MLC外放邊界對宮頸癌固定野調(diào)強放療計劃的影響研究

劉茹佳，鐘志鵬，楊士勇，喻劉楊，焦 楊，陳 穎

（荊門市第二人民醫(yī)院放療科，湖北荊門 448000）

0 引言

宮頸癌是常見的婦科惡性腫瘤[1-2]，術(shù)后放療是降低腫瘤局部復發(fā)率、延長生存期的常用輔助療法[3]。調(diào)強放療（intensity-modulated radiotherapy，IMRT）技術(shù)能兼顧靶區(qū)劑量分布、危及器官和正常組織保護，因此被廣泛地應用于宮頸癌的臨床治療[4-5]。在設計IMRT計劃時，為了保護計劃靶區(qū)（planning target volume，PTV）以外的危及器官和正常組織，需盡量縮小射野面積。然而，一味地縮小射野面積，將減少散射輻射對吸收劑量的貢獻。為了達到處方劑量覆蓋率≥95%的臨床治療要求，對于未滿足上述要求的IMRT計劃需進行歸一化處理（即整體推量以達到處方劑量覆蓋率要求）。然而，整體推量會在PTV特定區(qū)域產(chǎn)生過高的劑量熱點，繼而引發(fā)放療副反應。IMRT計劃通過多葉準直器（multi-leaf collimator，MLC）形成與 PTV高度適形的射野，射野面積與MLC外放邊界相關(guān)。因此，本研究試圖分析不同的MLC外放邊界尺寸對宮頸癌固定野 IMRT（fixed-field IMRT，ff-IMRT）計劃的影響，尋求最佳的MLC外放邊界尺寸，為設計該類ff-IMRT計劃提供參考。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選取2018年10月至2019年9月于本院行宮頸癌術(shù)后ff-IMRT患者10例，年齡44～64歲，中位年齡53歲。依據(jù)國際婦產(chǎn)科聯(lián)盟（Federation International of Gynecology and Obstetrics，F(xiàn)IGO）的臨床分期標準，所選病例分期均為ⅠB～ⅡB期，病理類型為鱗癌。10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，再喝適量水憋尿以保證膀胱充盈[6]?；颊呔⊙雠P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[7]；利用GE Lightspeed 64排CT采集患者增強掃描影像資料，掃描范圍為第二腰椎至坐骨結(jié)節(jié)下5 cm，掃描層厚0.5 cm，將CT圖像以DICOM格式傳輸至CMS XiO 4.80計劃系統(tǒng)進行IMRT計劃設計。

1.3 靶區(qū)和危及器官勾畫

靶區(qū)和危及器官勾畫由同一名經(jīng)驗豐富的腫瘤醫(yī)師參考美國腫瘤放射治療協(xié)作組織（Radiation Therapy Oncology Group，RTOG）指南在 Focal工作站上完成。臨床靶區(qū)（clinical target volume，CTV）包括腫瘤瘤床、陰道殘端、宮旁組織、盆腔淋巴引流區(qū)（髂總、髂內(nèi)、髂外、骶前、閉孔淋巴引流區(qū)），CTV在三維方向上外擴0.5～1 cm得到PTV。危及器官包括直腸、小腸、膀胱、兩側(cè)股骨頭、骨盆。

1.4 IMRT計劃設計方法

采用醫(yī)科達Precise加速器6 MV X射線，基于CMS XiO 4.80計劃系統(tǒng)對每例患者設計10個7野均分（180°起始，逆時針分布）共面ff-IMRT計劃，準直器角度均為0°[8]。10個ff-IMRT計劃均設置2個限量環(huán)[9]，對于通量運算后未達處方劑量的區(qū)域，采用局部提量方法改善劑量分布[10]，目標函數(shù)預設條件均相同，子野分割算法均使用Smart Sequencing運算方式[11]，其他參數(shù)均為默認參數(shù)。10個ff-IMRT計劃分別命名為 plan0.0、plan0.1、plan0.2、plan0.3、plan0.4、plan0.5、plan0.6、plan0.7、plan0.8、plan0.9，對應 MLC 外放邊界尺寸分別為 0.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9 cm。

PTV處方劑量為45 Gy/25 f，為了便于評價，10個ff-IMRT計劃PTV的處方劑量覆蓋率歸一到V45≥95%（V45為45 Gy所包繞的體積，以此類推），要求熱點劑量（≥110%處方劑量）不落在PTV以外。危及器官保護要求為：小腸V45＜20%，直腸V45＜40%，膀胱V45＜30%，兩側(cè)股骨頭V50＜5%，骨盆V30＜50%[12]。

1.5 IMRT計劃評估

CMS XiO 4.80計劃系統(tǒng)推薦的MLC外放邊界尺寸為0.6 cm，故以plan0.6為參考計劃，除plan0.6之外的9個ff-IMRT計劃均與plan0.6進行比較。參考ICRU 83號報告，使用劑量體積直方圖（dose volume histogram，DVH）[13]按以下指標評估PTV劑量：最大劑量Dmax、平均劑量Dmean、最小劑量Dmin、靶區(qū)覆蓋率（處方劑量包繞的靶區(qū)體積與靶區(qū)體積之比）、靶區(qū)適形指數(shù)（conformity index，CI）、靶區(qū)均勻性指數(shù)（homogeneity index，HI）。CI的計算公式如下：

式中，IC為靶區(qū)適形指數(shù)；VT，ref為處方劑量所包繞的靶體積；VT為靶體積；Vref為處方劑量所包繞的體積。CI值越接近于1，說明靶區(qū)適形度越好。

HI的計算公式如下：

式中，IH為均勻性指數(shù)；D2%、D98%、D50%分別為2%、98%、50%PTV體積的受照劑量。HI值越接近于0，說明靶區(qū)均勻性越好。

評估參數(shù)：小腸、直腸、膀胱、兩側(cè)股骨頭、骨盆、正常組織受照體積的百分數(shù)Vx及機器跳數(shù)、子野個數(shù)、出束時間（包括機架轉(zhuǎn)動時間）。

1.6 統(tǒng)計學方法

采用SPSS 20.0軟件對計量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析，計量數(shù)據(jù)均行正態(tài)性檢驗和方差齊性檢驗。計量數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布時，以均數(shù)±標準差（±s）表示；反之，以中位數(shù)（四分位間距）表示。計量數(shù)據(jù)若服從正態(tài)分布且方差齊性時，多組間數(shù)據(jù)比較采用ANOVA分析，兩兩比較采用Tukey檢驗；反之，多組間數(shù)據(jù)比較采用Kruskal-WallisH檢驗，兩兩比較采用Dunnett's T3檢驗。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 PTV劑量學參數(shù)比較

10個ff-IMRT計劃的PTV劑量學參數(shù)見表1，經(jīng)歸一化處理后，各計劃的靶區(qū)覆蓋率均滿足臨床要求。由表 1 可知，plan0.0、plan0.1、plan0.2的Dmax、HI，plan0.0、plan0.1、plan0.2、plan0.3的Dmin劣于 plan0.6，差異具有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。

表1 10個ff-IMRT計劃的靶區(qū)劑量學參數(shù)比較

2.2 危及器官劑量學參數(shù)比較

10個ff-IMRT計劃的危及器官劑量學參數(shù)見表2、3，各計劃的危及器官保護均滿足要求。由表2、3 可知，plan0.0、plan0.1的小腸V20、V30、V40及直腸、膀胱V30、V40、V45，plan0.0的兩側(cè)股骨頭V30，plan0.2的小腸V20及直腸、膀胱V30、V40優(yōu)于 plan0.6，差異具有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。plan0.7的小腸、直腸V45，plan0.8、plan0.9的小腸、直腸V20、V30、V40、V45，膀胱V45，兩側(cè)股骨頭V20、V30、V40，plan0.9的膀胱V30、V40劣于 plan0.6，差異具有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。

表2 10個ff-IMRT計劃的小腸、直腸、膀胱劑量學參數(shù)比較單位：%

2.3 正常組織劑量學參數(shù)比較

10個ff-IMRT計劃的正常組織劑量學參數(shù)見表 4，可知 plan0.0、plan0.1的正常組織V5、V10、V15，plan0.2的正常組織V5低于plan0.6，差異具有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）；plan0.8、plan0.9的正常組織V5、V10及 plan0.9的正常組織V15、V20高于plan0.6，差異具有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。

2.4 治療參數(shù)比較

10個ff-IMRT計劃的機器跳數(shù)及治療時間見表5，可知 plan0.0、plan0.1的機器跳數(shù)比 plan0.6多，子野個數(shù)、出束時間優(yōu)于 plan0.6，plan0.8、plan0.9的子野個數(shù)、出束時間劣于plan0.6，差異具有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。

表3 10個ff-IMRT計劃的兩側(cè)股骨頭、骨盆劑量學參數(shù)比較單位：%

表4 10個ff-IMRT計劃的正常組織劑量學參數(shù)比較單位：%

表5 10個ff-IMRT計劃的治療參數(shù)比較

3 討論

雖然放療技術(shù)不斷發(fā)展進步，但是IMRT技術(shù)依然是眾多基層放療科常用的宮頸癌輔助療法[14-15]。宮頸癌放療靶區(qū)與危及器官相鄰或重疊，意味著危及器官不可避免地暴露在射野范圍內(nèi)?？s小射野面積一方面有利于保護危及器官，另一方面會影響散射輻射對放療靶區(qū)劑量的貢獻，因此，有必要尋找靶區(qū)劑量分布、危及器官和正常組織保護之間的平衡點。本研究設計10個不同MLC外放邊界的宮頸癌ff-IMRT計劃，比較其中9種計劃與參考計劃plan0.6的差異。

研究結(jié)果顯示，10個ff-IMRT計劃經(jīng)歸一化處理后，靶區(qū)覆蓋率均滿足臨床要求。與plan0.6相比 ，plan0.0、plan0.1、paln0.2的PTV的Dmax升高約8.8%、8.5%、4.9%，HI增大約 8.2%、7.1%、5.9%，且Dmax、HI隨 MLC 外放邊界尺寸縮小呈升高趨勢；plan0.0、plan0.1、plan0.2、plan0.3的PTV的Dmin降低約 17.8%、16.9%、11.6%、6.9%，且Dmin隨 MLC外放邊界尺寸縮小呈降低趨勢。上述規(guī)律說明在一定范圍內(nèi)縮小MLC外放邊界尺寸不利于優(yōu)化PTV的靶區(qū)劑量學參數(shù)，其原因在于：靶區(qū)的劑量貢獻由主要輻射和散射輻射組成[16]，MLC外放邊界尺寸過小，使PTV邊緣區(qū)域的散射輻射的貢獻減少，導致該區(qū)域存在欠量的情況，經(jīng)處方劑量覆蓋率歸一化處理后，在PTV特定區(qū)域產(chǎn)生過高的劑量熱點（Dmax升高），導致靶區(qū)劑量學參數(shù)變差。雖然本研究的10個ff-IMRT計劃對于危及器官的保護滿足臨床要求，但是有研究表明，放射性損傷與危及器官和正常組織的受照體積有關(guān)[17-19]。本研究中，plan0.0、plan0.1、plan0.2危及器官的諸項受照體積較plan0.6有一定幅度的降低；plan0.8、plan0.9危及器官的部分劑量學參數(shù)較plan0.6均有較大幅度的升高，說明隨著MLC外放邊界尺寸增大，危及器官暴露于射野范圍內(nèi)的體積增大，放射性損傷的風險隨之增大。10個ff-IMRT計劃骨盆受照體積相當，其中骨盆V10、V20與Platta等[20]的報道近似，且均低于Rose等[21]報道的引發(fā)骨髓抑制風險的閾值。10個ff-IMRT計劃正常組織受照體積的差異，主要體現(xiàn)在部分計劃低劑量區(qū)范圍（V5、V10、V15、V20）不同，呈現(xiàn)出的規(guī)律與危及器官劑量學參數(shù)類似。正常組織高劑量區(qū)范圍相當，可能與處方劑量包繞PTV較緊且劑量梯度較大有關(guān)，該現(xiàn)象符合IMRT計劃的特點。10個ff-IMRT計劃機器跳數(shù)與射野面積近似呈反比，與孫文釗等[22]報道的靶區(qū)外擴邊界對治療參數(shù)的影響相符。子野個數(shù)與射野面積近似呈正比，可能是由于IMRT計劃須將面積較大的射野分割成更多的子野來滿足靶區(qū)劑量分布的均勻性導致的。子野個數(shù)多會導致MLC走位變復雜，射野面積大會導致MLC走位行程變長，這兩點因素可能是出束時間與射野面積呈正比的原因。

本研究通過探討MLC外放邊界尺寸對宮頸癌ff-IMRT計劃的影響發(fā)現(xiàn)：從PTV劑量分布來看，10個ff-IMRT計劃歸一化后均滿足劑量覆蓋要求，但是MLC 外放邊界較小時（plan0.0、plan0.1、plan0.2、paln0.3），存在劑量熱點較高和劑量分布均勻性較差等問題；從危及器官和正常組織保護方面來看，10個ff-IMRT計劃均滿足臨床要求，但是MLC外放邊界較大時（plan0.8、paln0.9），危及器官和正常組織受照體積增大；從治療參數(shù)方面考慮，MLC外放邊界越大，出束時間越長。

綜上所述，MLC外放邊界尺寸為0.4～0.7 cm時，基于CMS XiO 4.80計劃系統(tǒng)的宮頸癌ff-IMRT計劃能在劑量分布、危及器官和正常組織保護、治療參數(shù)優(yōu)化三者間達到平衡，為最優(yōu)選擇。需要指出的是，由于各計劃系統(tǒng)的算法都具有自身特點，該結(jié)論對于其他計劃系統(tǒng)能否適用有待后續(xù)研究。