多葉準直器葉片寬度對宮頸癌調(diào)強放療計劃的影響

陳濟杭，柏朋剛，陳文娟，林發(fā)生，李奇欣

（1.福州兒童醫(yī)院小兒外科，福州 350014；2.福建省腫瘤醫(yī)院放療科，福州 350014）

0 引言

宮頸癌是我國最常見、發(fā)病率最高的女性惡性腫瘤，而放療是治療宮頸癌的主要手段之一[1-3]。隨著放療技術(shù)的發(fā)展，調(diào)強放療（intensity modulated radiation therapy，IMRT）可以有效地提高靶區(qū)的照射劑量，同時降低周圍正常組織的受量[4-5]。

而多葉準直器（multi-leaf collimator，MLC）在IMRT技術(shù)的臨床應(yīng)用中占據(jù)著舉足輕重的地位，是IMRT的重要基礎(chǔ)。通過MLC的運動，可以大幅度地提高腫瘤照射的適形性，提高治療的效果[6]。在靜態(tài)IMRT中，射野大小和射野適形度很大程度取決于MLC的葉片寬度和數(shù)目。本研究利用Pinnacle3計劃系統(tǒng)，對20例宮頸癌患者分別用等中心處MLC葉片寬度為5和10 mm的直線加速器制訂IMRT計劃，以比較不同MLC葉片寬度對宮頸癌IMRT計劃的影響。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選取2018年2—10月在福建省腫瘤醫(yī)院接受放療的20例宮頸癌術(shù)后患者，年齡40～74歲，平均年齡51歲，中位年齡53歲；根據(jù)2009年的國際婦產(chǎn)科聯(lián)盟（International Federation of Gynecology and Obstetrics，F(xiàn)IGO）標準，分為ⅠB～ⅢB 期，術(shù)后病理均為鱗癌，存在高危因素，需接受術(shù)后盆腔放療。患者均知情同意，且通過福建省腫瘤醫(yī)院醫(yī)學(xué)研究科研項目倫理審查。

1.2 體表固定及CT掃描

患者取仰臥位，以真空墊固定，在美國飛利浦公司的大孔徑Brilliance Bigbore CT下行定位掃描，掃描層厚均為5 mm。

1.3 靶區(qū)及危及器官勾畫

由專業(yè)的放療科醫(yī)師依據(jù)ICRU50號報告確定臨床靶體積（clinical target volume，CTV）和危及器官范圍。將CTV沿3個方向均勻外放1 cm形成計劃靶區(qū)（planning target volume，PTV）。20例患者的平均PTV體積為1 378.6 cm3（963.7～1 938.0 cm3），危及器官包括直腸、膀胱、小腸、左右側(cè)股骨頭和左右側(cè)骨髓。勾畫完成后，將勾畫完靶區(qū)、危及器官的CT圖像傳送至飛利浦公司的Pinnacle39.2計劃系統(tǒng)中。

1.4 處方劑量和計劃設(shè)計

研究所用設(shè)備為配置2種不同葉片寬度（10和5 mm）的MLC的醫(yī)科達直線加速器，其中Elekta Synergy直線加速器配置葉片寬度為10 mm的MLC（40對MLC）；Elekta Axesse直線加速器配置葉片寬度為5 mm的MLC（80對MLC）。

分別在Elekta Synergy和Elekta Axesse兩臺直線加速器上對每例患者設(shè)計7野IMRT計劃，分別為10 mm MLC配置的計劃和5 mm MLC配置的計劃。PTV的處方劑量為48.6 Gy/27次，1.8 Gy/次，要求處方劑量至少包繞95%的PTV體積；危及器官的限制劑量為直腸V45＜60%、膀胱V45＜60%、小腸V40＜30%、股骨頭V45＜ 5%、骨髓V40＜ 40%（V40、V45分別代表危及器官受照劑量超過40、45 Gy的體積百分比）。

IMRT計劃的射線能量為6 MV，7個射野的角度分別為 0、52、104、156、212、260、310°，計算網(wǎng)格為0.4 cm，優(yōu)化類型為直接子野優(yōu)化（direct machine parameter optimization，DMPO），最大子野數(shù)為 70，最小子野面積為8 cm2，最小子野機器跳數(shù)（machine unit，MU）為8。對于同一患者，2組IMRT計劃的優(yōu)化函數(shù)、設(shè)置完全一致，以便于比較。

1.5 計劃評估指標

平均劑量-體積直方圖（dose-volume histogram，DVH）曲線：從計劃系統(tǒng)中導(dǎo)出2種不同MLC配置下20例患者的DVH數(shù)據(jù)（包括PTV、直腸、膀胱、小腸、股骨頭和骨髓）。將DVH數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel 2010，對同一危及器官或靶區(qū)的DVH數(shù)據(jù)求平均值，并用origin8.0軟件作圖。

靶區(qū)：處方劑量48.6 Gy覆蓋靶區(qū)體積百分比（V48.6）、最大劑量（Dmax）、最小劑量（Dmin）、平均劑量（Dmean）、適形性指數(shù)（conformity index，CI）和均勻性指數(shù)（homogeneity index，HI）。HI定義為 HI=（D2－D98）/D50（其中D98、D2和D50分別為PTV的98%、2%和50%體積的最小劑量），0＜HI＜1，該值越小，均勻性越好；CI定義為CI=VPTV，ref/VPTV×VPTV，ref/Vref（其中，VPTV，ref為處方劑量所覆蓋的靶區(qū)體積，VPTV為靶區(qū)體積，Vref為處方劑量線所覆蓋的體積），0＜CI＜1，該值越大，適形性越好。

危及器官：直腸、膀胱、小腸、股骨頭和骨髓的V20、V30、V40、V45（V20、V30、V40、V45分別代表危及器官受照劑量超過 20、30、40和 45 Gy的體積百分比）、Dmax、Dmean。

1.6 統(tǒng)計學(xué)處理

采用SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計分析，結(jié)果采用±s形式表示，組間參數(shù)比較采用配對t檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 2組不同MLC配置的IMRT計劃平均DVH比較

如圖1所示，10 mm MLC配置的IMRT計劃在靶區(qū)覆蓋和靶區(qū)劑量上要高于5 mm MLC配置的計劃。在危及器官方面，二者的股骨頭、骨髓和小腸的DVH近乎重疊；而5 mm MLC配置的IMRT計劃的膀胱和直腸的劑量要明顯低于10 mm MLC配置的計劃。

圖1 2組不同MLC配置的IMRT計劃的平均DVH曲線

2.2 靶區(qū)參數(shù)比較

2種MLC配置的IMRT計劃的靶區(qū)參數(shù)見表1。由表1可看出，2組計劃的處方劑量都能實現(xiàn)滿意的靶區(qū)覆蓋，10 mm MLC配置的計劃48.6 Gy的靶區(qū)覆蓋率為（97.2±1.2）%，靶區(qū)Dmean為（51.35±0.46）Gy，靶區(qū)Dmax為（54.80±0.55）Gy，都要高于 5 mm MLC配置的計劃[（其相應(yīng)數(shù)值分別為（96.2±1.6）%、（50.78±0.30）Gy和（53.93±0.38）Gy）]，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。2組計劃Dmin相當，差異無統(tǒng)計學(xué)意義。5mmMLC配置的計劃CI為0.87±0.01、HI為 0.092±0.012，都要優(yōu)于 10 mm MLC計劃（分別為 0.86±0.02和 0.102±0.010），差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。

表1 2組IMRT計劃的靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)比較（±s）

表1 2組IMRT計劃的靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)比較（±s）

分組 V 48.6/% D max/G y D min/G y D mean/G y C I H I 1 0 m m M L C 9 7.2±1.2 5 4.8 0±0.5 5 4 3.3 3±2.0 4 5 1.3 5±0.4 6 0.8 6±0.0 2 0.1 0 2±0.0 1 0 5 m m M L C 9 6.2±1.6 5 3.9 3±0.3 8 4 3.4 6±1.8 5 5 0.7 8±0.3 0 0.8 7±0.0 1 0.0 9 2±0.0 1 2 t 2.7 4 6.8 8 -0.8 8 5.3 3 -3.0 6 1 2.2 5 P 0.0 1 1 0.0 0 0 0.3 8 5 0.0 0 0 0.0 0 5 0.0 0 0

2.3 危及器官的受照劑量比較

2組計劃的危及器官受量均能滿足臨床治療的要求，具體見表2。由表2可以看出，所有危及器官的受量，包括直腸、膀胱、小腸、股骨頭和骨髓的V30、V40、V45、Dmax和Dmean，5 mm MLC 配置的計劃都低于10 mm MLC配置的計劃，但大部分劑量學(xué)指數(shù)（尤其是低劑量區(qū)）的改善幅度不是很大。膀胱、直腸、小腸和骨髓的Dmean分別減少了0.69、0.47、0.43和0.25 Gy，膀胱的V45減少了2.3%，直腸的V45減少了4.0%，差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。

2.4 治療參數(shù)比較

5 mm MLC配置的計劃 MU為720.0±49.7，較10 mm MLC 配置的計劃（652.1±55.3）高 10.4%，二者差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。

3 討論

隨著放療技術(shù)的快速發(fā)展，IMRT已經(jīng)成為放射治療的主流技術(shù)，而MLC是實現(xiàn)IMRT治療的重要基礎(chǔ)。多數(shù)直線加速器通過控制MLC葉片的相對運動來調(diào)制射線束強度和形狀，從而實現(xiàn)靶區(qū)形狀的高度適形，且最大程度減小周圍正常組織的受量[7-8]。因此MLC逐漸成為了醫(yī)用直線加速器治療準直器的標準配置[9]。

表2 10、5 mm MLC配置的IMRT計劃危及器官的劑量學(xué)參數(shù)比較（±s）

表2 10、5 mm MLC配置的IMRT計劃危及器官的劑量學(xué)參數(shù)比較（±s）

注：a代表二者比較具有統(tǒng)計學(xué)差異

危及器官 V 20/% V 30/% V 40/% V 45/% D max/G y D mean/G y膀胱 1 0 m m M L C 1 0 0.0 0±0.0 0 9 5.1 8±4.8 0 6 2.2 6±1 0.2 7 4 4.5 6±9.2 4 a 5 4.1 2±0.6 9 a 4 2.5 9±1.7 9 a 5 m m M L C 1 0 0.0 0±0.0 0 9 2.7 8±5.8 8 5 9.9 6±1 0.1 9 4 2.2 3±8.5 0 a 5 3.4 0±0.6 1 a 4 1.9 0±1.8 2 a直腸 1 0 m m M L C 9 9.8 6±0.4 7 9 8.6 6±2.8 4 8 0.7 5±9.5 8 5 3.5 7±6.7 4 a 5 2.9 3±0.8 8 a 4 4.4 6±1.1 9 a 5 m m M L C 9 9.8 7±0.4 3 9 8.5 5±3.0 0 7 9.6 9±9.8 4 4 9.6 1±5.7 8 a 5 2.1 2±0.5 5 a 4 3.9 9±1.1 2 a小腸 1 0 m m M L C 6 6.8 0±1 3.2 3 a 3 7.0 6±4.1 3 a 2 0.1 3±2.6 5 a 1 4.1 1±2.3 5 a 5 4.0 2±0.8 2 a 2 5.9 3±4.2 1 a 5 m m M L C 6 5.6 7±1 2.5 7 a 3 6.0 5±3.5 4 a 1 9.5 0±2.3 9 a 1 3.5 8±2.2 0 a 5 3.1 4±0.4 6 a 2 5.5 0±4.0 4 a股骨頭 1 0 m m M L C 8 8.9 8±1 4.4 1 6 9.2 5±2 0.0 9 1 9.8 1±8.3 3 1.4 0±1.0 9 a 4 7.9 4±1.4 5 a 3 2.6 6±4.0 6 5 m m M L C 8 9.7 2±1 2.0 3 6 8.2 2±1 7.9 7 1 8.2 9±7.9 4 1.0 5±0.9 8 a 4 7.5 0±1.4 8 a 3 2.5 1±3.6 1骨髓 1 0 m m M L C 8 5.3 9±4.1 3 5 5.5 1±5.3 7 2 7.2 6±4.0 5 a 1 6.0 8±2.3 9 a 5 2.8 1±0.5 4 a 3 1.9 2±1.3 7 a 5 m m M L C 8 5.0 8±3.8 3 5 5.4 0±5.3 3 2 6.1 3±4.0 3 a 1 5.2 7±2.6 7 a 5 2.2 3±0.5 4 a 3 1.6 7±1.3 8 a

已有的研究表明減小MLC寬度有助于改善IMRT計劃的質(zhì)量，如范廷勇等[10]比較了5和10 mm MLC寬度對鼻咽癌IMRT計劃的影響，結(jié)果顯示，5 mm MLC配置的IMRT計劃CI更高，而且兩側(cè)腮腺

的受照劑量更低；葉柳清等[11]則比較了5和10 mm MLC寬度對肺癌IMRT計劃的影響，5 mm MLC配置的IMRT計劃適形性更好，但是肺的低劑量區(qū)卻變大了；楊超鳳等[12]的研究結(jié)果表明，在進行鼻咽癌調(diào)強放療時，選用基于配置小葉片MLC結(jié)構(gòu)的直線加速器，能獲得更好的靶區(qū)適形性和靶區(qū)劑量均勻性。這些研究結(jié)果都集中在靶區(qū)體積較小或中等大小的病種之中，而對于靶區(qū)體積較大的宮頸癌，MLC葉片寬度對IMRT計劃影響的報道比較少。

張富利等[13]比較了3組不同類型MLC加速器對宮頸癌術(shù)后IMRT計劃的影響，他們認為寬度較小的MLC葉片有助于獲得均勻的靶區(qū)劑量分布和適形性（無統(tǒng)計學(xué)差異），而MLC寬度對危及器官受照劑量的影響較小。本研究則利用2種配置不同葉片寬度MLC的直線加速器來設(shè)計宮頸癌的IMRT計劃，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，2組計劃都能夠達到理想的靶區(qū)覆蓋，危及器官的受量也都能滿足臨床要求。10 mm MLC配置的IMRT計劃的靶區(qū)覆蓋率、Dmean和Dmax要高于5 mm MLC的計劃，原因可能是在靶區(qū)的邊界區(qū)MLC葉片打開時，10 mm MLC對靶區(qū)邊界的覆蓋更多（10 mm對應(yīng)了兩層層厚為5 mm的CT上的靶區(qū)），而5 mm MLC的計劃則綜合考慮了靶區(qū)與危及器官的限制，在靶區(qū)覆蓋達到95%后側(cè)重于降低危及器官的受量。5 mm MLC配置的IMRT計劃對于危及器官的保護要優(yōu)于10 mm MLC配置的IMRT計劃，各個器官的Dmean都有所下降，其中膀胱的V45減少了2.3%，直腸的V45減少了4.0%。但同時5 mm MLC配置的IMRT計劃的MU有了明顯的增多，達10.4%，這是由于5 mm MLC的計劃的子野更精細、復(fù)雜，降低了射線的利用率。

綜上所述，寬度較小的MLC有助于提高宮頸癌的IMRT計劃質(zhì)量，在滿足靶區(qū)覆蓋率的情況下，有效地降低了周圍正常組織的受照劑量。但值得注意的是寬度小的MLC配置的IMRT計劃MU會有較為明顯的上升。在進行宮頸癌IMRT計劃設(shè)計時，要綜合考慮靶區(qū)情況、機器配置和損耗等因素，合理利用醫(yī)療資源。