宮頸癌VMAT計(jì)劃中不同收斂模式的劑量學(xué)差異

張向?qū)W，張 謙，孫春堂，尹如鐵，李清麗，陳亞正

（四川大學(xué)華西第二醫(yī)院婦產(chǎn)科，成都 610041）

0 引言

全球約80%的宮頸癌患者需要進(jìn)行放療，而照射劑量準(zhǔn)確性是放療質(zhì)量控制的重要組成部分[1-2]。目前宮頸癌放療中使用的容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療（volumetric modulated arc therapy，VMAT）是一種常見的技術(shù)，其劑量均由放療計(jì)劃系統(tǒng)中的優(yōu)化條件及劑量計(jì)算模型計(jì)算所得[3-5]。Eclipse計(jì)劃系統(tǒng)提供了一個(gè)新的計(jì)算選項(xiàng)——收斂模式（convergencemode，CM），允許用戶通過更改優(yōu)化器中的收斂模式設(shè)置來(lái)增強(qiáng)調(diào)制量，還允許用戶請(qǐng)求優(yōu)化器時(shí)對(duì)解決方案執(zhí)行更廣泛的抽樣，并對(duì)空間的收斂設(shè)置了嚴(yán)格的優(yōu)化準(zhǔn)則[6]。這使得用戶能夠定義優(yōu)化參數(shù)的目標(biāo)函數(shù)在最小化程度上持續(xù)優(yōu)化，在更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)目標(biāo)函數(shù)可能會(huì)產(chǎn)生更好的危及器官保護(hù)和更高的靶區(qū)適形性和均勻性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)更加精確的劑量照射。目前國(guó)內(nèi)對(duì)收斂模式的研究報(bào)道相對(duì)較少，在宮頸癌放療計(jì)劃方向使用收斂模式的研究更少。本研究通過使用2種不同的收斂模式，即打開（ON）和關(guān)閉（OFF）進(jìn)行宮頸癌術(shù)后放療計(jì)劃設(shè)計(jì)，比較其劑量學(xué)差異，并做驗(yàn)證計(jì)劃，通過電子射野影像系統(tǒng)（electronic portal imaging device，EPID）驗(yàn)證2種收斂模式所做計(jì)劃的通過率，為臨床應(yīng)用提供參考。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選取四川大學(xué)華西第二醫(yī)院2020年3—11月接受放療的20例宮頸癌術(shù)后患者，年齡33～67歲，中位年齡48歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）經(jīng)活組織病理檢查證實(shí)為宮頸癌；（2）年齡≤75歲；（3）分期為ⅠB～ⅡA期（2018年國(guó)際婦產(chǎn)科聯(lián)盟分期標(biāo)準(zhǔn)）；（4）病理類型均為鱗狀細(xì)胞癌；（5）宮頸癌術(shù)后患者；（6）臨床醫(yī)生確認(rèn)其有中危因素，需要接受術(shù)后盆腔放療；（7）臨床資料完整。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）繼發(fā)性宮頸癌者；（2）妊娠或哺乳期婦女；（3）未按要求完成放療者。

1.2 設(shè)備

使用飛利浦大孔徑CT模擬定位機(jī)獲取患者圖像，采用Eclipse 15.5計(jì)劃系統(tǒng)制訂放療計(jì)劃，加速器選擇Varian Trilogy，60對(duì)多葉光柵，最大開野40 cm×40 cm。

1.3 CT定位

所有患者均采用仰臥位，雙上肢抱頭，在CT模擬定位機(jī)上進(jìn)行平靜狀態(tài)下掃描，掃描層厚3 mm，掃描范圍為上界T10至下界股骨中段。

1.4 靶區(qū)勾畫和處方劑量

由高年資醫(yī)師參考ICRU 50報(bào)告、ICRU 62報(bào)告及其他影像資料（MRI、PET-CT等）勾畫計(jì)劃靶區(qū)（planning target volume，PTV）和危及器官[7]。PTV范圍包括陰道殘端、宮旁組織、淋巴結(jié)引流區(qū)，處方劑量為45 Gy/25次。危及器官包括膀胱、小腸、直腸、左右股骨頭及其他骨組織（髂骨和骶骨）。

1.5 計(jì)劃設(shè)計(jì)

在Eclipse 15.5計(jì)劃系統(tǒng)中進(jìn)行VMAT計(jì)劃設(shè)計(jì)，X射線能量均為6 MV，劑量率600 MU/min，射野設(shè)計(jì)為2個(gè)全弧（逆時(shí)針：179°～181°，準(zhǔn)直器角度357°；順時(shí)針：181°～179°，準(zhǔn)直器角度3°），雙弧均為共面照射，劑量計(jì)算網(wǎng)格為2.5mm×2.5mm×2.5mm。同時(shí)在相同優(yōu)化限制條件下設(shè)置收斂模式，采用ON和OFF 2種模式分別進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，選擇Sliding－Window模式進(jìn)行劑量傳輸，并采用各向異性分析算法（anisotropic analytical algorithm，AAA）進(jìn)行劑量計(jì)算。

1.6 計(jì)劃評(píng)估

PTV劑量學(xué)參數(shù)：將2種收斂模式的PTV劑量歸一至D95%45 Gy。從劑量-體積直方圖（dose-volume histogram，DVH）中提取PTV最大劑量Dmax、最小劑量Dmin、平均劑量Dmean，以及體積劑量參數(shù)：D2%、D5%、D50%、D95%、D98%；計(jì)算PTV劑量均勻性指數(shù)[8-10]（homogeneity index，HI）、適形性指數(shù)[7-9]（conformity index，CI）。比較以上劑量學(xué)參數(shù)在2種計(jì)劃中的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。HI計(jì)算公式為

式中，D2%、D98%、D50%分別為DVH中2%、98%、50%的靶區(qū)體積所對(duì)應(yīng)的劑量。HI越接近于0，說(shuō)明靶區(qū)均勻性越好。CI計(jì)算公式為

式中，VT95為95%處方劑量線所包繞的靶區(qū)體積；VT為靶區(qū)體積；V95為95%處方劑量線所包繞的所有區(qū)域的體積。CI值越大，表示適形性越好。

危及器官劑量學(xué)參數(shù)：收集小腸、直腸、膀胱、骨（髂骨和骶骨）、左股骨頭和右股骨頭的V10、V20、V30、V40、Dmean和Dmax，其中V10、V20、V30、V40分別為照射劑量為10、20、30、40 Gy的體積百分比[11-13]。

比較2種收斂模式下的優(yōu)化時(shí)間和EPID驗(yàn)證計(jì)劃的通過率。

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS24.0統(tǒng)計(jì)軟件，數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示[14-16]。對(duì)以上劑量學(xué)參數(shù)進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)分析，P<0.05表示差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 PTV劑量學(xué)參數(shù)比較

從表1可以看出，宮頸癌術(shù)后VMAT計(jì)劃中收斂模式ON與OFF對(duì)于PTV存在劑量學(xué)差異，其中Dmax有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.05）。對(duì)于Dmin、Dmean、D2%、D5%、D50%、D95%、D98%而言，無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P>0.05）。對(duì)于HI和CI而言，ON和OFF模式HI分別為0.055±0.005和0.059±0.006，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），ON和OFF模式CI分別為0.778±0.024和0.771±0.022，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。

表1 2種不同收斂模式PTV劑量學(xué)參數(shù)比較（n=20）

2.2 危及器官劑量學(xué)參數(shù)比較

收斂模式ON和OFF的小腸、膀胱、直腸、骨（髂骨和骶骨）、左股骨頭和右股骨頭的V10、V20、V30、V40、Dmean和Dmax差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），詳見表2。

表2 2種不同收斂模式危及器官劑量學(xué)參數(shù)比較（n=20）

2.3 優(yōu)化時(shí)間比較

OFF模式平均優(yōu)化時(shí)間為（1 127±107）s，而ON模式則為（3 782±200）s，2種模式的優(yōu)化時(shí)間比較具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.05）。

2.4 驗(yàn)證計(jì)劃的γ通過率比較

由表3可知，2種收斂模式在進(jìn)行EPID計(jì)劃驗(yàn)證時(shí)，γ通過率均高于95%，滿足臨床治療要求。就單個(gè)全弧來(lái)看，逆時(shí)針（179°～181°）和順時(shí)針（181°～179°）方向全弧的γ通過率比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。而對(duì)整個(gè)計(jì)劃而言，2種收斂模式的γ通過率比較差異也無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。

表3 2種不同收斂模式EPID驗(yàn)證計(jì)劃γ通過率比較（n=20）單位：%

3 討論

治療計(jì)劃設(shè)計(jì)是放療的核心部分，計(jì)劃質(zhì)量直接影響放療的療效，因此研究如何進(jìn)一步提高計(jì)劃質(zhì)量對(duì)于放療技術(shù)的臨床應(yīng)用有著重要的意義[17-18]。收斂模式是Eclipse計(jì)劃系統(tǒng)中的一個(gè)新計(jì)算選項(xiàng)，對(duì)優(yōu)化的收斂性設(shè)置了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)允許優(yōu)化器對(duì)解空間進(jìn)行廣泛的采樣，找到更優(yōu)解，從而改善優(yōu)化結(jié)果，改善計(jì)劃的劑量質(zhì)量分布，實(shí)現(xiàn)更精確的放療。國(guó)內(nèi)暫時(shí)沒有對(duì)于Eclipse計(jì)劃系統(tǒng)中收斂模式的相關(guān)研究，但各醫(yī)院在收斂模式使用上有所不同。國(guó)外Rossi等[19]比較了前列腺、胸部和頭頸部使用不同收斂模式放療計(jì)劃的劑量學(xué)差異，結(jié)果顯示ON模式可以提高計(jì)劃質(zhì)量和靶區(qū)的均勻性，但優(yōu)化時(shí)間增加2～3倍，與本研究結(jié)果具有良好的一致性。

本研究結(jié)果顯示，2種收斂模式下PTV和危及器官劑量學(xué)參數(shù)是有差異的，靶區(qū)的Dmax有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.05），由于收斂模式ON允許優(yōu)化器最小程度使優(yōu)化運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，對(duì)于靶區(qū)熱點(diǎn)控制得會(huì)更好，從而導(dǎo)致靶區(qū)上劑量最大值更低，靶區(qū)受照劑量更均勻。收斂模式ON和OFF的HI有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.05），ON模式的HI優(yōu)于OFF模式，同時(shí)ON模式的CI平均值也比OFF模式的更大，說(shuō)明其適形性相對(duì)更好。2種收斂模式下危及器官小腸、直腸、膀胱、骨（髂骨和骶骨）、左右股骨頭的劑量學(xué)參數(shù)沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，然而收斂模式ON的大部分危及器官的Dmax和V40平均值都比收斂模式OFF低，但相差不大，均滿足臨床治療需求。由優(yōu)化時(shí)間可知，收斂模式OFF更優(yōu)，大大地提高了工作效率。由EPID驗(yàn)證結(jié)果可知，收斂模式ON和OFF的γ通過率無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P>0.05），且均達(dá)到臨床質(zhì)量控制要求。

綜上所述，收斂模式ON靶區(qū)適形性、均勻性及危及器官的保護(hù)相對(duì)更好一些，但優(yōu)化時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，影響工作效率。雖然2種收斂模式的宮頸癌VMAT計(jì)劃存在一定的劑量學(xué)差異，但均符合劑量學(xué)和臨床要求，對(duì)使用Eclipse計(jì)劃系統(tǒng)做宮頸癌等胸腹部腫瘤放療計(jì)劃設(shè)計(jì)提供了有效的技術(shù)參考。由于所選用對(duì)比計(jì)劃均只是達(dá)到臨床要求時(shí)便不再繼續(xù)優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果并不都是最優(yōu)，存在一定的差別，同時(shí)，所選用靶區(qū)大小各異，對(duì)研究結(jié)果會(huì)有一定影響，后續(xù)還需進(jìn)一步探討。