宮頸癌術(shù)后調(diào)強(qiáng)計(jì)劃的最優(yōu)子野數(shù)目選擇

石翔翔 唐 濤 陳 斌 龐皓文 林 盛*

在我國(guó)，宮頸癌的年發(fā)病例數(shù)為9.89萬(wàn)，年死亡例數(shù)為3.05萬(wàn)[1]。目前，針對(duì)早期宮頸癌婦產(chǎn)科國(guó)際聯(lián)合會(huì)(Federation International of Gynecology and Obstetrics，F(xiàn)IGO)IB-ⅡA期的治療主要采用子宮切除加盆腔淋巴結(jié)清掃術(shù)聯(lián)合術(shù)后輔助放射治療的方法，可見(jiàn)放射治療在早期宮頸癌治療中已占舉足輕重的地位[2]。傳統(tǒng)的適形放射治療技術(shù)不能有效地保護(hù)膀胱、小腸與直腸等危及器官(organ at risk，OAR)，從而導(dǎo)致較為嚴(yán)重的并發(fā)癥。而調(diào)強(qiáng)放射治療(intensity modulated radiotherapy，IMRT)技術(shù)能夠有效地降低泌尿系統(tǒng)和消化系統(tǒng)的不良反應(yīng)，同時(shí)又能保證計(jì)劃靶區(qū)(planning treatment volume，PTV)的高劑量分布[3-6]。

為減少I(mǎi)MRT過(guò)程中由于患者不自主移動(dòng)及器官生理運(yùn)動(dòng)對(duì)靶區(qū)劑量造成的影響，應(yīng)盡量減少子野數(shù)量，縮短照射時(shí)間；而過(guò)少的子野數(shù)量會(huì)影響IMRT計(jì)劃質(zhì)量[7]。目前多數(shù)單位均依靠物理師主觀經(jīng)驗(yàn)對(duì)子野數(shù)目進(jìn)行設(shè)置。本研究通過(guò)比較不同子野數(shù)目的宮頸癌術(shù)后IMRT計(jì)劃的劑量學(xué)參數(shù)，選取最優(yōu)子野數(shù)目，既不影響計(jì)劃質(zhì)量又能減少治療時(shí)間，降低分次內(nèi)的不確定度和減少機(jī)器磨損。

1 材料與方法

1.1 研究資料

(1)隨機(jī)選取2017年西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院腫瘤科收治的20例接受IMRT的宮頸癌術(shù)后患者，年齡42～60歲，中位年齡為54歲。所有患者均已行廣泛子宮切除+盆腔淋巴結(jié)清掃術(shù)，術(shù)后病理結(jié)果為中、低分化鱗狀細(xì)胞癌，存在高危因素，自愿行全盆腔放射治療。

(2)收集所有患者計(jì)算機(jī)斷層掃描(computed tomography，CT)定位圖像，根據(jù)美國(guó)放射治療腫瘤學(xué)組宮頸癌術(shù)后靶區(qū)勾畫(huà)指南和國(guó)際輻射單位和計(jì)量委員會(huì)(International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU)83號(hào)報(bào)告[8]勾畫(huà)靶區(qū)、膀胱、直腸、小腸等OARs。臨床靶區(qū)(clinical target volume，CTV)包括術(shù)前的腫瘤床及以下的淋巴引流區(qū)域，手術(shù)殘端和陰道。由于器官運(yùn)動(dòng)和擺位的不確定性，CTV將在左右、頭腳方向外擴(kuò)0.8 cm，腹背方向外擴(kuò)1 cm，將該范圍定位為PTV[9]。OARs包含小腸、膀胱、直腸和左右股骨頭。

1.2 儀器設(shè)備

直線加速器(ELEKTA Precise，瑞典醫(yī)科達(dá)公司)；CT模擬定位機(jī)(GE lightspeed，美國(guó)通用公司)；Pinnacle3放療計(jì)劃系統(tǒng)(version9.0，Philips Medical Systems，荷蘭飛利浦公司)。

1.3 計(jì)劃制作

(1)所有計(jì)劃均使用Pinnacle計(jì)劃系統(tǒng)并采用一致模板制作，能量為6 MV的共面IMRT計(jì)劃，7野均分為30°、80°、130°、180°、230°、280°和330°，直接機(jī)器參數(shù)優(yōu)化模式，最小子野面積為4 cm2，最少機(jī)器跳數(shù)為5 MU，最大優(yōu)化迭代次數(shù)為30次。每例患者的子野數(shù)目先設(shè)為30個(gè)，當(dāng)計(jì)劃符合臨床要求后，保持其余條件不變，只修改子野數(shù)目為20個(gè)、40個(gè)及50個(gè)后，再次進(jìn)行優(yōu)化，最后使每例患者共得到4種IMRT計(jì)劃，即20個(gè)子野放射治療計(jì)劃(P20)，30個(gè)子野放射治療計(jì)劃(P30)、40個(gè)子野放射治療計(jì)劃(P40)和50個(gè)子野放療計(jì)劃(P50)，并分別進(jìn)行優(yōu)化和計(jì)算。

1.4 數(shù)據(jù)收集

收集計(jì)劃的劑量學(xué)數(shù)據(jù)包括PTV均勻性指數(shù)(heterogeneity index，HI)、適形度指數(shù)(conformity index，CI)和劑量分布；同時(shí)收集OARs和機(jī)器輸出跳數(shù)的數(shù)據(jù)。

(1)HI用于評(píng)價(jià)劑量分布的均勻性，其計(jì)算為公式[10]：

式中D5為5%靶區(qū)體積受到的照射劑量，理想的HI值為1，隨著計(jì)劃變得不那么均勻，HI值降低。

(2)CI用于描述劑量分布的適形度，其計(jì)算為公式2[11]：

式中Vref為參考等劑量曲線包繞的PTV體積，Vt為PTV體積，Vtref為參考等劑量曲線包繞的所有區(qū)域體積。CI值為0～1，其值越大，適形度越好。

(3)劑量分布中PTV的劑量參數(shù)包括最大受量(Dmax)、最小受量(Dmin)和平均受量(Dmean)。

(4)OARs的V50、V40分別表示接受50 Gy和40 Gy照射區(qū)域所占體積百分比，D2cc表示2cc體積受到的照射劑量。

田間數(shù)據(jù)的采集、處理以及各項(xiàng)數(shù)據(jù)的調(diào)查、匯總、整理存檔，統(tǒng)一由專(zhuān)人負(fù)責(zé)，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確規(guī)范并及時(shí)上報(bào)。同時(shí)加強(qiáng)耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)的檔案管理，分類(lèi)整理立卷，包括耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)報(bào)告、田間原始數(shù)據(jù)調(diào)查記載表等。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。所有數(shù)值均采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，對(duì)治療方案計(jì)劃結(jié)果指標(biāo)比較用單因素方差分析和LSD法，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 DVH評(píng)估

在IMRT計(jì)劃中，P20、P30、P40和P50的4種計(jì)劃基本能滿(mǎn)足醫(yī)生要求的靶區(qū)處方劑量和危及器官保護(hù)程度，但是在較低劑量區(qū)域(30～45 Gy)處，危及器官受量有所不同，P40計(jì)劃明顯低于其他三者。隨機(jī)選出的同一患者4種IMRT計(jì)劃的DVH如圖1所示。

圖1 同例患者4種IMRT計(jì)劃的DVH比較曲線圖

2.2 PTV均勻性、適形度和劑量分布

隨著子野數(shù)目的增加，PTV的HI和CI都逐漸趨向于1。4種計(jì)劃的HI、CI和Dmax的比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=3.434，F(xiàn)=6.071，F(xiàn)=4.279；P＜0.05)。而4種計(jì)劃PTV的Dmin和Dmean比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=1.697，F(xiàn)=2.022；P＞0.05)，見(jiàn)表1。

2.3 危及器官的劑量分布

2.3.1 膀胱受量

患者4種IMRT計(jì)劃的膀胱V50比較和D2cc比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=0.205，F(xiàn)=0.835；P＞0.05)；而在膀胱V40中的比較，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=6.335，P＜0.05)，見(jiàn)表2。

2.3.2 直腸受量

患者4種IMRT計(jì)劃的直腸V50、V40和D2cc比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=0.040，F(xiàn)=0.453，F(xiàn)=0.188；P＞0.05)；其4種IMRT計(jì)劃的直腸受量無(wú)差別，見(jiàn)表3。

2.3.3 小腸受量

患者4種IMRT計(jì)劃的小腸D2cc比差異較有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=3.283，P＜0.05)；而4種計(jì)劃的小腸V50和V40比較，其差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=0.319，F(xiàn)=0.104；P＞0.05)，見(jiàn)表4。

2.3.4 股骨頭受量

隨著子野數(shù)目的增加，股骨頭的受量逐漸減小。其中，患者4種IMRT計(jì)劃的股骨頭V40比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=2.959，P=0.025)，見(jiàn)表5。

表1 患者4種IMRT計(jì)劃中PTV的劑量學(xué)參數(shù)比較

表1 患者4種IMRT計(jì)劃中PTV的劑量學(xué)參數(shù)比較

注：①表中PTV為臨床靶區(qū)，HI為均勻性指數(shù)，CI為適形度指數(shù)，Dmax為最大受量，Dmin為最小受量，Dmean為平均受量；②P20、P30、P40及P50分別為子野數(shù)目為20個(gè)、30個(gè)、40個(gè)和50個(gè)的IMRT計(jì)劃。

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表2 患者4種IMRT計(jì)劃的膀胱受照劑量分析

表2 患者4種IMRT計(jì)劃的膀胱受照劑量分析

注：①表中V50、V40分別表示接受50 Gy和40 Gy照射區(qū)域所占體積百分比，D2cc表示2cc體積受到的照射劑量；②P20、P30、P40及P50分別為子野數(shù)目為20、30、40和50的IMRT計(jì)劃。

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表3 患者4種IMRT計(jì)劃的直腸受照劑量分析

表3 患者4種IMRT計(jì)劃的直腸受照劑量分析

注：表中P20、P30、P40及P50分別為子野數(shù)目為20個(gè)、30個(gè)、40個(gè)和50個(gè)的IMRT計(jì)劃。

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表4 患者4種IMRT計(jì)劃的小腸受照劑量分析

表5 患者4種IMRT計(jì)劃的股骨頭受照劑量分析

表5 患者4種IMRT計(jì)劃的股骨頭受照劑量分析

注：表中P20、P30、P40及P50分別為子野數(shù)目為20個(gè)、30個(gè)、40個(gè)和50個(gè)的IMRT計(jì)劃。

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表6 患者4種IMRT計(jì)劃的機(jī)器跳數(shù)分析

2.4 機(jī)器輸出跳數(shù)

隨著子野數(shù)目增多，機(jī)器跳數(shù)呈增加趨勢(shì)；P20與P30、P40和P50比較以及P30與P50比較均有差異。4種IMRT計(jì)劃的機(jī)器跳數(shù)比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=18.555，P＜0.05)，見(jiàn)表6。

3 討論

IMRT技術(shù)在提高PTV劑量的同時(shí)有效降低OAR受照射量，提高腫瘤控制率并延長(zhǎng)患者生存期[12-14]。不均勻的劑量分布可能造成PTV內(nèi)出現(xiàn)低劑量區(qū)域的可能性，導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)。適形度代表劑量分布、PTV和OARs三者之間相互關(guān)系，是評(píng)估放射治療計(jì)劃質(zhì)量的主要標(biāo)準(zhǔn)。越接近理想值1的CI意味著對(duì)PTV的較高覆蓋和OAR的最低照射。在盆腔IMRT照射的主要危及器官有膀胱、直腸、小腸和股骨頭。由于術(shù)后小腸落入盆腔，使得其受照射面積極大增加，容易造成不良后果；而膀胱和直腸可由于充盈程度變化，導(dǎo)致其體積和位置的變化，從而影響其實(shí)際吸收劑量[15-16]。

宮頸癌調(diào)強(qiáng)放射治療一般采用5野或者7野固定入射角計(jì)劃，相對(duì)于5野，7野計(jì)劃能獲得更好的適形性[17-18]。因此，本研究宮頸癌放射治療計(jì)劃采用7野計(jì)劃。在OAR的受照劑量和體積方面，朱均強(qiáng)等[19]研究表明，50個(gè)和35個(gè)子野的IMRT計(jì)劃較之25個(gè)子野的計(jì)劃在小腸、膀胱和直腸的V30、V40、V50及Dmax更有優(yōu)勢(shì)。王琳婧等[20]研究的結(jié)果顯示，49個(gè)子野數(shù)目的膀胱V50、直腸V50、Dmean和股骨頭V30、Dmean均比35個(gè)、21個(gè)子野數(shù)計(jì)劃的受照劑量及體積有降低，且均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。本研究中比較了子野數(shù)目為20個(gè)、30個(gè)、40個(gè)和50個(gè)共4種IMRT計(jì)劃(即P20、P30、P40和P50)，雖然這些計(jì)劃都能基本達(dá)到臨床要求，但是在劑量學(xué)參數(shù)和機(jī)器跳數(shù)上有明顯差異。其中P30在參數(shù)評(píng)估中與P30和P50無(wú)差異，而在機(jī)器跳數(shù)比較中又有明顯優(yōu)勢(shì)，故可認(rèn)為P30(即30個(gè)子野的IMRT計(jì)劃)是較為合理的選擇。

本研究探討子野數(shù)目對(duì)宮頸癌術(shù)后IMRT治療計(jì)劃的影響，為臨床宮頸癌術(shù)后調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃設(shè)計(jì)提供參考與借鑒。本研究表明，適當(dāng)?shù)脑黾幼右皵?shù)目可以使PTV和OARs的劑量學(xué)結(jié)果更加理想。但隨著子野數(shù)目增加，會(huì)增加機(jī)器跳數(shù)，延長(zhǎng)治療時(shí)間，導(dǎo)致加速器MLC磨損。因此在實(shí)際臨床工作中，制作IMRT計(jì)劃時(shí)應(yīng)根據(jù)靶區(qū)形狀以及OAR相鄰關(guān)系等靈活增添子野數(shù)目，以達(dá)到最優(yōu)化的目的。