迭代次數(shù)對CMSXIO4.64制定鼻咽癌調(diào)強計劃時子野權(quán)重優(yōu)化的影響

莊建發(fā) 管 凱 田華斌 陳大朝

調(diào)強優(yōu)化的目的是使計算所得的劑量分布和所要求的劑量分布的相差值最小。為達到這一目的CMSXIO4.64需要進行一系列的迭代，每次迭代都需要進行一個梯度計算，之后在原梯度方向共軛的梯度方向上作一維極小化搜索，找到該路徑的極小值[1]。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取本科室10例鼻咽癌調(diào)強放療病例，其中男女各5例，分期為T2期1例，T3期5例，T4期4例。患者在西門子CT模擬機上仰臥位，熱塑面膜固定，掃描層厚3 mm，掃描范圍為顱頂?shù)綒夤芊植嫣?。圖像通過局域網(wǎng)傳至物理計劃室，在FOCAL上由高年資放療醫(yī)師進行靶區(qū)及危及器官的勾畫和給定劑量，原發(fā)腫瘤區(qū)域處方劑量為70～72 Gy。

1.2 計劃設(shè)計

10例均采用7野均勻布野(206°，258°，310°，0°，50°，102°，154°)的方式進行計劃設(shè)計。物理師根據(jù)放療醫(yī)師給定靶區(qū)劑量進行初步優(yōu)化，根據(jù)所得靶區(qū)劑量分布結(jié)果決定是進入SWO還是修改劑量限值重新優(yōu)化，然后選擇不同迭代次數(shù)對10例的初步優(yōu)化結(jié)果進行SWO。

我們在工作中發(fā)現(xiàn)在表1優(yōu)化控制參數(shù)的條件下，SWO過程中迭代次數(shù)到50次左右DVH中的靶區(qū)及危及器官的受照劑量基本穩(wěn)定，故選擇最小迭代次數(shù)50，并選擇另外5個參數(shù)100、150、200、250、300進行優(yōu)化以比較結(jié)果，其中有1例在選擇迭代次數(shù)為300進行SWO時，在迭代到264的時候達到收斂標準提前結(jié)束優(yōu)化，該例仍以300為參數(shù)統(tǒng)計其結(jié)果。

表1 初步優(yōu)化及子野權(quán)重優(yōu)化的控制參數(shù)

1.3 統(tǒng)計學處理

采用SPSS13.0 軟件進行統(tǒng)計學分析，計量數(shù)據(jù)用平均數(shù)±標準方差表示，用t檢驗對數(shù)據(jù)進行兩兩分析，P<0.05表示有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 不同迭代次數(shù)形成的計劃機器跳數(shù)和總子野數(shù)比較

10例患者在滿足臨床靶區(qū)劑量要求的前提下，選擇不同迭代次數(shù)進行SWO后所得計劃的子野數(shù)和機器跳數(shù)的比較，見表2。從表2可以看出選擇迭代次數(shù)為50時所得計劃結(jié)果，相對于100機器跳數(shù)增加約8.0%(P<0.05)，總子野數(shù)約增加3.5%(P<0.05)。而迭代次數(shù)在100以上時，和更高迭代次數(shù)所得的優(yōu)化結(jié)果比較相差值無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

表2 不同迭代次數(shù)形成的計劃之間機器跳數(shù)和總子野數(shù)的比較

2.2 危機器官受照劑量比較

10例患者在滿足臨床靶區(qū)劑量要求的前提下，選擇不同迭代次數(shù)形成的計劃中脊髓、腦干和雙側(cè)腮腺平均值在V20%、V30%、V40%的受照劑量值見表3。從表可以看出，每個患者各危及器官受照劑量相差值基本可忽略不計(P>0.05)。

表3 不同迭代次數(shù)形成的計劃之間危及器官的受照劑量比較

3 討論

鼻咽癌是東南沿海城市的高發(fā)癌種之一，IMRT是公認的有效的治療方法。IMRT相對于傳統(tǒng)適形放療在劑量學上有著明顯的優(yōu)勢，它能夠提高腫瘤靶區(qū)劑量，降低正常組織受照劑量[2]，達到提高腫瘤局控率，改善患者生存質(zhì)量的目的。但付出的代價是治療時間的延長以及子野的存在。但在采用多葉準直器進行IMRT 時，子野數(shù)和跳數(shù)增加及治療時間延長將導致正常組織所受漏射線和散射線劑量增加[3]，因此一個好的調(diào)強計劃不能以過多增加子野數(shù)和機器跳數(shù)為代價。

CMSXIO4.64在制定調(diào)強計劃中，采用迭代優(yōu)化算法進行優(yōu)化。調(diào)強優(yōu)化中迭代次數(shù)有一個較優(yōu)值，次數(shù)太少可能會出現(xiàn)退化，無法滿足苛刻的劑量分布要求，但迭代次數(shù)太多，計劃不會有太大改善，而會出現(xiàn)低特征值的高頻部分，導致治療實施方面的不利[4]。我們在工作中經(jīng)過經(jīng)驗總結(jié)并進行本文所提及的10例患者的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，認為使用CMSXIO4.64版本在設(shè)計鼻咽癌調(diào)強計劃的過程中，采用100次的迭代次數(shù)進行鼻咽癌的SWO能在不影響子野總數(shù)和機器跳數(shù)，腦干脊髓腮腺等重要危及器官受照量相差值不大的前提下，達到和更高迭代次數(shù)形成的計劃一樣的靶區(qū)劑量分布，從而縮短優(yōu)化時間，提高物理師工作效率。而采用50次的迭代次數(shù)進行優(yōu)化，雖然靶區(qū)及危機器官受照劑量相差不大，但總子野數(shù)和機器跳數(shù)較高，這將導致治療時間增長和設(shè)備資源的浪費。

調(diào)強放療計劃在進行第1次SWO后，劑量分布有可能變差，這是因為與優(yōu)化后移除一些不符合優(yōu)化參數(shù)值的子野有關(guān)，通過調(diào)整劑量限制參數(shù)并重新優(yōu)化將可以改善劑量分布。

由于鼻咽癌調(diào)強放療計劃相對于其他部位的癌癥有著更高的劑量分布要求，更多的危及器官需要去保護，對計算的要求相應的升高，因此我們認為，相對較簡單的計劃迭代次數(shù)可以選擇100以下的迭代次數(shù)進行子野權(quán)重優(yōu)化。

[1] 胡逸民.腫瘤放射物理學〔M〕.北京：原子能出版社，199-9：517-519.

[2] Taheri-Kadkhoda Z，Pettersson N，Bjork-Eriksson T，et al.S-uperiority of intensity-modulated radiotherapy over three dimensional conformal radiotherapy combined with brachytherapy in nasopharyngeal carcinoma：a planning study〔J〕.Br J Radiol，2008，81(965)：397-405.

[3] 胡海芹，晏寶林，王小平，等.鼻咽癌調(diào)強放療中加非共面照射野對劑量的影響〔J〕.實用癌癥雜志，2011，26(4)：416-417.

[4] 楊瑞杰，戴建榮，胡逸民，等.調(diào)強放射治療的計劃優(yōu)化〔J〕.中國醫(yī)療器械信息，2005，11(2)：13-16.