放射治療計(jì)劃劑量歸一問題的應(yīng)用研究

青島市市立醫(yī)院東院 腫瘤放射治療科，山東 青島 266000

引言

國內(nèi)腫瘤患者發(fā)病率逐年上升，其中肺癌患者的占有比例大約為20.03%[1-3]，對(duì)居民健康生活水平產(chǎn)生一定影響。隨著計(jì)算機(jī)和醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，調(diào)強(qiáng)放射治療（Intensity Modulated Radiation Therapy，IMRT）和容積弧形調(diào)強(qiáng)放射治療（Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT）等放射治療技術(shù)在肺癌治療中得到了廣泛的應(yīng)用[4-6]，取得較好的治療效果。在進(jìn)行肺癌調(diào)強(qiáng)計(jì)劃優(yōu)化時(shí)會(huì)出現(xiàn)靶區(qū)劑量欠量的情況，可通過對(duì)靶區(qū)劑量重新歸一后達(dá)到處方要求，目前還未有文獻(xiàn)報(bào)道劑量歸一后對(duì)于多葉光柵（Multi-leaf Collimator，MLC）的計(jì)算是否影響患者放療劑量的準(zhǔn)確性。目前本科室肺癌患者病例約占總病例數(shù)的一半，故選擇肺癌病例作為研究對(duì)象。本文為探究調(diào)強(qiáng)計(jì)劃歸一后展開計(jì)算葉片運(yùn)動(dòng)與不計(jì)算兩種計(jì)劃優(yōu)化方式的差異，是否會(huì)導(dǎo)致劑量驗(yàn)證通過率的不同，為提高治療計(jì)劃的執(zhí)行性做初步的研究工作。

1 材料與方法

1.1 肺癌調(diào)強(qiáng)患者臨床資料

本研究隨機(jī)抽取2019年2月至2019年10月15例肺癌病例，其中男性9例、女性6例，年齡49～73歲（中位數(shù)59.5歲），患者詳情如表1所示。

表1 病例選取標(biāo)準(zhǔn)

1.2 計(jì)劃設(shè)計(jì)

使用飛利浦Brilliance大孔徑CT模擬定位機(jī)：孔徑為85 cm，具有60 cm真實(shí)掃描視野（Filed of View，F(xiàn)OV），獲取15例肺癌患者層厚5 mm定位圖像，在Varian Eclipse 13.5計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行靶區(qū)勾畫、計(jì)劃設(shè)計(jì)和劑量計(jì)算。15例肺癌患者的原始治療計(jì)劃為Planorig，人為制定Planorig計(jì)劃未達(dá)到處方劑量包95%的體積，為5野動(dòng)態(tài)IMRT計(jì)劃，每例治療計(jì)劃均在美國Varian公司Eclipse 13.5逆向調(diào)強(qiáng)計(jì)劃系統(tǒng)上完成：放療計(jì)劃采用6 MV X線，最大劑量率為500 MU/min，算法為各向異性分析算法（Anisotropic Analytical Algorithm，AAA）， 計(jì)算網(wǎng)格為 2.5 mm。 對(duì)Planorig計(jì)劃進(jìn)行劑量歸一處理，每位患者生成兩例新計(jì)劃，劑量歸一后不計(jì)算生成的計(jì)劃為Test1，展開計(jì)算葉片運(yùn)動(dòng)生成的計(jì)劃為Test2。

1.3 計(jì)劃驗(yàn)證

將Test1和Test2計(jì)劃分別在aS1000型電子射野影像系統(tǒng)（Electronic Portal Image Dosimetry，EPID）上進(jìn)行劑量驗(yàn)證。利用EPID進(jìn)行計(jì)劃驗(yàn)證之前，對(duì)EPID進(jìn)行系列校準(zhǔn)，包括本底野的校正（dark field）、泛野校正（flood field），以及在集成模式下采集一幅射野影像，獲得灰度圖像的校正系數(shù)[7]。

1.4 評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

ICRU 83號(hào)報(bào)告[8]建議可將γ通過率標(biāo)準(zhǔn)放寬至5%/5 mm，我們?cè)谌粘ＥR床工作中仍遵循文獻(xiàn)所建議的DQA計(jì)劃接受標(biāo)準(zhǔn)[9-10]：3%/3 mm條件下γ通過率達(dá)90%以上即認(rèn)為患者計(jì)劃是可接受的。本文中比較標(biāo)準(zhǔn)為2%/2 mm和1%/1 mm，因分析中3%/3 mm通過率差異不大，故本文沒有贅述3%/3 mm通過率。

1.5 數(shù)據(jù)處理方法

采用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件SPSS 22.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，運(yùn)用配對(duì)t檢驗(yàn)分析每組γ驗(yàn)證通過率差異是否具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；對(duì)靶區(qū)感興趣點(diǎn)絕對(duì)劑量相對(duì)偏差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，同樣以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

采用1%/1 mm γ通過率標(biāo)準(zhǔn)，放射治療調(diào)強(qiáng)計(jì)劃在劑量歸一后，不計(jì)算的劑量驗(yàn)證通過率與展開計(jì)算葉片運(yùn)動(dòng)后的劑量驗(yàn)證通過率平均值分別為（73.92±3.16）% 和（75.61±3.04）%，P=0.045， 差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；采用2%/2 mmγ通過率標(biāo)準(zhǔn)，兩種不同調(diào)強(qiáng)計(jì)劃劑量驗(yàn)證通過率平均值分別為94.63±4.17和95.40±3.75，P=0.045，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，結(jié)果見表2。采用1%/1 mmγ通過率標(biāo)準(zhǔn)，兩種優(yōu)化方式相對(duì)偏差結(jié)果在-4.7%～6.5%，采用2%/2 mm γ通過率標(biāo)準(zhǔn)，兩種優(yōu)化方式相對(duì)偏差結(jié)果在-2.2%～2.5%，結(jié)果見圖1。

表2 兩種不同放療計(jì)劃驗(yàn)證γ通過率（%）

圖1 兩種不同放療計(jì)劃驗(yàn)證γ通過率相對(duì)偏差示意圖

3 討論

IMRT和VMAT技術(shù)是通過形成復(fù)雜射野形狀實(shí)施非均勻劑量分布，強(qiáng)度調(diào)制通過機(jī)動(dòng)化的MLC實(shí)現(xiàn)[4-5]，劑量實(shí)施非常復(fù)雜，故治療計(jì)劃實(shí)施時(shí)MLC葉片運(yùn)動(dòng)的精準(zhǔn)度和重復(fù)性尤為重要[11-12]，對(duì)于頭頸部位的調(diào)強(qiáng)計(jì)劃，每1 mm的葉片偏差分別會(huì)導(dǎo)致2.7%的劑量變化[12]。本文采用γ通過率標(biāo)準(zhǔn)2%/2 mm和1%/1 mm，由圖1可得兩種優(yōu)化方式驗(yàn)證結(jié)果最大偏差為6.5%，差異較明顯，兩種優(yōu)化方式的差異性說明歸一后展開計(jì)算非常有必要。李長(zhǎng)虎等[13]研究表明調(diào)強(qiáng)計(jì)劃在調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃優(yōu)化時(shí)，選擇MLC運(yùn)行方向垂直于靶區(qū)長(zhǎng)軸方向，可有效減少子野或控制點(diǎn)數(shù)和機(jī)器跳數(shù)，提高治療效率。同時(shí)有研究發(fā)現(xiàn)不同準(zhǔn)直器角度選擇在調(diào)強(qiáng)計(jì)劃優(yōu)化中對(duì)危及器官的受量也有一定的臨床意義[14-16]。

本研究中Test2驗(yàn)證結(jié)果整體優(yōu)于Test1驗(yàn)證結(jié)果（表2）的原因可能為Test1采用提量?jī)?yōu)化方式是在直線加速器執(zhí)行放療計(jì)劃時(shí)，通過MLC放慢運(yùn)動(dòng)速度等間接延長(zhǎng)出束時(shí)間的方法達(dá)到提高劑量的目的。MLC運(yùn)動(dòng)速度變慢，會(huì)降低葉片執(zhí)行效率，還會(huì)導(dǎo)致MLC到位不準(zhǔn)確等后果。Test1采用降量?jī)?yōu)化方式時(shí)，放療計(jì)劃總體跳數(shù)變小，MLC運(yùn)動(dòng)速度提升，可能會(huì)使部分MLC運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到極限，MLC還未到位，就會(huì)出現(xiàn)射束停止或射束結(jié)束警告錯(cuò)誤，導(dǎo)致放療計(jì)劃不能準(zhǔn)確執(zhí)行，與Park等[17]研究表明MLC速度與加速能力的差異會(huì)影響VMAT計(jì)劃執(zhí)行的準(zhǔn)確性一致。但如果進(jìn)行展開計(jì)算MLC運(yùn)動(dòng)，加速器就通過調(diào)整MLC運(yùn)動(dòng)等方式達(dá)到提高劑量或降低劑量的目的，同時(shí)避免了不展開運(yùn)算的弊端。

本文雖然取得初步研究結(jié)果，驗(yàn)證了調(diào)強(qiáng)計(jì)劃歸一后展開計(jì)算葉片運(yùn)動(dòng)優(yōu)化方式優(yōu)于不計(jì)算計(jì)劃優(yōu)化方式，為放療物理師設(shè)計(jì)放療計(jì)劃時(shí)提供一定參考，提高患者放療劑量的準(zhǔn)確性。但本研究仍存有不足之處，在接下來會(huì)增加其他部位患者放療計(jì)劃優(yōu)化的研究，為放療計(jì)劃劑量歸一問題探討一種可行性的解決方法。