自動計劃在宮頸癌調(diào)強(qiáng)放療中的應(yīng)用研究

廖超龍 秦 儉 吳丹玲

(廣西壯族自治區(qū)人民醫(yī)院腫瘤放療科，南寧市 530021)

*通信作者

·論 著·

自動計劃在宮頸癌調(diào)強(qiáng)放療中的應(yīng)用研究

廖超龍 秦 儉 吳丹玲*

(廣西壯族自治區(qū)人民醫(yī)院腫瘤放療科，南寧市 530021)

目的 通過對比宮頸癌調(diào)強(qiáng)中自動計劃(AP)方式與手工計劃(MP)在計劃靶區(qū)(PTV)和危及器官(OAR)的劑量學(xué)差異，探討宮頸癌自動計劃方式的可行性。方法 選取接受術(shù)前調(diào)強(qiáng)放射治療的10例宮頸癌患者，進(jìn)行CT模擬定位、靶區(qū)和危及器官勾畫，用Pinnacle39.10治療計劃系統(tǒng)(TPS)對每一組CT圖像同時設(shè)計AP與MP。在PTV的95%體積達(dá)到處方劑量的前提下，比較兩種調(diào)強(qiáng)計劃的劑量體積直方圖(DVH)，分析靶區(qū)均勻性指數(shù)(HI)、適形度指數(shù)(CI)、OAR受照劑量以及計劃時間。結(jié)果 AP與MP計劃相比，在腫瘤區(qū)計劃靶區(qū)(PGTV)的平均劑量Dmean稍有優(yōu)勢、在臨床計劃靶區(qū)(PCTV)的適形度上稍差，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。兩種計劃所有OAR的劑量學(xué)參數(shù)比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。在優(yōu)化時間上AP明顯優(yōu)于MP，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。結(jié)論 AP在保證了計劃一致性的同時節(jié)省了優(yōu)化時間，能夠提高計劃效率。

宮頸癌；調(diào)強(qiáng)放療；自動計劃；手動計劃

宮頸癌是婦科常見的惡性腫瘤，將近80%的宮頸癌患者需要接受放射治療(簡稱放療)[1]。調(diào)強(qiáng)放射治療已經(jīng)成為目前國內(nèi)放療的主要方式，在提高靶區(qū)劑量的同時能夠很好地保護(hù)正常器官，降低危機(jī)器官的受照劑量[2]。以往靜態(tài)調(diào)強(qiáng)治療計劃主要以手工設(shè)計射野角度、子野數(shù)量、最小子野面積、靶區(qū)劑量及權(quán)重因子、危機(jī)器官耐受量及權(quán)重因子等，該方式極大地考驗物理師或劑量師的經(jīng)驗，投入的時間與精力直接影響計劃的優(yōu)異。近年開始出現(xiàn)帶自動計劃(AP)功能的治療計劃系統(tǒng)(TPS)，目前能夠?qū)崿F(xiàn)AP的方式主要有：①基于計算機(jī)循環(huán)優(yōu)化算法，如pinnacle auto planning；②基于經(jīng)驗計劃的AP[3]，如瓦里安的eclipse rapid plan；③通過自編程序使用腳本程序達(dá)到AP的功能[4-5]。本文基于pinnacle39.10 TPS，通過對10例宮頸癌患者的計劃，對比分析AP與手工計劃(MP)的截面劑量、劑量體積直方圖(DVH)差異以及優(yōu)化時間對比，討論AP的可行性。

1 資料與方法

1.1 研究對象 選取2016年2月1日至2017年3月1日在廣西壯族自治區(qū)人民醫(yī)院接受術(shù)前調(diào)強(qiáng)放射治療的10例同步加量治療的宮頸癌患者，且經(jīng)過至少3位有放療資質(zhì)的醫(yī)生審核靶區(qū)與評估計劃。根據(jù)FIGO分期，ⅠB 2期1例、ⅡA期2例、ⅡB期6例、ⅢB期1例。

1.2 CT模擬定位 患者采用俯臥頭腳位，使用俯臥腹部體架，胸腹熱塑膜，手臂上舉于頭頂。定位前2 h口服腸道顯影造影劑，90 min后飲用清水500 mL，憋尿0.5 h以上，待膀胱充盈時用CT模擬定位機(jī)進(jìn)行增強(qiáng)掃描。掃描層厚4 mm，范圍自第二腰椎(L2)上緣至坐骨結(jié)節(jié)下緣2～5 cm。

1.3 靶區(qū) 勾畫宮頸腫瘤區(qū)(GTV)臨床靶區(qū)(CTV)涵蓋GTV及淋巴引流區(qū)，包括髂內(nèi)、髂外、閉孔和骶前淋巴結(jié)區(qū)域。GTV、CTV外擴(kuò)5 mm作為計劃靶區(qū)PGTV(Plan GTV)和PCTV(Plan CTV)。危及器官(OAR)包括膀胱、小腸、直腸、骨髓、左右股骨頭。

1.4 劑量及評價 處方劑量及OARs限量靶區(qū)處方劑量如下：PGTV 5 300 cGy/25次；PCTV 4 500～4 750 cGy/25次。要求靶區(qū)95%以上靶區(qū)體積達(dá)到處方劑量。OARs評價指標(biāo)參考QUANTEC[6]標(biāo)準(zhǔn)，評價平均劑量Dmean，體積評價指標(biāo)采用V10、V20、V40和V45(接受xGy照射的體積)。

1.5 計劃設(shè)計

1.5.1 AP 所有AP基于Elekta Synergy加速器設(shè)計。在TPS中打開模板庫調(diào)取已經(jīng)設(shè)計好的AP流程模板，模板中規(guī)定靶區(qū)單次處方劑量為PGTV 200 cGy, 95%體積達(dá)到，共25次；采用5野照射，角度分別為：220、280、0、80、140；X射線能量為6 MV，總子野數(shù)≤30個，最小子野面積≥10 cm2，最小子野跳數(shù)≥6 MU；計算網(wǎng)格為0.4×0.4×0.4 cm3； 劑量算法為自適應(yīng)卷積算法，優(yōu)化方式為直接機(jī)器參數(shù)優(yōu)化(DMPO)。靶區(qū)及OAR優(yōu)化參數(shù)設(shè)置如圖1。

圖1 優(yōu)化參數(shù)設(shè)置

1.5.2 MP 所有MP由一名經(jīng)驗豐富的物理師完成。射野角度、子野總數(shù)、最小子野面積、子野跳數(shù)與AP相同；目標(biāo)參數(shù)根據(jù)臨床經(jīng)驗設(shè)置，并在計劃過程中反復(fù)修改，然后反復(fù)再優(yōu)化，直到繼續(xù)優(yōu)化至再無十分明顯的改善為止。

1.6 計劃評估 由主任醫(yī)師對計劃的截面劑量分布以及DVH進(jìn)行評估，以確定所有計劃的靶區(qū)以及OARs限量都能達(dá)到臨床要求。然后根據(jù)ICRU83號報告文件，使用靶區(qū)最大受照劑量Dmax、最小受照劑量Dmin、平均受照劑量Dmean計算靶區(qū)劑量均勻指數(shù)(HI)，公式如下：

HI=(Dmax-Dmin)/Dmean

Dmax定義為2%靶區(qū)體積所接受的照射劑量，Dmin定義為98%靶區(qū)體積所接受的照射劑量，Dmean定義為50%靶區(qū)體積所接受的照射劑量。HI數(shù)值越小說明靶區(qū)均勻性越好。

計算適形指數(shù)(CI)：

CI=(VTref/VT) ×(VTref/Vref)

VTref為參考等劑量線所包繞的靶體積，VT為靶體積，Vref為參考等劑量線下的總體積，CI值區(qū)間范圍0～1，越接近1表示靶區(qū)適形度越好。

膀胱與直腸V50≤50%；小腸(包含腸系膜)V45≤195cc；骨髓V10≤90%，V20≤80%；左右股骨頭V50≤5%；同時評估所有靶區(qū)的平均劑量Dmean。

1.7 統(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS 20.0統(tǒng)計學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。兩種調(diào)強(qiáng)計劃劑量差異采用獨立樣本t檢驗方法，數(shù)據(jù)結(jié)果用(x±s)表示。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 靶區(qū)和危及器官截面劑量分布 如圖2所示為中心截面等劑量線分布，AP與MP相比較，對比4 000 cGy(淺藍(lán)色)、4 600 cGy(玫紅色)等劑量線發(fā)現(xiàn)適形度基本相同，PGTV(紅色靶區(qū))處方劑量5 300 cGy(黃色)，在AP中的適形度要略好于MP。

圖2 某患者AP(左)計劃與MP(右)計劃中的劑量線分布

AP與MP對比，發(fā)現(xiàn)PGTV、PCTV、膀胱、骨髓的曲線基本重合，AP中直腸的保護(hù)效果更好，小腸在3 000 cGy～4 000 cGy區(qū)間稍差于MP，4 000 cGy以下左右股骨頭稍高于MP。見圖3。

注：-代表AP；…代表MP

圖3 AP與MP中靶區(qū)與危及器官DVH圖對比

2.2 兩種計劃方式的靶區(qū)劑量參數(shù)比較 AP與MP相比，靶區(qū)PGTV在平均劑量差異中有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，相比之下AP的靶區(qū)均值Dmean更高，表明AP能夠更好地達(dá)到靶區(qū)劑量；靶區(qū)PCTV在CI差異中有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，表明MP中PCTV靶區(qū)適形度更好；其余對比項比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。見表1、表2。

表1 AP與MP兩種方式對靶區(qū)PGTV受照劑量比較 (x±s)

表2 AP與MP兩種方式對靶區(qū)PCTV受照劑量比較 (x±s)

2.3 兩種計劃方式的危及器官劑量參數(shù)比較 AP與MP相比，所有危及器官的劑量學(xué)參數(shù)結(jié)果比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。見表3。

表3 AP與MP兩種方式對危及器官受照劑量比較 (x±s)

2.4 兩種計劃方式的優(yōu)化時間比較 AP的優(yōu)化時間為(40.2±7.7)min，遠(yuǎn)少于MP的(108.5±22.0)min，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(t=9.264，P<0.001)，且AP沒有進(jìn)行人工再次修正。

3 討 論

調(diào)強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用在宮頸癌治療中能夠很好地滿足靶區(qū)的適形度，且使靶區(qū)劑量分布均勻,能夠很好地保護(hù)正常組織并減少并發(fā)癥的發(fā)生[7]。AP功能是一種不斷進(jìn)行優(yōu)化的算法，能夠自動生成靶區(qū)、危及器官的輔助結(jié)構(gòu)，并根據(jù)用戶設(shè)定的優(yōu)先級以及靶區(qū)與OAR之間的妥協(xié)關(guān)系來自動確定所有參數(shù)的權(quán)重值,在反復(fù)的運算中找到一個較為平衡的解，其模板參數(shù)可以在使用中隨時修改保存，提高計劃的效率。

本研究結(jié)果表明，AP與MP相比，PGTV在Dmax、Dmin、HI和CI方面差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，在Dmean的差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；PCTV在Dmax、Dmin、Dmean和HI方面，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)；在CI方面，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；說明AP對于PGTV高劑量靶區(qū)具有更好的效果；但在PCTV靶區(qū)適形度上，MP稍有優(yōu)勢。OAR中膀胱V50、Dmean，直腸V50、Dmean，小腸V40、V45、Dmean，骨髓V10、V20、Dmean和左右股骨頭V50、Dmean，其受照劑量比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

AP相比于MP可以在保證計劃質(zhì)量的前提下極大地減少計劃優(yōu)化時間。Kusters等[8]研究認(rèn)為AP計劃在頭頸部腫瘤中的計劃時間能從MP計劃的4 h縮減至0.5 h以內(nèi)。Hazell等[9]研究認(rèn)為在頭頸部計劃中AP能在提高計劃質(zhì)量的同時節(jié)省優(yōu)化時間,AP能夠得到可以接受的DVH結(jié)果，但是建議繼續(xù)進(jìn)行MP調(diào)整以達(dá)到更好效果。

綜上所述，AP不同于基于數(shù)據(jù)庫模型的自動計劃系統(tǒng)，其不需要建立數(shù)據(jù)庫模型，同一個模板可以隨時修改使用，在保證了計劃效果一致性的前提下優(yōu)化的時間更少，提高了計劃的效率。本研究的AP沒有進(jìn)行MP再優(yōu)化，而在實際工作中需要根據(jù)使用者的經(jīng)驗來判斷是否需要在AP優(yōu)化完成之后進(jìn)一步進(jìn)行MP調(diào)整，以達(dá)到最佳的計劃效果。

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Application of automatic planning to intensity-modulated radiotherapy for cervical cancer

LIAOChaolong,QINJian,WUDanling*

(DepartmentofOncologyandRadiation，thePeople′sHospitalofGuangxiZhuangAutonomousRegion,Nanning,Guangxi530021,China)

Objective To compare the dosiology of planning target volume(PTV)and organ at risk (OAK) between automatic planning(AP) and manual planning(MP)of intensity-modulated radiotherapy (IMRT), thus to explore the feasibility of AP for cervical cancer.Methods Ten patients with cervical cancer who

preoperative IMRT were enrolled. CT simulation, target and OAR delineation were conducted. AP and MP were designed at the same time in each set of CT images using Pinnacle3 9.10 therapy planning system. On the basis of 95% PTV receiving prescription dose, the dose volume histogram was compared between the two intensity-modulated plans. Homogeneity index(HI), conformity index(CI), radiation dose of OAR and planning time were analyzed. Results The mean dose of the planning gross target volume was slightly superior but the conformity of planning clinical target volume was worse in AP compared to MP(P<0.05). There were no significant differences in the dosiology parameters of all OARs between the two plans(P>0.05). The optimization time of AP was significantly superior to that of MP(P<0.05). Conclusion AP not only maintains the conformity of planning but also can shorten the optimization time and improve the planning effectiveness.

Cervical cancer；Automatic planning； Manual planning

R 737.33

A

1673-6575(2017)04-0455-05

10.11864/j.issn.1673.2017.04.02

2017-04-22

2017-06-20)