限量環(huán)個數(shù)對宮頸癌固定野調(diào)強(qiáng)放療計劃的影響研究

陳 穎，鐘志鵬，焦 楊，劉茹佳

（荊門市第二人民醫(yī)院放療科，湖北荊門448000）

0 引言

宮頸癌發(fā)病率居女性惡性腫瘤第二位，是常見的婦科惡性腫瘤之一[1]，放射治療作為其主要治療手段具有顯著療效[2]。調(diào)強(qiáng)放療（intensity modulated radiation therapy，IMRT）技術(shù)在滿足靶區(qū)劑量與靶區(qū)適形的同時，可降低危及器官和正常組織的受照劑量[3]。小腸、直腸和膀胱的放療并發(fā)癥發(fā)生率與照射劑量顯著相關(guān)[4]，放療計劃對于危及器官的限制條件，一般基于劑量-體積物理優(yōu)化函數(shù)或等效均勻劑量（equivalent uniform dose，EUD）生物優(yōu)化函數(shù)設(shè)置[5-6]。此外，為了保護(hù)危及器官和正常組織、保證處方劑量與靶區(qū)高度適形，設(shè)置限量環(huán)也是設(shè)計IMRT 計劃時常用的劑量限制方法。目前，少見限量環(huán)個數(shù)對IMRT 計劃影響的相關(guān)報道?；诖耍狙芯糠謩e設(shè)計無限量環(huán)、1 個限量環(huán)、2 個限量環(huán)和3 個限量環(huán)的宮頸癌IMRT 計劃，比較這4 種IMRT計劃的劑量學(xué)參數(shù)、二維劑量驗(yàn)證通過率以及治療參數(shù)差異，分析限量環(huán)個數(shù)對宮頸癌IMRT 計劃的影響。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選取2017 年6 月至2018 年6 月于本院行宮頸癌根治術(shù)后IMRT 患者30 例，年齡范圍為45～72歲，中位年齡54 歲。參考國際婦產(chǎn)科聯(lián)盟（International Federation of Gynecology and Obstetrics，F(xiàn)IGO）關(guān)于宮頸癌分期標(biāo)準(zhǔn)，所選取患者臨床分期均為Ⅰb～Ⅲb 期。30 例患者此前均未接受過放療，無放療禁忌證，肝腎功能無明顯損害。

1.2 定位方式

患者定位前均清空直腸，定位前1 h 排完小便，再喝適量水憋尿以便充盈膀胱[7]?；颊叨ㄎ粫r取仰臥位，平躺于碳纖維治療床，雙手上舉交叉抓桿，用體部熱塑膜固定。采用GE LightSpeed 64 排螺旋CT 采集患者增強(qiáng)影像數(shù)據(jù)，層厚0.5 cm，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸至CMS XiO 4.80 計劃系統(tǒng)。

1.3 靶區(qū)及危及器官勾畫

參考ICRU 62 號報告，由同一經(jīng)驗(yàn)豐富的腫瘤醫(yī)師在Focal 工作站上勾畫靶區(qū)及危及器官。靶區(qū)包括臨床靶區(qū)（clinical target volume，CTV）和計劃靶區(qū)（planning target volume，PTV），其中CTV 包括腫瘤原發(fā)灶，上段陰道，宮旁組織，髂總、髂內(nèi)、髂外、骶前、閉孔淋巴引流區(qū)，PTV 為CTV 在三維方向上外放0.5 cm 所得。危及器官包括直腸、小腸、膀胱、股骨頭、骨盆。

1.4 IMRT 計劃設(shè)計方法

采用醫(yī)科達(dá)公司Precise 加速器，基于CMS XiO 4.80 計劃系統(tǒng)分別設(shè)計無限量環(huán)（Plan_0）、1 個限量環(huán)（Plan_1）、2 個限量環(huán)（Plan_2）、3 個限量環(huán)（Plan_3）的固定野IMRT（fiexd-fields IMRT，ff-IMRT）計劃。其中，Plan_0 無限量環(huán)；Plan_1 的限量環(huán)距PTV 0.5 cm，限量條件為最高劑量比處方劑量低500 cGy；Plan_2在Plan_1 基礎(chǔ)上添加1 個距PTV 1 cm 的限量環(huán)，新添加限量環(huán)的限量條件為最高劑量比處方劑量低1 000 cGy；Plan_3 在Plan_2 基礎(chǔ)上添加1 個距PTV 2 cm 的限量環(huán)，新添加限量環(huán)的限量條件為最高劑量比處方劑量低2 000 cGy。所有ff-IMRT 計劃的射野角度均為180、129、78、27、233、282、231°，準(zhǔn)直器角度均為0°，基于劑量-體積物理優(yōu)化函數(shù)的限制條件均相同。所有ff-IMRT 計劃子野分割算法均使用Smart Sequencing 運(yùn)算方式，最小子野面積為4 cm2，最小子野跳數(shù)為4 MU。

處方劑量為4 500 cGy/25 f。為了便于評價，4 種ff-IMRT 計劃靶區(qū)覆蓋率歸一到4 500 cGy 覆蓋95%（≥95%）的靶區(qū)體積，靶區(qū)的熱點(diǎn)劑量與冷點(diǎn)劑量不超過處方劑量的±7%。危及器官保護(hù)要求為：小腸V45＜20%（V45為4 500 cGy 所包繞的體積，以此類推），直腸V45＜50%，膀胱V45＜35%，股骨頭V30＜20%，骨盆V30＜50%。

1.5 IMRT 計劃評估

（1）靶區(qū)劑量學(xué)評估。參考ICRU 83 號報告，按以下指標(biāo)評估PTV 劑量：①最大劑量D2%（D2%為2%PTV 體積的受照劑量，以此類推）；②平均劑量Dmean；③最小劑量D98%；④靶區(qū)覆蓋率（處方劑量包繞的靶體積與靶體積之比）；⑤靶區(qū)適形指數(shù)（conformity index，CI），其計算公式：CI=（VTref/VT）×（VTref/Vref），其中，VTref為參考等劑量線所包繞的靶體積，VT 為靶體積，Vref為參考等劑量線所包繞的體積，CI 值介于0～1，CI值越接近于1，說明靶區(qū)適形性越好；⑥靶區(qū)均勻性指數(shù)（homogeneity index，HI），其計算公式：HI=（D2%-D98%）/D50%，HI 值越小，說明靶區(qū)均勻性越好。

（2）危及器官受照體積評估。統(tǒng)計小腸、直腸、膀胱V20、V30、V40、V45，雙側(cè)股骨頭V20、V30、V45，骨盆V10、V20、V30、V45，評估4 種ff-IMRT 計劃之間的差異。

（3）正常組織受照體積評估。統(tǒng)計正常組織V5、V10、V15、V20、V25、V30、V35、V40，評估4 種ff-IMRT 計劃之間的差異。

（4）二維劑量驗(yàn)證。采用SunNuclear 公司的Map-CheckⅠ，以3%/3 mm 的誤差標(biāo)準(zhǔn)對所選取30 例患者的4 種ff-IMRT 計劃進(jìn)行二維劑量驗(yàn)證，比較其通過率。

（5）機(jī)器跳數(shù)及治療時間評估。統(tǒng)計機(jī)器跳數(shù)及治療時間，評估4 種ff-IMRT 計劃之間的差異。

1.6 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 18.0 軟件對計量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。計量數(shù)據(jù)均進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，服從正態(tài)分布時以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，不服從正態(tài)分布時以中位數(shù)（四分位數(shù)）表示。計量數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布且方差齊時，多組間比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用Tukey 檢驗(yàn)；不服從正態(tài)分布或方差不齊時，多組間比較采用Kruskal-Wallis 秩和檢驗(yàn)，兩兩比較采用Dunnett T3 檢驗(yàn)。P＜0.05 為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)比較

表1 為4 種ff-IMRT 計劃靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)比較結(jié)果。由表1 可以看出，4 種計劃靶區(qū)分布均滿足臨床治療要求，PTV 的D2%、Dmean、D98%、靶區(qū)覆蓋率、CI和HI 差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），表明限量環(huán)個數(shù)不影響靶區(qū)劑量分布。

表1 4 種ff-IMRT 計劃的靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)比較結(jié)果（±s）

表1 4 種ff-IMRT 計劃的靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)比較結(jié)果（±s）

注：4 種計劃比較，P＞0.05

計劃名稱 D2%/cGy Dmean/cGy D98%/cGy 靶區(qū)覆蓋率/% CI HI Plan_0 4 768.7±35.1 4 615.9±48.0 4 460.1±34.5 95.05±0.03 0.816±0.003 0.095±0.002 Plan_1 4 750.0±42.4 4 669.1±46.6 4 450.1±32.0 95.03±0.02 0.818±0.003 0.095±0.002 Plan_2 4 743.7±54.6 4 647.0±49.4 4 449.9±42.6 95.04±0.03 0.818±0.003 0.094±0.002 Plan_3 4 743.5±45.8 4 632.0±29.3 4 477.4±45.4 95.05±0.04 0.816±0.003 0.093±0.002

2.2 危及器官劑量學(xué)參數(shù)比較

4 種ff-IMRT 計劃危及器官劑量限制均能達(dá)到臨床治療要求。對于小腸，Plan_2 與Plan_3 的V20、V30、V40均低于另外2 種計劃，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），4 種ff-IMRT 計劃的V45差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）；對于直腸，Plan_2與Plan_3 的V20、V30、V40均低于另外2 種計劃，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），Plan_1、Plan_2 的V45與Plan_3 比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）；對于膀胱，Plan_2 與Plan_3 的V20、V30、V40均低于另外2 種計劃，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），且Plan_3 的V30低于Plan_2 的V30，4 種ff-IMRT 計劃的V45差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。4種ff-IMRT 計劃的小腸、直腸、膀胱劑量學(xué)參數(shù)比較結(jié)果見表2。

表2 4 種ff-IMRT 計劃小腸、直腸、膀胱劑量學(xué)參數(shù)比較結(jié)果（±s）%

表2 4 種ff-IMRT 計劃小腸、直腸、膀胱劑量學(xué)參數(shù)比較結(jié)果（±s）%

注：a 表示與Plan_0 比較，P＜0.05；b 表示與Plan_1 比較，P＜0.05；c 表示與Plan_2 比較，P＜0.05；d 表示與Plan_3 比較，P＜0.05；e 表示Plan_0 與Plan_1 的參數(shù)無比較意義

小腸 直腸膀胱V20 V30 V40 V45 V20 V30 V40 V45 V20 V30 V40 V45 Plan_0 81.6±0.3bcd 50.7±0.9bcd 30.8±0.4bcd 16.0±0.6 100.0±0.0cde 100.0±0.0cde 78.0±2.4bcd 48.5±1.2bcd 100.0±0.0cde 100.0±0.0bcd 65.6±0.6bcd 33.5±1.3 Plan_1 73.3±0.5acd 45.7±0.9acd 27.6±0.8acd 16.0±0.8 100.0±0.0cde 100.0±0.0cde 68.6±2.1acd 45.1±0.4a 100.0±0.0cde 98.2±0.5acd 62.5±0.5acd 33.1±0.8 Plan_2 69.6±0.6ab 39.8±1.3ab 24.7±0.8ab 16.2±0.5 96.7±0.4ab 88.5±1.0ab 59.0±1.0ab 45.4±0.9a 96.2±0.5ab 75.1±0.5abd 45.8±0.6ab 33.8±0.9 Plan_3 69.4±0.4ab 39.1±0.7ab 24.9±0.5ab 15.8±1.5 97.1±0.3ab 88.6±0.9ab 59.3±1.3ab 45.4±0.9a 96.2±0.7ab 70.2±1.2abc 44.8±1.4ab 33.4±0.8計劃名稱

Plan_2 與Plan_3 中雙側(cè)股骨頭V20均低于另外2 種計劃，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），4 種ff-IMRT計劃雙側(cè)股骨頭V30、V45差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P ＞0.05）；Plan_2 與Plan_3 的骨盆受照劑量均低于另外2 種計劃（P＜0.05）。4 種計劃雙側(cè)股骨頭、骨盆劑量學(xué)參數(shù)比較結(jié)果見表3。

表3 4 種ff-IMRT 計劃雙側(cè)股骨頭、骨盆劑量學(xué)參數(shù)比較結(jié)果（±s）%

表3 4 種ff-IMRT 計劃雙側(cè)股骨頭、骨盆劑量學(xué)參數(shù)比較結(jié)果（±s）%

注：a 表示與Plan_0 比較，P＜0.05；b 表示與Plan_1 比較，P＜0.05；c 表示與Plan_2 比較，P＜0.05；d 表示與Plan_3 比較，P＜0.05

右側(cè)股骨頭 左側(cè)股骨頭 骨盆V20 V30 V45 V20 V30 V45 V10 V20 V30 V45 Plan_0 56.8±0.9bcd 19.0±0.8 5.3±1.2 57.0±0.6bcd 18.9±0.6 6.1±1.2 93.0±0.3cd 63.4±1.0cd 49.8±0.8cd 34.4±0.9cd Plan_1 52.1±1.2acd 18.3±0.6 5.1±0.5 56.9±1.5acd 18.2±0.6 5.9±0.7 92.8±0.5cd 62.6±1.5cd 49.8±0.3cd 34.9±0.6cd Plan_2 48.8±1.3ab 18.1±0.7 4.8±0.8 48.1±1.4ab 17.9±0.9 6.0±1.1 85.2±0.5ab 58.2±1.1ab 42.0±0.5ab 28.1±0.6ab Plan_3 49.0±1.1ab 17.9±0.6 4.5±0.9 48.4±1.3ab 17.6±0.5 5.8±0.9 85.2±0.4ab 57.7±1.2ab 42.4±1.0ab 28.0±0.8ab計劃名稱

綜上表明，2 個限量環(huán)與3 個限量環(huán)保護(hù)危及器官的作用基本相同，均優(yōu)于無限量環(huán)和1 個限量環(huán)。

2.3 正常組織劑量學(xué)參數(shù)比較

4 種ff-IMRT 計劃正常組織劑量學(xué)參數(shù)比較結(jié)果見表4。由表4 可以看出，4 種IMRT 計劃正常組織V5、V10和V40差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）；Plan_2 與Plan_3 的正常組織受照劑量V15、V20和V25明顯低于Plan_0、Plan_1，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；Plan_0 的正常組織受照劑量V30、V35明顯高于另外3 種計劃，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。

綜上表明，2 個限量環(huán)與3 個限量環(huán)保護(hù)正常組織的作用相當(dāng)，且優(yōu)于無限量環(huán)和1 個限量環(huán)。

表4 4 種ff-IMRT 計劃正常組織劑量學(xué)參數(shù)比較結(jié)果（±s）%

表4 4 種ff-IMRT 計劃正常組織劑量學(xué)參數(shù)比較結(jié)果（±s）%

注：a 表示與Plan_0 比較，P＜0.05；b 表示與Plan_1 比較，P＜0.05；c 表示與Plan_2 比較，P＜0.05；d 表示與Plan_3 比較，P＜0.05

計劃名稱 V5 V10 V15 V20 V25 V30 V35 V40 Plan_0 58.9±1.2 49.7±1.1 43.7±0.3cd 36.6±1.4bcd 32.8±1.0bcd 21.7±1.4bcd 14.8±0.4bcd 2.2±0.2 Plan_1 59.5±1.2 49.8±0.8 44.2±0.6cd 35.1±0.4acd 26.0±0.4acd 15.2±0.6a 10.1±1.0a 2.3±0.3 Plan_2 59.4±1.7 49.5±0.7 40.9±1.0ab 32.3±1.2ab 23.0±0.6ab 15.2±0.3a 10.0±0.5a 2.2±0.3 Plan_3 59.5±1.2 49.1±0.5 40.8±1.0ab 31.9±1.2ab 23.4±0.8ab 15.1±0.4a 10.4±1.0a 2.1±0.3

2.4 二維劑量驗(yàn)證通過率、機(jī)器跳數(shù)、子野個數(shù)及治療時間比較

4 種ff-IMRT 計劃二維劑量驗(yàn)證通過率差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），表明限量環(huán)個數(shù)不影響二維劑量驗(yàn)證通過率；4 種ff-IMRT 計劃機(jī)器跳數(shù)、子野個數(shù)及治療時間變化規(guī)律類似，均為Plan_3＞Plan_2＞Plan_1＞Plan_0（P＜0.05），表明限量環(huán)個數(shù)越多，機(jī)器跳數(shù)和子野個數(shù)越多，治療時間越長。詳見表5。

表5 4 種ff-IMRT 計劃二維劑量驗(yàn)證通過率、機(jī)器跳數(shù)、子野個數(shù)及治療時間比較結(jié)果（±s）

表5 4 種ff-IMRT 計劃二維劑量驗(yàn)證通過率、機(jī)器跳數(shù)、子野個數(shù)及治療時間比較結(jié)果（±s）

注：a 表示與Plan_0 比較，P＜0.05；b 表示與Plan_1 比較，P＜0.05；c 表示與Plan_2比較，P＜0.05；d 表示與Plan_3 比較，P＜0.05

計劃名稱 二維劑量驗(yàn)證通過率/% 機(jī)器跳數(shù)/MU 子野數(shù)/個 治療時間/min Plan_0 98.2±0.6 284.0±16.6bcd 34.0±5.9bcd 5.2±0.3bcd Plan_1 97.6±0.8 478.0±20.7acd 93.0±5.0acd 7.2±0.8acd Plan_2 98.2±0.7 640.2±7.9abd 109.7±4.4abd 11.8±0.8abd Plan_3 97.9±0.6 750.7±4.3abc 122.0±2.2abc 14.1±0.8abc

3 討論

宮頸癌是最常見的女性生殖道惡性腫瘤，放射治療是其主要治療手段之一[8]。宮頸癌術(shù)后放療的靶區(qū)形狀較大且不規(guī)則，腫瘤病灶與小腸、直腸、膀胱等危及器官緊鄰[9]，導(dǎo)致這些組織器官不可避免地暴露在照射野內(nèi)，進(jìn)而造成一定程度的放療并發(fā)癥。如何降低放射性損傷導(dǎo)致的不良反應(yīng)，一直是宮頸癌放療中重點(diǎn)關(guān)注的問題。本研究比較4 種限量環(huán)模式下宮頸癌ff-IMRT 計劃的劑量學(xué)差異，探討限量環(huán)個數(shù)對ff-IMRT 計劃的影響。研究結(jié)果表明，4 種ff-IMRT 計劃靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)均滿足臨床要求且無統(tǒng)計學(xué)差異，部分危及器官、正常組織在受照體積、機(jī)器跳數(shù)、子野個數(shù)和治療時間方面存在差異。

危及器官的受照體積和受照劑量是導(dǎo)致放射性損傷的主要影響因素[10]。本研究結(jié)果表明，通過增加限量環(huán)個數(shù)，Plan_2 與Plan_3 中小腸V30大幅度降低，與鄧海軍等[11]的研究中關(guān)于小腸V30＜40%的限量要求符合；Plan_2 與Plan_3 中直腸V40明顯降低，與Kerkhof 等[12]的有關(guān)減少直腸平均受照劑量及V40有利于減輕直腸放射性損傷的思想符合；Plan_2 與Plan_3 中膀胱的受照體積由于增加限量環(huán)個數(shù)和患者定位前喝水憋尿、保證膀胱充盈度而得到了較好的限制[13]，降低了放射性膀胱炎的發(fā)生率[14]；Plan_2與Plan_3 中雙側(cè)股骨頭V20亦因增加限量環(huán)個數(shù)而比Plan_0 與Plan_1 低，一定程度上降低了放射性骨損傷的風(fēng)險；骨盆V10、V20是急性骨髓抑制的重要影響因素[15-16]，骨盆V10＞90%、V20＞72%會顯著提高患者發(fā)生Ⅲ級及以上骨髓抑制風(fēng)險[17]，Plan_2 與Plan_3 中骨盆V10＜90%、V20＜72%，與Platta 等[18]報道的骨盆V10、V20參數(shù)基本一致，可見增加限量環(huán)個數(shù)有利于降低骨盆的受照劑量。此外，Plan_2 與Plan_3中正常組織V15、V20、V25亦有不同程度的降低，符合放療須保護(hù)正常組織的原則。

Plan_3 較Plan_2 而言，機(jī)器跳數(shù)增加約111 MU，子野數(shù)增加約12 個，治療時間延長約2.3 min。分析其原因，是由于IMRT 技術(shù)通過多葉光柵實(shí)現(xiàn)對射線強(qiáng)度與子野形狀的控制，Plan_3 比Plan_2 增加1個約束條件（增加1 個限量環(huán)），導(dǎo)致子野形狀變復(fù)雜、子野個數(shù)增多，從而引起機(jī)器跳數(shù)增多、治療時間延長。

本研究通過探討限量環(huán)個數(shù)對宮頸癌ff-IMRT計劃的影響發(fā)現(xiàn)：從靶區(qū)劑量分布來看，4 組ff-IMRT計劃均滿足臨床要求；從危及器官和正常組織保護(hù)方面考慮，設(shè)置2 個或3 個限量環(huán)較好；結(jié)合治療效率考慮，當(dāng)設(shè)置2 個限量環(huán)時，保護(hù)作用趨于穩(wěn)定，增加更多的限量環(huán)，可以在一定程度上增強(qiáng)保護(hù)危及器官和正常組織的作用，但是會增加治療時間、降低治療效率。此外，分析射線能量跌落特性和計劃系統(tǒng)的算法特性可知，限量環(huán)與靶區(qū)的距離對劑量分布也有影響，本研究根據(jù)日常工作經(jīng)驗(yàn)設(shè)置相應(yīng)的限量環(huán)與限量條件，期待后續(xù)對此展開進(jìn)一步研究。設(shè)置限量環(huán)與設(shè)置基于劑量-體積物理優(yōu)化函數(shù)或EUD 生物優(yōu)化函數(shù)的限制條件，均是設(shè)計放療計劃時常用的方法。目前，主流放射治療計劃系統(tǒng)（如Pinnacle、Eclipse 和Monaco 等）可以通過布爾運(yùn)算生成感興趣區(qū)域，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)與本研究中限量環(huán)類似的功能。由于不同計劃系統(tǒng)（甚至同一計劃系統(tǒng)不同版本）的限量方法與算法都有自身特點(diǎn)，本研究所得結(jié)論僅供其他計劃系統(tǒng)用戶參考。

綜上所述，建議在采用CMS XiO 4.80 計劃系統(tǒng)設(shè)計宮頸癌ff-IMRT 計劃時設(shè)置2 個限量環(huán)。