 ml组减少32%。经过两两比较,200~300 ml组与300~400 ml组、300~400 ml组与>400 ml组、200~300 ml组与>400 ml组患者的膀胱体积变化百分比差异均有统计学意义(Z=3.43、7.97、4.83, P<0.05)。

2. 三维方向摆位误差的对比:SI方向的摆位误差有统计学差异(H=26.72, P<0.05), LR、AP方向的摆位误差差异无统计学意义(P>0.05), 见表 1。经两两比较,200~300 ml组与>400 ml组、300~400 ml组与>400 ml组在SI方向摆位误差差异有统计学意义(Z=4.16、4.66,P<0.05)。

表 1 3组患者CBCT扫描次数的三维摆位误差[cm, M(Q25, Q75)] Table 1 Comparison of three-dimensional set-up errors among three groups of patients[cm, M(Q25, Q75)]

讨论

膀胱是前列腺癌放疗的重要危及器官,可重复的膀胱充盈是降低放射性膀胱炎的重要措施,并且可以减小肠道等的不良反应[8-9]。成人的膀胱位于小骨盆的前部,前方为耻骨联合,男性膀胱与精囊腺、输精管壶腹、直肠及小肠相邻。膀胱充盈度的变化将引起其相邻器官的位置变化,因此在前列腺癌放射治疗过程中,保持患者膀胱充盈度的一致性是精准放射治疗的基础,临床中需要尽可能确保患者治疗时的膀胱容量跟CT定位时的膀胱容量的一致性。

有研究表明,随着放疗的进程,患者膀胱的憋尿能力随之下降,在整个放疗过程中膀胱的平均体积下降16%~71%,憋尿量每周平均下降46 ml[5-6, 8, 10-11]。本研究中患者定位时膀胱容积为(373 ± 109)ml, 放疗过程中膀胱体积降为(278 ± 127)ml,容积平均减少26%。Hynds等[10]研究发现前列腺癌放疗过程中定位时膀胱容积为(282 ± 144)ml,放疗过程中膀胱体积降为(189 ± 134)ml,膀胱容积平均减少33%。本研究结果与之类似。放疗过程中膀胱本身会受到一定剂量的照射,易引起平滑肌细胞发生纤维化进而引发闭塞性脉管炎和放射性膀胱炎等不良反应,导致患者的膀胱充盈容量忍受度降低,患者膀胱的憋尿能力随之下降。

在前列腺癌放疗中,膀胱体积变化过大,增加了靶区脱离照射野的风险,同时也增加了膀胱和小肠的受照体积。因此,在模拟定位环节中,膀胱的合适充盈度的把控非常关键。在CT定位时把控膀胱适度的充盈度,避免过度充盈或充盈不足,有利于患者治疗期间保持膀胱充盈度的一致,同时可减轻患者憋尿负担,提高患者治疗依从性。Fujioka等[12]的研究表明,在前列腺癌的调强放疗中,膀胱体积超过100 cm3才能满足剂量限制条件。正常成人膀胱的平均容量为350~500 ml,最大容量约800 ml。一般当膀胱容量蓄积到400~500 ml时,由于膀胱壁的过度充盈,将产生痛觉,尿意十分明显,此时排尿膀胱逼尿肌的收缩力已有下降[5]。在2019年前列腺癌放疗安全共识中建议患者在耐受范围内充盈膀胱200~400 ml[13]。本研究中根据患者定位CT中膀胱容积进行了分组,分析定位时不同膀胱充盈度的患者在放疗中膀胱容积的变化,结果显示定位时膀胱容积在200~300 ml的患者在放疗中每日CBCT膀胱容积平均减小14.9%,相比300~400 ml及>400 ml分组的患者较小,差异有统计学意义。本研究建议前列腺癌患者CT定位扫描时,膀胱容量应以200~300 ml为宜,在这个范围内放疗时能够有更好的膀胱体积充盈重复性。

在膀胱充盈管理的措施中,依赖人体生物反馈法憋尿往往不能达到精准放疗的要求,使用导尿管进行人工膀胱充盈则为有创操作,增加患者感染和发生其他不良反应的风险,不少学者尝试使用超声膀胱容量测量仪对膀胱容量进行实时监测。超声膀胱容量测量仪操作简单,不需要配备专业的超声专业技术人员,测量时间短,不受时间、地点限制,可随时随地对需要的患者进行测量评估。有研究对比了超声膀胱容量测量仪与CBCT测量的结果(r=0.91, P=0.05)以及实际排除尿量+残余尿量结果(r=0.95, P<0.05), 均显示出很强的相关性[14]。本研究中,通过口头指导患者进行自主憋尿,主观认为憋尿后再进行CT定位,以患者的主观感受为主要的评估参考,个体差异较大,个别患者CT扫描时膀胱体积超过600 ml,因此需要客观的评估措施介入。伍嘉颖等[15]研究发现,患者排空膀胱后立即饮水540 ml, 自主憋尿1 h后可达到膀胱充盈状态,可以此作为参考,口头或书面宣教指导患者进行憋尿训练,再结合超声膀胱容量测量仪的使用,实时监测患者膀胱体积,可更加高效、精准地实现对患者在CT模拟定位时的膀胱充盈度进行有效把控。

放疗过程中膀胱充盈程度对靶区的位移误差产生较大影响。有研究表明宫颈癌放疗患者定位膀胱容积与摆位误差具有相关性[16-17]。张蔚等[18]研究发现,控制宫颈癌放疗中膀胱充盈度一致性有利于减少放疗时的摆位误差,保证靶区位置的精度。本研究根据定位膀胱容积大小进行分组,>400 ml组患者在放疗中头脚方向的摆位误差大于其余两组(P<0.05)。膀胱本身会因体积的变化而发生大幅度的移动,其中头脚方向和前后方向移动度最大[11, 19-20]。有研究表明,膀胱充盈程度的不同将导致前列腺进入膀胱的程度不同, 使得前列腺的位置发生变化[21]。田龙等[22]研究结果显示前列腺癌患者腹内压变化是造成靶区头脚方向位移的主要原因,腹内压主要依靠重力、器官形态和均匀压力维持,而膀胱内液体体积是影响腹内压的因素之一[23]。另一方面憋尿本身会造成生理和心理上的紧张,患者的憋尿程度的差异会引起体位的变化,位于体表的摆位参考标志会产生一定变化,也是导致摆位误差的因素之一。

综上所述,CT定位时的初始膀胱充盈体积对后期放疗时膀胱体积的重复性产生影响,建议初始膀胱充盈体积保持在200~300 ml范围内,后期患者放疗时的膀胱充盈重复性较佳,同时能减少治疗时的摆位误差,提高治疗摆位精度。

利益冲突  所有作者均声明不存在利益冲突

作者贡献声明  李展维负责数据分析、论文撰写;黄虹、何梦雪参与行政、技术或材料支持;林茂盛、姚文燕参与实施研究、采集数据;林承光、迟锋参与指导;许森奎全程参与技术指导及论文修改

参考文献
[1]
Zelefsky MJ, Levin EJ, Hunt M, et al. Incidence of late rectal and urinary toxicities after three-dimensional conformal radiotherapy and intensity-modulated radiotherapy for localized prostate cancer[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2008, 70(4): 1124-1129. DOI:10.1016/j.ijrobp.2007.11.044
[2]
Jani AB, Su A, Correa D, et al. Comparison of late gastrointestinal and genitourinary toxicity of prostate cancer patients undergoing intensity-modulated versus conventional radiotherapy using localized fields[J]. Prostate Cancer Prostatic Dis, 2007, 10(1): 82-86. DOI:10.1038/sj.pcan.4500910
[3]
Chen Z, Yang Z, Wang J, et al. Dosimetric impact of different bladder and rectum filling during prostate cancer radiotherapy[J]. Radiat Oncol, 2016, 11: 103. DOI:10.1186/s13014-016-0681-z
[4]
Heng SP, Low SH, Sivamany K. The influence of the bowel and bladder preparation protocol for radiotherapy of prostate cancer using kilo-voltage cone beam CT: Our experience[J]. Indian J Cancer, 2015, 52(4): 639-644. DOI:10.4103/0019-509X.178386
[5]
杨丁懿, 万跃, 周宪, 等. 超声膀胱测容仪在盆腔肿瘤放疗中的应用进展[J]. 医学综述, 2017, 23(1): 50-53.
Yang DY, Wan Y, Zhou X, et al. Application progress of ultrasound bladder-scan in pelvic tumor radiotherapy[J]. Med Recapitul, 2017, 23(1): 50-53. DOI:10.3969/j.issn.1006-2084.2017.01.012
[6]
Ahmad R, Hoogeman MS, Quint S, et al. Inter-fraction bladder filling variations and time trends for cervical cancer patients assessed with a portable 3-dimensional ultrasound bladder scanner[J]. Radiother Oncol, 2008, 89(2): 172-179. DOI:10.1016/j.radonc.2008.07.005
[7]
Chang, J S, Yoon HI, Cha HJ, et al. Bladder filling variations during concurrent chemotherapy and pelvic radiotherapy in rectal cancer patients: early experience of bladder volume assessment using ultrasound scanner[J]. Radiat Oncol J, 2013, 31(1): 41-47. DOI:10.3857/roj.2013.31.1.41
[8]
Michalski JM, Gay H, Jackson A, et al. Radiation dose-volume effects in radiation-induced rectal injury[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2010, 76(3 Suppl): S123-129. DOI:10.1016/j.ijrobp.2009.03.078
[9]
Stacey R, Green JT. Radiation-induced small bowel disease: latest developments and clinical guidance[J]. Ther Adv Chronic Dis, 2014, 5(1): 15-29. DOI:10.1177/2040622313510730
[10]
Hynds S, McGarry CK, Mitchell DM, et al. Assessing the daily consistency of bladder filling using an ultrasonic Bladderscan device in men receiving radical conformal radiotherapy for prostate cancer[J]. Br J Radiol, 2011, 84(1005): 813-818. DOI:10.1259/bjr/50048151
[11]
Lotz HT, van Herk M, Betgen A, et al. Reproducibility of the bladder shape and bladder shape changes during filling[J]. Med Phys, 2005, 32(8): 2590-2597. DOI:10.1118/1.1992207
[12]
Fujioka C, Ishii K, Yamanaga T, et al. Optimal bladder volume at treatment planning for prostate cancer patients receiving volumetric modulated arc therapy[J]. Pract Radiat Oncol, 2016, 6(6): 395-401. DOI:10.1016/j.prro.2016.05.007
[13]
中国医促会泌尿健康促进分会, 中国研究型医院学会泌尿外科学专业委员会. 前列腺癌放射治疗安全共识[J]. 现代泌尿外科杂志, 2019, 24(5): 336-346.
Urological Health Promotion Branch of China Medical Promotion Association, Urological Surgery Professional Committee of Chinese Research Hospital Society. Safety consensus of radiotherapy for prostate cancer[J]. J Modern Urol, 2019, 24(5): 336-346. DOI:10.3969/j.issn.1009-8291.2019.05.003
[14]
Luo H, Jin F, Yang D, et al. Interfractional variation in bladder volume and its impact on cervical cancer radiotherapy: Clinical significance of portable bladder scanner[J]. Med Phys, 2016, 43(7): 4412. DOI:10.1118/1.4954206
[15]
伍嘉颖, 陆世培, 李存啸, 等. 盆腔肿瘤放疗执行前膀胱充盈一致性研究[J]. 中华放射肿瘤学杂志, 2021, 30(1): 61-65.
Wu JY, Lu SP, Li CX, et al. Study on the bladder filling consistency of pelvic tumors prior to the radiotherapy[J]. Chin J Radiat Oncol, 2021, 30(1): 61-65. DOI:10.3760/cma.j.cn113030-20190624-00245
[16]
王笑, 付秀根, 郑祖安, 等. 锥形束CT引导下宫颈癌患者个体因素与摆位误差的相关性分析[J]. 中国医学装备, 2022, 19(2): 49-52.
Wang X, Fu XG, Zheng ZA, et al. Correlation analysis between individual factors and set-up errors under guidance with CBCT in patients with cervical cancer[J]. Chin Med Equip, 2022, 19(2): 49-52. DOI:10.3969/J.ISSN.1672-8270.2022.02.012
[17]
芦莹, 宋建波. 宫颈癌调强放射治疗中膀胱体积对摆位误差影响研究[J]. 实用医技杂志, 2016, 23(9): 942-944.
Lu Y, Song JB. Bladder volume changes and set-up error during the course of intensity-modulated radiation therapy therapy of cervical cancer[J]. J Pract Med Tech, 2016, 23(9): 942-944.
[18]
张蔚, 许青, 柯桂好, 等. 术前术后宫颈癌膀胱充盈度一致性在调强放疗中对靶区及危及器官重要性研究[J]. 中华放射肿瘤学杂志, 2019, 28(6): 438-441.
Zhang W, Xu Q, Ke GH, et al. Study on the significance of consistency of preoperative and postoperative bladder filling in patients with cervical cancer for target area and organ at risk in IMRT[J]. Chin J Radiat Oncol, 2019, 28(6): 438-441. DOI:10.3760/cma.j.issn.1004-4221.2019.06.009
[19]
Fokdal L, Honoré H, Høyer M, et al. Impact of changes in bladder and rectal filling volume on organ motion and dose distribution of the bladder in radiotherapy for urinary bladder cancer[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2004, 59(2): 436-444. DOI:10.1016/j.ijrobp.2003.10.039
[20]
Lotz HT, Remeijer P, van Herk M, et al. A model to predict bladder shapes from changes in bladder and rectal filling[J]. Med Phys, 2004, 31(6): 1415-1423. DOI:10.1118/1.1992207
[21]
宋健, 邵强, 郭宇文, 等. 膀胱容量对腹部B超测量前列腺体积及其突入膀胱程度的影响[J]. 临床和实验医学杂志, 2005, 4(3): 142-144.
Song J, Shao Q, Guo YW, et al. Effect of bladder volume on transabdominal ultrasound measurements of intravesical prostatic protrusion and volume[J]. J Clin Exp Med, 2005, 4(3): 142-144. DOI:10.3969/j.issn.1671-4695.2005.03.006
[22]
田龙, 闫洁诚, 胡逸民. 前列腺癌靶区位移影响因素分析[J]. 北京生物医学工程, 2021, 40(4): 406-412.
Tian L, Yan JC, Hu YM. Analysis of influence factors of cone beam CT calibration in prostate cancer[J]. Beijing Biomed Eng, 2021, 40(4): 406-412. DOI:10.3969/j.issn.1002-3208.2021.04.011
[23]
白琳, 史颜梅, 周雅婷, 等. 腹内压测量的研究进展[J]. 护理学杂志, 2016, 31(11): 109-112.
Bai L, Shi YM, Zhou YT, et al. An overview of intra-abdominal pressure measurements[J]. J Nurs Sci, 2016, 31(11): 109-112. DOI:10.3870/j.issn.1001-4152.2016.11.109