MONACO放療計劃系統(tǒng)VMAT計劃照射野Arc數(shù)目對治療計劃影響的比較分析

薛濤，何曉陽，孫云川，劉光波，王斌，劉志坤，閆慧娟，周麗霞，王珮燁

1. 河北省滄州中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院 放射物理治療科，河北 滄州 061000；2. 滄州市人民醫(yī)院醫(yī)專院區(qū) 腎內(nèi)泌尿科，河北 滄州 061000

引言

容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強（Volumetric-Modulated Arc Therapy，VMAT）是調(diào)強放療的一種，它是在出束過程中通過機架的旋轉(zhuǎn)、準(zhǔn)直器和MLC 的運動，再與劑量率的變化相結(jié)合完成放射治療的一種技術(shù)。VMAT 技術(shù)已被證明是在實現(xiàn)靶區(qū)覆蓋率的情況下，減少實施時間的有效方法[1-3]，并且在多項臨床研究中，通過與IMRT 和三維適形技術(shù)相比，顯著降低了危及器官（Organs at Risk，OARs）的受照劑量[4-5]。在許多情況下，VMAT 技術(shù)比IMRT 有更好的劑量學(xué)優(yōu)勢。已有研究表明，在VMAT 計劃中使用多個弧的情況下會使得靶區(qū)有著更好的靶區(qū)覆蓋和劑量均勻性，但代價是出現(xiàn)面積更大的低劑量區(qū)域、更多的MU 數(shù)以及更長的計劃執(zhí)行時間[6]。

MONACO TPS V5.11.00 版本中的“Arc-per-beam”參數(shù)設(shè)置中可以對每個照射野進行多個Arc 設(shè)定，雖然在實現(xiàn)方式上不同于其他TPS，但是通過TPS 自身的優(yōu)化參數(shù)設(shè)置可以保證治療計劃最優(yōu)化。該參數(shù)能夠使在計劃優(yōu)化的過程中，在固定的準(zhǔn)直器角度下，機架先以順時針/逆時針方向旋轉(zhuǎn)的過程中完成第一個Arc 的輻射劑量輸出，然后再以反方向完成下一個Arc 劑量輸出，期間不停止輻射劑量的輸出[7]。在此項研究中，我們選取了32 例宮頸癌患者對在計劃優(yōu)化時使用一個射野2 個Arc（2APB）的參數(shù)優(yōu)化計劃和與已執(zhí)行的使用兩個射野每個射野1 個Arc（1APB）的參數(shù)優(yōu)化計劃進行了回顧性比較分析，為使用MONACO TPS 設(shè)計VAMT 治療計劃提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 病例資料

選取2018 年1 月至2018 年8 月在河北省滄州中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院放射物理治療科治療的32 例宮頸癌患者，進行了回顧性分析。

1.2 計劃設(shè)計

對32 例患者進行了回顧性分析。參考的已治療的臨床計劃全部為每個計劃2 個射野，每個射野1 個Arc，Arc 旋轉(zhuǎn)角度為360°（179°～181°）全弧照射。在保持原有約束條件不變的情況下，將射野參數(shù)設(shè)置為1 個射野，每個射野2 個Arc，Arc 旋轉(zhuǎn)角度同樣為360°（179°～181°）全弧照射。在MONACO 計劃系統(tǒng)的“Arc-per-beam”的參數(shù)設(shè)置為1～4，有報道指出對常規(guī)的VAMT 調(diào)強計劃，兩個Arc均能滿足臨床要求[8]，故在此研究中對其參數(shù)設(shè)置為“2”。

1.3 計劃參數(shù)評估

所有計劃均采用劑量體積直方圖（Dose Volume Histogram，DVH）進行評估。靶區(qū)的評價指標(biāo)包括：適形指數(shù)（Conformity Index，CI）、均勻指數(shù)（Homogeneity Index，HI）。HI=（D2%-D98%）/D50%，HI 值越接近0，表示均勻性越好。DX%表示X%的靶區(qū)體積受到照射的最低劑量。CI=（VTref/VT）×（VTref/Vref），CI 值越接近1，表示適行度越好。VTref為95%參考等劑量曲線包繞的靶區(qū)體積，VT 為靶區(qū)體積，Vref為處方劑量所包繞的所有區(qū)域的體積。危及器官的評價指標(biāo)包括：膀胱的V50，直腸的V50，小腸的Dmax，骨盆的V30以及股骨頭的V5，并且對各個計劃的控制點數(shù)（Control Point，CP）和機器跳數(shù)（Monitor Units，MU）進行統(tǒng)計。

1.4 計劃劑量驗證

將每個患者的兩個治療計劃分別進行了劑量驗證。將QA 計劃導(dǎo)出至Elekta Synergy 直線加速器執(zhí)行，由Delta4三維驗證設(shè)備（ScandiDos，瑞典）采集劑量輸出數(shù)據(jù)并分析。并對計劃執(zhí)行時間進行記錄，劑量比較采用γ 分析方法，設(shè)置γ 分析標(biāo)準(zhǔn)為3%/3 mm[9-10]，同時將通過率標(biāo)準(zhǔn)提高到2%/2 mm 重新分析。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 20.0 統(tǒng)計軟件，對各參數(shù)進行配對樣本t 檢驗，為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)和危及器官參數(shù)

靶區(qū)劑量方面，通過進行劑量歸一，保證靶區(qū)100% 體積接受95% 處方劑量的標(biāo)準(zhǔn)下，兩種計劃靶區(qū)的HI 指數(shù)和CI 指數(shù)相比，均值相近差異無統(tǒng)計學(xué)意義，具體數(shù)值如表1 所示。危及器官的受照劑量均值同樣相近，差異無統(tǒng)計學(xué)意義，具體數(shù)值如表2 所示。

表1 兩種靶區(qū)劑量分布參數(shù)比較

表2 兩種計劃危及器官受照劑量比較

2.2 計劃執(zhí)行參數(shù)

2APB 計劃與1APB 計劃相比的CP 數(shù)與MU 數(shù)顯著減少，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。通過統(tǒng)計計劃的執(zhí)行時間，發(fā)現(xiàn)與1APB 計劃相比，2APB 計劃的實施時間縮短了約26%，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。具體結(jié)果，見表3。

2.3 計劃劑量驗證通過率

將每個患者的兩個治療計劃分別進行了劑量驗證，并交付到Delta4 三維驗證設(shè)備（ScandiDos，瑞典）進行劑量輸出分析。通過γ 方法，對3%/3 mm，2%/2 mm 兩種標(biāo)準(zhǔn)進行分析。比較1APB 計劃和2APB 計劃的劑量驗證通過率，差異無統(tǒng)計學(xué)意義。具體結(jié)果，見表4。

表3 兩種計劃執(zhí)行參數(shù)與劑量驗證通過率比較

表4 兩種計劃劑量驗證通過率比較

3 討論

由于VAMT 能在較少的出束時間下，獲得較高適形度的劑量分布，因此VAMT 已經(jīng)在臨床上得到廣泛的應(yīng)用[11-12]。醫(yī)科達MONACO 治療計劃系統(tǒng)采用目前放療物理中最精確地蒙特卡洛（Monte Carlo）劑量計算算法，其在極限條件的劑量計算精度優(yōu)于各項異性、卷積迭代等算法，因此可以進一步提高非均質(zhì)組織中劑量分布計算的準(zhǔn)確性[13-15]。本研究在MONACO TPS V5.11.00 版本中，對宮頸癌腫瘤患者的單野單弧和單野多弧的VMAT 計劃進行了比較。已有類似的研究發(fā)現(xiàn)，2-Arc 計劃實現(xiàn)了更好的劑量分布，且使靶區(qū)得到更高的處方劑量覆蓋，劑量熱點更低，與1-Arc 計劃和IMRT 計劃相比有著更好的適形性和劑量均勻性，同時在實施效率上有著顯著的優(yōu)勢[16-17]。本研究的對比結(jié)果顯示，雖然在2APB 計劃（一個射野）與1APB 計劃（二個射野）在劑量分布方面并沒有顯著優(yōu)勢，但是CP 數(shù)與MU 數(shù)顯著減少，原因在于MONACO TPS在進行2APB 計劃優(yōu)化時是采用通過Y 軸中心為分割線對輪廓進行優(yōu)化，通過子野形狀顯示，算法的優(yōu)化以不同的方式來進行優(yōu)化處理，第一個Arc 的優(yōu)化方向主要集中在患者治療體位的X1 方向，第二個Arc 的優(yōu)化集中在患者治療體位的X2 方向，因此優(yōu)化過程具有更多自由度的分段形狀和整體權(quán)重中來完成。由此可以縮短每個患者的治療時間，從而使每天相同的工作時間內(nèi)增加臨床治療患者的數(shù)量。此外，就患者的治療過程而言，由于無法控制患者身體的不自主移動和器官的運動，因此減少計劃的執(zhí)行時間是有利的，由于MU 數(shù)明顯減少，從而進一步降低了機頭的散射線數(shù)量，因此在理論上降低了2 次致癌概率[10]。且在2APB 計劃實施過程中，兩個Arc 之間的停留時間為零，因此在計劃執(zhí)行和計劃劑量驗證的過程中，2APB 計劃就可以減掉已采集的相關(guān)數(shù)據(jù)保存、重新啟動第二射束和重新啟動QA 軟件所需的時間。與1APB 計劃交付及處理相比，2APB 計劃處理的總體交付時間在這種情況下減少了大約25%。此前已有報道在使用其他的治療計劃系統(tǒng)在進行計劃計算時，通過對多個Arc 進行整合輸出可提高執(zhí)行效率[18]。因此，這樣在有效地減少加速器的工作的執(zhí)行時間，從而對加速器起到了保護的作用，同時也減少了物理師對治療計劃的進行QA 驗證的工作時間，從而提高了工作效率。

此外，在對兩種計劃的劑量驗證通過率比較后，我們發(fā)現(xiàn)沒有出現(xiàn)2APB 計劃質(zhì)量低于1APB 計劃的情況。且通過劑量γ 驗證分析，劑量驗證通過率能夠滿足臨床標(biāo)準(zhǔn)。綜上所述，兩種計劃相比從劑量學(xué)方面都能較好的滿足臨床要求，但是在計劃的執(zhí)行方面，2APB 計劃在保證劑量輸出通過率的前提下，較1APB 計劃明顯減少了計劃的執(zhí)行時間，從而在減少治療機損耗的同時提升了整體的工作效率。