基于RTOG 0813劑量學(xué)標(biāo)準(zhǔn)比較網(wǎng)格設(shè)定大小對(duì)NSCLC立體定向放射治療計(jì)劃的影響

徐玥靚，涂 彧

(1.蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215123；2.蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院，江蘇 蘇州 215006)

肺癌中80%為非小細(xì)胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)[1]，立體定向放療(SBRT)已成為早期NSCLC手術(shù)的可替代治療.SBRT是具有靶區(qū)高適形度的技術(shù)，其能提供靶區(qū)內(nèi)高劑量，在靶區(qū)外形成陡峭的劑量梯度，以更好地保護(hù)正常組織[2].肺癌的SBRT治療要求精確的劑量計(jì)算[3]，不同的劑量網(wǎng)格設(shè)定會(huì)直接影響劑量計(jì)算的精度[4]，且高劑量梯度區(qū)域計(jì)算誤差受網(wǎng)格大小影響會(huì)更明顯[5].腫瘤放射治療組織(RTOG)0813報(bào)告[6]要求使用具有組織密度異質(zhì)性校正的劑量算法來(lái)計(jì)算SBRT-NSCLC計(jì)劃的劑量，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)有關(guān)評(píng)估網(wǎng)格大小對(duì)SBRT-NSCLC計(jì)劃所產(chǎn)生影響方面的研究.因此，本研究旨在基于RTOG 0813協(xié)議規(guī)定的劑量學(xué)評(píng)估參數(shù)，定量分析在使用AAA算法時(shí)不同網(wǎng)格大小設(shè)定對(duì)SBRT-NSCLC計(jì)劃產(chǎn)生的影響，以指導(dǎo)臨床使用合適的網(wǎng)格大小用于劑量計(jì)算，為臨床NSCLC患者SBRT計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)網(wǎng)格參數(shù)的選擇提供參考.

1 資料與方法

1.1 病例選擇

隨機(jī)選取2018年1月—2019年12月在蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院接受放療的13例早期非小細(xì)胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)患者，均經(jīng)病理證實(shí)，無(wú)縱隔淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移.其中，男8例，女5例；左肺癌7例，右肺癌6例；患者年齡49～74歲，此前均未接受過(guò)放療.腫瘤體積范圍5.2～47.2 cm3，平均(23.72±11.64)cm3.

1.2 CT模擬定位

采用頭頸肩熱塑膜(8例)或真空墊(5例)進(jìn)行體位固定，囑患者仰臥位平靜規(guī)律呼吸，使用飛利浦16排大孔徑CT模擬定位機(jī)進(jìn)行全時(shí)相(10個(gè)呼吸時(shí)相)4D CT掃描，掃描范圍從環(huán)甲膜至肝臟下緣，掃描層厚3 mm.將10個(gè)時(shí)相的圖像及生成的平均密度投影CTavg圖像傳輸至Eclipse醫(yī)生工作站.

1.3 靶區(qū)勾畫(huà)與處方設(shè)定

由同一名醫(yī)生在10個(gè)呼吸時(shí)相上進(jìn)行實(shí)體腫瘤(GTV)的勾畫(huà)，再將10個(gè)時(shí)相的GTV通過(guò)布爾運(yùn)算得到的ITV復(fù)制到CTavg圖像上，各方向均勻外放0.5 cm，生成計(jì)劃靶區(qū)(PTV).按照RTOG 0813報(bào)告進(jìn)行危及器官(主動(dòng)脈、氣管樹(shù)、脊髓、食管、心臟、肺等)的勾畫(huà)，劑量分割按照?qǐng)?bào)告設(shè)置處方劑量為50 Gy，分割次數(shù)為5次.

1.4 計(jì)劃設(shè)計(jì)

計(jì)劃系統(tǒng)為Eclipse 13.6版本(瓦里安公司，美國(guó))，采用容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)(VMAT)技術(shù)，能量選擇6 MV的X線無(wú)均整器模式(Flatten Filter Free，F(xiàn)FF)，劑量率1 400 Mu/min.采用1～2個(gè)共面弧，先用1.25 mm(Fine)網(wǎng)格按目標(biāo)函數(shù)逆向優(yōu)化計(jì)算得出治療計(jì)劃及三維劑量分布，優(yōu)化算法為PRO，按照RTOG 0813劑量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)估，直到獲得沒(méi)有偏差或者只有小偏差的滿意計(jì)劃，再分別用1、2、3、4 mm計(jì)算網(wǎng)格計(jì)算最終劑量.算法采用組織密度異質(zhì)性校正的AAA (anisotropic analytic algorithm)算法，并同時(shí)記錄計(jì)算時(shí)間，然后按100%的處方劑量覆蓋95%PTV體積進(jìn)行劑量歸一.最終以1 mm計(jì)算網(wǎng)格計(jì)劃為參考，將另外3種網(wǎng)格計(jì)劃分別與它進(jìn)行劑量計(jì)算結(jié)果的比較.

1.5 計(jì)劃評(píng)價(jià)參數(shù)

1.5.1 RTOG 0813報(bào)告參數(shù)

根據(jù)RTOG 0813報(bào)告比較以下4個(gè)參數(shù)：R100%(處方劑量等劑量曲線包繞體積與PTV體積的比值)；R50%(50%處方劑量等劑量曲線包繞體積與PTV體積的比值)；D2 cm(距離PTV外2 cm區(qū)域的最大點(diǎn)劑量與處方劑量的比值)；V20(總肺接受20 Gy以上劑量的肺體積百分比).

1.5.2 其他計(jì)劃參數(shù)指標(biāo)

其他計(jì)劃參數(shù)有計(jì)劃的機(jī)器總跳數(shù)、計(jì)算時(shí)間、γ通過(guò)率.其中γ通過(guò)率是在瓦里安Edge直線加速器上執(zhí)行所有計(jì)劃，用Portal Dosimetry (PD)進(jìn)行劑量驗(yàn)證，采用3%/1 mm標(biāo)準(zhǔn)對(duì)每個(gè)計(jì)劃進(jìn)行γ通過(guò)率分析，通過(guò)率在90%以上視為計(jì)劃通過(guò).

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié) 果

2.1 RTOG 0813報(bào)告參數(shù)

13例患者RTOG 0813劑量學(xué)參數(shù)結(jié)果具體見(jiàn)表1～4.

表1 4種網(wǎng)格精度大小計(jì)劃R100%的比較Tab.1 Comparison of R100% in the four grid size plans

表2 4種網(wǎng)格精度大小計(jì)劃R50%的比較 Tab.2 Comparison of R50% in the four grid size plans

表3 4種網(wǎng)格精度大小計(jì)劃D2 cm的比較Tab.3 Comparison of D2 cm in the four grid size plans

表4 4種網(wǎng)格精度大小計(jì)劃V20的比較Tab.4 Comparison of V20 in the four grid size plans

2.1.1R100%的比較

所有患者R100%均小于RTOG 0813規(guī)定的范圍(<1.2)，沒(méi)有偏差，與1 mm網(wǎng)格計(jì)劃相比，除2 mm網(wǎng)格計(jì)劃外，3 mm網(wǎng)格計(jì)劃與4 mm網(wǎng)格計(jì)劃R100%分別高出了1%和2%，且差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05).在100%的處方劑量覆蓋95%PTV體積進(jìn)行劑量歸一的情況下，認(rèn)為1 mm和2 mm網(wǎng)格計(jì)劃R100%最低，適形度最好.

2.1.2R50%的比較

13例患者中，R50%有3例出現(xiàn)了小偏差，其中1例1 mm網(wǎng)格計(jì)劃未出現(xiàn)小偏差，而2 mm以上網(wǎng)格計(jì)劃均出現(xiàn)了小偏差.統(tǒng)計(jì)后結(jié)果顯示：1 mm網(wǎng)格計(jì)劃的R50%最低，2～4 mm網(wǎng)格計(jì)劃與之相比分別高出了2.5%、5.1%、9.1%，差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05).表明1 mm網(wǎng)格計(jì)劃靶區(qū)外劑量跌落更快.

2.1.3D2 cm的比較

4例患者D2 cm出現(xiàn)了小偏差，并且沒(méi)有因?yàn)榫W(wǎng)格大小而有所改變.根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，與1 mm網(wǎng)格計(jì)劃相比，其余計(jì)劃的D2 cm差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，數(shù)值由高到低分別是4、1、3、2 mm網(wǎng)格計(jì)劃.

2.1.4V20的比較

所有患者的V20均未發(fā)生偏差，隨著網(wǎng)格大小增加，肺V20受量分別增加1.3%、2.6%、5%，差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05).結(jié)果顯示：1 mm網(wǎng)格計(jì)劃肺受量最低.

2.2 其他計(jì)劃參數(shù)

以1 mm網(wǎng)格計(jì)劃為參考，將2、3、4 mm網(wǎng)格計(jì)劃的計(jì)算時(shí)間、機(jī)器跳數(shù)(MU)和γ通過(guò)率進(jìn)行比較.

當(dāng)使用1 mm網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算時(shí)，時(shí)間明顯增加，當(dāng)使用2 mm以上網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可以大幅減少時(shí)間成本.隨著網(wǎng)格大小的增加，采用3%/1 mm標(biāo)準(zhǔn)對(duì)驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行分析，網(wǎng)格越大，γ通過(guò)率就越低.3 mm與4 mm網(wǎng)格計(jì)劃γ通過(guò)率低于90%，視為不通過(guò).見(jiàn)表5.

表5 4種網(wǎng)格精度大小計(jì)劃計(jì)算時(shí)間、MU和γ通過(guò)率Tab.5 Calculating time，MU and gamma pass rate in the four grid size plans

3 討 論

國(guó)內(nèi)外學(xué)者[7-8]研究網(wǎng)格大小設(shè)定對(duì)劑量影響的結(jié)果表明：網(wǎng)格大小影響著劑量的最終分布和精度.目前，很多治療計(jì)劃系統(tǒng)對(duì)劑量的算法是通過(guò)網(wǎng)格間插值得到結(jié)果，而插值計(jì)算會(huì)產(chǎn)生劑量和位置上的誤差[9].對(duì)于密度較均勻且體積較大的腫瘤計(jì)算精度不會(huì)因網(wǎng)格較大而產(chǎn)生太大影響，但是對(duì)于小體積腫瘤，網(wǎng)格大小對(duì)其計(jì)算精度的影響比較大[10].因此，對(duì)于小的腫瘤，計(jì)算網(wǎng)格大小也應(yīng)相應(yīng)減小，避免由于在一個(gè)網(wǎng)格中劑量差異較大而產(chǎn)生的誤差和不確定性.對(duì)于肺部腫瘤，其本身存在組織密度不均勻，且SBRT腫瘤體積一般比較小，同時(shí)SBRT技術(shù)又具有高劑量梯度的特點(diǎn)，因此對(duì)劑量的精確性要求更高.

目前，對(duì)于靶區(qū)劑量的評(píng)估一般采用ICRU83號(hào)報(bào)告[11]的均勻性指數(shù)(HI)、適形度指數(shù)(CI)等指標(biāo)，但SBRT技術(shù)是可以接受靶區(qū)不均勻性的，它在一定程度上以犧牲靶區(qū)均勻性來(lái)達(dá)到靶區(qū)外劑量迅速跌落的目的，這也正是其優(yōu)勢(shì)所在.而且劑量的跌落與腫瘤體積大小有關(guān)，應(yīng)根據(jù)PTV體積大小的不同來(lái)衡量跌落.

本研究基于RTOG 0813的劑量學(xué)參數(shù)來(lái)評(píng)估不同網(wǎng)格對(duì)NSCLC患者SBRT計(jì)劃產(chǎn)生的影響，結(jié)果顯示：4種網(wǎng)格計(jì)劃都沒(méi)有出現(xiàn)報(bào)告規(guī)定中的大偏差，都符合RTOG 0813的劑量學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，這可能是因?yàn)楸狙芯恐胁捎玫氖荲MAT技術(shù)，與報(bào)告中所用的3D CRT技術(shù)相比靶區(qū)適形度更高，對(duì)靶外正常組織保護(hù)更好[12]，比較容易滿足報(bào)告中的要求.具體來(lái)看，1 mm網(wǎng)格計(jì)劃和2 mm網(wǎng)格計(jì)劃R100%最低，靶區(qū)適形度最好，1 mm網(wǎng)格計(jì)劃R50%最低，靶區(qū)外劑量跌落更明顯，但同樣可以代表靶區(qū)外跌落的D2 cm參數(shù)1 mm網(wǎng)格計(jì)劃卻較高，可能是由于此參數(shù)記錄的是最大點(diǎn)劑量，而網(wǎng)格較小時(shí)，原本在較大網(wǎng)格時(shí)被抹掉的極小熱點(diǎn)被體現(xiàn)出來(lái).此外，1 mm網(wǎng)格計(jì)劃對(duì)肺受量也是最少的.因此，根據(jù)RTOG 0813劑量學(xué)參數(shù)，1 mm網(wǎng)格計(jì)劃是最推薦的.

在機(jī)器跳數(shù)方面，1 mm網(wǎng)格計(jì)劃跳數(shù)最少，機(jī)器跳數(shù)的減少意味著加速器硬件損耗的減少，并能降低散射線和漏射線，這可以減少患者因散射帶來(lái)的放射誘發(fā)腫瘤的概率[13].本研究還用PD進(jìn)行了γ通過(guò)率的分析，結(jié)果表明：1 mm網(wǎng)格計(jì)劃γ通過(guò)率最高，2 mm網(wǎng)格也通過(guò)了規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn).由此可見(jiàn)，1 mm網(wǎng)格計(jì)劃計(jì)算更精確，得到的劑量結(jié)果更接近真實(shí)值.但與此同時(shí)計(jì)算時(shí)間會(huì)增加，效率較低.雖然部分劑量學(xué)指標(biāo)的最大百分比差異較大，但絕對(duì)劑量值在臨床上并不顯著，如果要兼顧臨床效率，也可以選擇2 mm網(wǎng)格.

綜上，在設(shè)計(jì)非小細(xì)胞肺癌SBRT計(jì)劃時(shí)，推薦用1 mm網(wǎng)格進(jìn)行劑量計(jì)算.