控制點(diǎn)數(shù)量設(shè)定對(duì)Monaco5.11計(jì)劃系統(tǒng)制定鼻咽癌單弧容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃的劑量學(xué)影響*

洪楷彬 張 瑜 柏朋剛 莊建發(fā)*

容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療(volumetric modulated arc therapy，VMAT)是近10年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種調(diào)強(qiáng)放射治療方式，其可以在機(jī)架旋轉(zhuǎn)保持出束的同時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)子野形狀和劑量率，相比于常規(guī)調(diào)強(qiáng)可以大幅度減少機(jī)器跳數(shù)和治療時(shí)間[1-2]。VMAT計(jì)劃的控制點(diǎn)數(shù)類(lèi)似于常規(guī)調(diào)強(qiáng)的子野數(shù)，制定計(jì)劃時(shí)應(yīng)在不影響計(jì)劃質(zhì)量的前提下盡可能的降低該參數(shù)，臨床上制定鼻咽癌單弧VMAT計(jì)劃時(shí)經(jīng)驗(yàn)上一般設(shè)置控制點(diǎn)數(shù)量最大值為120～140。本研究主要比較控制點(diǎn)的100與120設(shè)定數(shù)值對(duì)所得鼻咽癌計(jì)劃評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響，探討進(jìn)一步降低控制點(diǎn)數(shù)量的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇解放軍第175醫(yī)院放療科行單弧VMAT放射治療的10例鼻咽癌計(jì)劃，其計(jì)劃的控制點(diǎn)數(shù)量由120改為100后重新優(yōu)化。對(duì)10例鼻咽癌分別采用控制點(diǎn)100和120進(jìn)行單弧優(yōu)化，比較兩者所得計(jì)劃的靶區(qū)和危及器官的劑量分布、機(jī)器跳數(shù)、控制點(diǎn)數(shù)量、治療時(shí)間、靶區(qū)的適形指數(shù)和均勻指數(shù)等指標(biāo)。

1.2 儀器設(shè)備

采用CT模擬機(jī)(德國(guó)西門(mén)子)；醫(yī)科達(dá)Synergy直線加速器執(zhí)行(瑞典醫(yī)科達(dá))；Monaco 5.11計(jì)劃系統(tǒng)。

1.3 體位固定和CT掃描

患者均取仰臥位，頭頸肩熱塑面膜與頭枕固定，定好體表標(biāo)記在西門(mén)子CT模擬機(jī)上行范圍從顱頂至胸骨切跡下2 cm、層厚3 mm的掃描，所得CT圖像經(jīng)醫(yī)院影像歸檔及傳輸系統(tǒng)(picture archiving and communication systems，PACS)傳輸至靶區(qū)勾畫(huà)軟件Focal上。

1.4 靶區(qū)及危及器官的勾畫(huà)和劑量設(shè)定

靶區(qū)勾畫(huà)依據(jù)國(guó)際輻射單位與測(cè)量委員會(huì)(Internation Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU)50號(hào)和62號(hào)報(bào)告[3-4]原則，原發(fā)腫瘤及咽后轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)的計(jì)劃靶區(qū)GTVnx-P為6975 cGy，雙頸轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)計(jì)劃靶區(qū)GTVnd-P為6820 cGy，原發(fā)腫瘤的高危臨床腫瘤區(qū)的計(jì)劃靶區(qū)CTV1-P為6355 cGy，原發(fā)腫瘤的低危臨床腫瘤區(qū)及淋巴結(jié)的臨床腫瘤區(qū)的計(jì)劃靶區(qū)CTV2-P為5580 cGy。危及器官包括腦干、脊髓、左右腮腺、視交叉、視神經(jīng)、顳葉、晶體、垂體以及下頜骨等。危及器官限量值[5]：脊髓＜45 Gy，腦干＜54 Gy，腮腺D50＜35 Gy，眼晶狀體＜7 Gy，視交叉＜54 Gy，顳頜關(guān)節(jié)＜70 Gy，顳葉＜60 Gy，眼球＜30 Gy。

1.5 計(jì)劃設(shè)計(jì)

在Monaco5.11計(jì)劃系統(tǒng)上對(duì)10例鼻咽癌患者病例的控制點(diǎn)數(shù)量由120改為100后重新優(yōu)化。原始及重新優(yōu)化所得共20個(gè)VMAT計(jì)劃的優(yōu)化參數(shù)：①能量為6 MV的X射線；②治療床及準(zhǔn)直角度均為0°，機(jī)架旋轉(zhuǎn)角度為順時(shí)針180°～360°；③蒙卡不確定度(per calculation模式)為1%；④最小子野寬度1 cm，計(jì)算網(wǎng)格3 mm，區(qū)域分割(increment)為30°；⑤優(yōu)化模式選用危及器官優(yōu)先(constrained)模式。采用劑量歸一方式，要求95%計(jì)劃靶區(qū)體積不低于對(duì)應(yīng)處方劑量，均由Synergy直線加速器執(zhí)行。

1.6 計(jì)劃評(píng)價(jià)指標(biāo)

通過(guò)劑量體積直方圖(dose volume histogram，DVH)對(duì)兩組計(jì)劃的靶區(qū)和危及器官的受照劑量進(jìn)行分析。

(1)靶區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)。①靶區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)為1%體積劑量(D1%)和平均劑量(Dmeans)；②均勻性指數(shù)(homogeneity index，HI)=D5%÷D95%，其中D5%和D95%分別表示靶區(qū)5%和95%體積受到的照射劑量，該值最小為1，其值越大表明均勻性越差；③適形指數(shù)(comformity index，CI)=VPTV×VTV÷TVPV2，其中VTV表示參考等劑量線所包含所有區(qū)域的體積，VPTV表示靶區(qū)PTV體積，TVPV表示參考等劑量線所包含的靶區(qū)體積，該值最小為1，越大表明適形度越差。

(2)危及器官評(píng)價(jià)指標(biāo)。評(píng)價(jià)脊髓、腦干、視交叉、視神經(jīng)以及晶狀體的1%體積劑量(D1%)和平均劑量(Dmeans)；腮腺30 Gy受照體積V30Gy和平均劑量(Dmeans)。

(3)計(jì)劃參數(shù)指標(biāo)。計(jì)劃的機(jī)器跳數(shù)、控制點(diǎn)數(shù)量和治療時(shí)間，治療時(shí)間不包含擺位和校正時(shí)間。

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

應(yīng)用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(x-±s)表示，對(duì)每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)做配對(duì)t檢驗(yàn)，以P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)劑量比較

控制點(diǎn)數(shù)量100與120，病例數(shù)10例，放射治療計(jì)劃20個(gè)形成的靶區(qū)各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)差別不明顯，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，見(jiàn)表1。

2.2 危及器官劑量比較

20個(gè)計(jì)劃形成的危及器官各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)差別不明顯，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，見(jiàn)表2。

2.3 機(jī)器跳數(shù)、控制點(diǎn)數(shù)量及執(zhí)行時(shí)間比較

20個(gè)計(jì)劃形成的平均機(jī)器跳數(shù)、控制點(diǎn)數(shù)和治療時(shí)間見(jiàn)表3，100控制點(diǎn)數(shù)所得計(jì)劃的平均機(jī)器跳數(shù)、控制點(diǎn)數(shù)和治療時(shí)間分別是120控制點(diǎn)數(shù)所得計(jì)劃的93.5%、85.2%和92.4%。

表1 20個(gè)計(jì)劃靶區(qū)劑量分析(x-±s)

表2 20個(gè)計(jì)劃危及器官劑量分析(x-±s)

表3 20個(gè)計(jì)劃控制點(diǎn)數(shù)量、機(jī)器跳數(shù)及執(zhí)行時(shí)間比較(x-±s)

3 討論

鼻咽癌是我國(guó)東南沿海城市的好發(fā)癌種之一，放射治療是目前公認(rèn)的首選治療。相對(duì)于其他癌種，鼻咽癌靶區(qū)較為復(fù)雜且周?chē)休^多危及器官，如脊髓、腦干、腮腺等，傳統(tǒng)的常規(guī)放射治療技術(shù)不良反應(yīng)較大，嚴(yán)重影響到后期生活質(zhì)量。調(diào)強(qiáng)放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)技術(shù)的出現(xiàn)改善了鼻咽癌靶區(qū)劑量的上限和均勻性，提高了腫瘤控制率和生存期的同時(shí)大幅度降低了副反應(yīng)，是目前鼻咽癌放射治療的主流技術(shù)。但I(xiàn)MRT的缺點(diǎn)是射線利用率低，機(jī)器跳數(shù)和治療時(shí)間較長(zhǎng)，正常組織所受散射線和漏射線增加[6]。VMAT是近年來(lái)逐漸普及的一種新的IMRT實(shí)現(xiàn)技術(shù)，相比于常規(guī)IMRT，該技術(shù)能大幅度的降低機(jī)器跳數(shù)和治療時(shí)間[7]。

Mnoaco5.11是一款能制定VMAT計(jì)劃的放射治療計(jì)劃系統(tǒng)(treatment planning system，TPS)，采用的算法是X射線蒙特卡羅模擬(X-Ray Voxel Monte Carlo，XVMC)，該算法是放射治療劑量計(jì)算的“金標(biāo)準(zhǔn)”[8-10]。該軟件制定VMAT計(jì)劃時(shí)除了需設(shè)置靶區(qū)及危及器官的約束函數(shù)外還需設(shè)置上文提及的各項(xiàng)優(yōu)化參數(shù)，這些優(yōu)化參數(shù)能在一定程度上影響到計(jì)劃的結(jié)果。

大多數(shù)物理師制定鼻咽癌單弧VMAT計(jì)劃時(shí)，經(jīng)驗(yàn)上一般設(shè)置控制點(diǎn)數(shù)最大值為120～140，但通過(guò)日常工作經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用100控制點(diǎn)也能完成計(jì)劃，若低于100則難以完成。故本研究采用100和120控制點(diǎn)分別制定相同10例鼻咽癌患者的兩組VMAT計(jì)劃，結(jié)果表明，兩組VMAT計(jì)劃的靶區(qū)和危及器官的劑量均能滿足臨床劑量要求，劑量分布無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。但相比于120控制點(diǎn)，100控制點(diǎn)所得的VMAT計(jì)劃的平均機(jī)器跳數(shù)、控制點(diǎn)數(shù)量及治療時(shí)間由651 s、108 s以及172 s降低到609 s、92 s及159 s，降低幅度分別為6.5%、14.8%及7.6%。

有研究表明，鼻咽癌IMRT治療后的全身各器官放射誘發(fā)腫瘤(radiation-induced malignancy， RIM)總發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)為10.2%[11]。對(duì)于獲得長(zhǎng)期生存的鼻咽癌患者，RIM發(fā)生是一個(gè)不容忽視的臨床問(wèn)題，而機(jī)器跳數(shù)的減少能夠在減少直線加速器硬件損耗的同時(shí)降低散射線和漏射線，減少長(zhǎng)期生存者因散射帶來(lái)RIM的概率[12-14]；治療時(shí)間的減少可以縮短患者受固定時(shí)間，提高工作效率和患者舒適度的同時(shí)還可增強(qiáng)放射治療生物效應(yīng)[15]。

由于本研究病例僅為10例，可能存在統(tǒng)計(jì)學(xué)偏差，且不同單位的直線加速器、TPS型號(hào)及所選病例TNM分期不同，加上放射治療醫(yī)師靶區(qū)勾畫(huà)、物理師制定計(jì)劃優(yōu)化參數(shù)設(shè)定等主觀差異，導(dǎo)致研究結(jié)果橫向比較意義不大，所以本研究未引用其他單位類(lèi)似研究結(jié)果做比較?；谝陨显颍狙芯坎捎玫挠?jì)劃制作方式也不一定適用于其他單位，但本研究的意義在于建議物理師在制定靜態(tài)調(diào)強(qiáng)放射治療、動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)放射治療以及VMAT等調(diào)強(qiáng)計(jì)劃時(shí)應(yīng)根據(jù)靶區(qū)復(fù)雜程度和危及器官保護(hù)要求等因素設(shè)置最小子野數(shù)、最小子野面積、最小控制點(diǎn)數(shù)量等優(yōu)化參數(shù)，以避免制作出DVH和層面圖劑量線符合要求但機(jī)器跳數(shù)、子野數(shù)及控制點(diǎn)數(shù)量過(guò)高，治療時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的計(jì)劃。

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