Monaco計劃系統(tǒng)Inc參數(shù)對左側(cè)乳腺癌容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強計劃的影響

袁 維 ,何瑞欣 ,張月美 ,李政歡 ,李 毅 ,路詠凱 ,張曉智

(1.西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院放療科,陜西西安 710061;2.中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院放射治療科,廣東廣州 510630)

乳腺癌是常見的女性惡性腫瘤之一,近年來發(fā)病率呈逐漸上升趨勢。其治療常以手術(shù)、放化療及內(nèi)分泌等綜合治療為主。放療是乳腺癌術(shù)后輔助治療重要組成部分,對疾病的局部控制和預(yù)防復(fù)發(fā)至關(guān)重要。術(shù)后患者照射區(qū)域通常包括鎖骨上淋巴引流區(qū)、患側(cè)胸壁、患側(cè)腋窩及內(nèi)乳淋巴結(jié)區(qū),靶區(qū)體積大且不規(guī)則[1-2],照射靶區(qū)和危及器官的復(fù)雜幾何形狀使得容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強放療(volumetric modulated arc therapy,VMAT)相較于其他照射方式在靶區(qū)適形性和均一性方面具有潛在的劑量學(xué)優(yōu)勢[3-9]。

VMAT 動態(tài)弧形調(diào)強放療技術(shù)可在較短時間內(nèi)進(jìn)行單弧或多弧旋轉(zhuǎn)照射,治療同時根據(jù)計劃動態(tài)調(diào)整多個機器參數(shù),以產(chǎn)生高度適形的靶區(qū)劑量[10]。研究表明,對于左側(cè)乳腺癌全乳加鎖骨上和內(nèi)乳淋巴結(jié)放療患者,VMAT 技術(shù)在劑量分布和計劃傳輸方面具有顯著優(yōu)勢[1]。VMAT 計劃優(yōu)化通常分為兩步:生成劑量通量、根據(jù)優(yōu)化參數(shù)生成子野。隨著研究進(jìn)行,學(xué)者發(fā)現(xiàn),計劃質(zhì)量與劑量計算優(yōu)化算法及計劃系統(tǒng)所使用的物理和生物優(yōu)化參數(shù)有關(guān)[11]。Monaco計劃系統(tǒng)通過對機器參數(shù)如機架角度、速度、劑量率、多葉準(zhǔn)直器(multi leaf collimator,MLC)形狀、MLC速度等調(diào)整以進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。機架角增量(increment of gantry angle,Inc)參數(shù)是其中一個。Inc控制計劃中產(chǎn)生靜態(tài)機架位置或扇區(qū)的數(shù)目,通常由機架旋轉(zhuǎn)過的角度和Inc參數(shù)值比值決定。MLC在同一扇區(qū)內(nèi)單方向運動并根據(jù)計劃設(shè)置優(yōu)化函數(shù)產(chǎn)生控制點,相鄰扇區(qū)間MLC掃描方向交替進(jìn)行[11]。對于不同物理參數(shù)對腫瘤患者VMAT 技術(shù)計劃影響,一些學(xué)者進(jìn)行了研究:CHEN、NITHYA 等[11-12]認(rèn)為,30°Inc值在宮頸癌、食管癌VMAT 治療計劃中有優(yōu)勢;吳曉輝等[13]發(fā)現(xiàn)Oncentra計劃系統(tǒng)中小角度角間距在淺部靶區(qū)可以獲得更好的劑量分布。目前Monaco計劃系統(tǒng)Inc值對計劃影響研究主要集中在深部靶區(qū),對于乳腺等淺部靶區(qū)研究較少。本研究將通過分析Monaco計劃系統(tǒng)中Inc參數(shù)對左側(cè)乳腺癌根治術(shù)后VMAT 計劃影響研究,探尋這一病種VMAT 計劃Inc參數(shù)的最優(yōu)值,為個體化精準(zhǔn)計劃設(shè)計提供參考。

1 材料與方法

1.1 一般資料

選取2020年10至2021年3月西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院收治的17例臨床確診需進(jìn)行放療的左側(cè)乳腺癌根治術(shù)后患者,女性,中位年齡53歲(41～72歲),放療靶區(qū)體積(725.40±162.69)cc,長度(24.58±1.69)cm,患者一般狀況良好。定位時所有患者采取仰臥位,使用傾斜15°的乳腺專用托架(CIVIO),雙手臂舉過頭頂,身體保持中立頭偏向健側(cè)充分暴露腋窩和鎖骨上淋巴結(jié)區(qū)域,沿著胸壁參考對側(cè)乳腺的位置,放置標(biāo)記物以確定放療邊界,掃描范圍從顳下頜關(guān)節(jié)到肺底部,包括整個胸部,以5 mm 層厚行CT掃描,所獲圖像傳輸至Monaco計劃系統(tǒng)。

1.2 方法

1.2.1 靶區(qū)及危及器官勾畫

入組病例患者所有靶區(qū)及危及器官均由同一放療醫(yī)師在Monaco醫(yī)生工作站上勾畫,且經(jīng)過高年資主任醫(yī)師審核確認(rèn),以保證勾畫的準(zhǔn)確性。依據(jù)RTOG 標(biāo)準(zhǔn),本研究對象臨床靶區(qū)(clinical target volume,CTV)范圍主要包括患側(cè)胸壁、患側(cè)鎖骨上淋巴結(jié)區(qū)、腋窩淋巴結(jié)區(qū)及內(nèi)乳淋巴結(jié)區(qū),將CTV外放5 mm,遇皮膚內(nèi)收3 mm,得到計劃靶區(qū)(planning target volume,PTV)用于計劃設(shè)計。危及器官包括患側(cè)肺、對側(cè)肺、全肺、心臟、對側(cè)乳腺、脊髓。

1.2.2 放療計劃設(shè)計

所有計劃均在Monaco5.11.03計劃系統(tǒng)上采用Versa HD加速器6 MV 光子線模型設(shè)計完成,劑量率600 MU/min,處方劑量為50 Gy/25 F。對每個病例設(shè)計4組VMAT 計劃,即P1、P2、P3、P4,對應(yīng)Inc參數(shù)值分別為10°、20°、30°、40°,除此之外,其他優(yōu)化參數(shù)均保持不變。本研究乳腺癌VMAT 計劃設(shè)計以切線為主,采用一野兩弧(正、逆向)方式,在靶區(qū)基礎(chǔ)上稍作調(diào)整,機架旋轉(zhuǎn)角度范圍為300°-0°-150°。所有計劃劑量計算采用蒙卡算法,計算網(wǎng)格為0.3 cm×0.3 cm×0.3 cm,最大控制點為150,最小子野寬度7 mm。

1.2.3 計劃評估

對四組不同Inc值VMAT 計劃進(jìn)行歸一處理,即處方劑量線包繞95%的PTV 體積,使用同一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劑量學(xué)評估,觀察其橫斷面、矢狀面、冠狀面的劑量學(xué)分布,利用劑量體積直方圖(dose volume histogram,DVH)審核各項數(shù)據(jù)入組進(jìn)行比較。

靶區(qū)劑量學(xué):評估靶區(qū)最大劑量D2%(包繞2%靶區(qū)體積的劑量)、最小劑量D98%(包繞98%靶區(qū)體積的劑量)、D50%(包繞50%靶區(qū)體積的劑量)、55 Gy劑量包繞的體積百分比V55Gy,以及靶區(qū)適形度指數(shù)(conformity index,CI)、靶區(qū)均一性指數(shù)(homogeneity index,HI)、機器輸出跳數(shù)(monitor unit,MU)、子野數(shù)目。根據(jù)ICRU 83 報告,HI=(D2%-D98%)/D50%;CI=(TVp)2/(TV×TVp),TV 為靶區(qū)體積,TVp為處方劑量線所包繞的體積。HI越小,靶區(qū)均勻性越好,CI越接近于1,靶區(qū)適形性越好。

危及器官劑量學(xué):脊髓PRV 評估使用最大點劑量Dmax和平均劑量Dmean,患側(cè)肺V20、V10、V5、Dmean,對側(cè)肺Dmean,心臟V30、V10、V5、Dmean,健側(cè)乳腺V10、V5、Dmean。其中V5、V10、V20、V30分別代表5、10、20、30 Gy劑量線所包繞的器官體積,Dmean為該器官或組織的平均劑量。

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 22.0軟件對不同計劃組間數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。所有數(shù)據(jù)均以均值±標(biāo)準(zhǔn)差(xˉ±s)形式表示,對四組不同Inc值VMAT 計劃進(jìn)行單因素ANOVA 檢驗,并進(jìn)行事后多重比較。依據(jù)P值判斷Monaco系統(tǒng)中Inc參數(shù)值不同對左側(cè)根治性乳腺癌患者術(shù)后VMAT 計劃劑量學(xué)的影響。P<0.05為組間數(shù)據(jù)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)

利用單因素ANOVA 檢驗方法對比統(tǒng)計四組VMAT 計劃靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)結(jié)果如表1所示。隨著Inc參數(shù)值增大,四組計劃D98%降低;D2%、D50%、V55Gy增大;靶區(qū)適形指數(shù)CI與機器輸出跳數(shù)MU數(shù)降低;計劃高量范圍增加,P4組高量更高,范圍更大,其余三組無統(tǒng)計學(xué)差異。四組計劃D98%、D2%、D50%、V55Gy、CI、HI、MU具有統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.05)。

表1 不同Inc值計劃靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)ANOVA分析Tab.1 ANOVA analysis of dosimetric parameters for PTV in plans with different Inc parameters (n=17,)

表1 不同Inc值計劃靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)ANOVA分析Tab.1 ANOVA analysis of dosimetric parameters for PTV in plans with different Inc parameters (n=17,)

2.2 危及器官劑量學(xué)參數(shù)

分析不同Inc參數(shù)下左側(cè)乳腺癌術(shù)后VMAT 計劃各危及器官受量,結(jié)果顯示,隨著計劃Inc參數(shù)數(shù)值增加,患側(cè)肺V20、V10、V5,對側(cè)肺Dmean,心臟V10、V5、Dmean 增加;對于健側(cè)乳腺V10、V5、Dmean,P4計劃最小;四組計劃除患側(cè)肺V10 具有統(tǒng)計學(xué)差異(P=0.025)外,其余均無統(tǒng)計學(xué)差異(表2)。

表2 不同Inc值計劃危及器官劑量學(xué)參數(shù)統(tǒng)計分析Tab.2 Statistical analysis of dosimetric parameters for OARs in plans with different Inc parameters (n=17,)

表2 不同Inc值計劃危及器官劑量學(xué)參數(shù)統(tǒng)計分析Tab.2 Statistical analysis of dosimetric parameters for OARs in plans with different Inc parameters (n=17,)

2.3 單因素ANOVA檢驗事后LSD分析

對表1、表2單因素ANOVA 檢驗后具有統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.05)的劑量學(xué)參數(shù)采用LSD法進(jìn)行事后多重分析,結(jié)果見表3。P4組分別與其他三組在D98%、D2%、D50%、V55Gy、CI、HI以及患側(cè)肺V10參數(shù)上有統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.05);P3組與P1組在D98%、D50%、MU 參數(shù)上有統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.05),與P2組僅在D50%參數(shù)上有統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.05),其余組無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05),結(jié)果與不同Inc參數(shù)計劃組患者劑量分布圖(圖1)、DVH 圖(圖2)具有一致性。

表3 不同Inc參數(shù)計劃組間事后多重分析LSD比較Tab.3 Comparison of LSD for plans with different Inc parameters

圖1 患者不同Inc參數(shù)值VMAT計劃的劑量分布圖Fig.1 Dose distribution of VMAT plans with different Inc parameters

圖2 不同Inc參數(shù)計劃DVH 劑量學(xué)比較Fig.2 DVH comparison of VMAT plans with different Inc parameters

3 討 論

術(shù)后根治性乳腺癌患者放療靶區(qū)包括鎖骨上淋巴引流區(qū)、患側(cè)胸壁、患側(cè)腋窩及內(nèi)乳淋巴結(jié)區(qū)域,靶區(qū)形狀復(fù)雜且體積大,VMAT 技術(shù)相較于普通切線野照射、切線野+固定野靜態(tài)調(diào)強等方式,靶區(qū)適形度和均一性更好,危及器官高劑量受照區(qū)域減少,放射不良反應(yīng)降低。VMAT 計劃設(shè)計涉及的優(yōu)化參數(shù)眾多,優(yōu)化時間也較前兩者增加,研究不同優(yōu)化參數(shù)對計劃質(zhì)量的影響不僅可以減少計劃設(shè)計時間,還可以提高獲得可適用于臨床滿意計劃的效率。Monaco計劃系統(tǒng)是醫(yī)科達(dá)公司研發(fā)的基于蒙特卡羅算法的計劃系統(tǒng),通過對機器模型參數(shù)優(yōu)化調(diào)整來完成計劃設(shè)計。Inc參數(shù)控制著VMAT 計劃優(yōu)化中產(chǎn)生靜態(tài)機架位置或扇區(qū)的數(shù)目,計劃執(zhí)行中,MLC在某一扇區(qū)內(nèi)從X1方向運動到X2方向,接下來相鄰扇區(qū),其則從X2運動到X1,降低了MLC運動的復(fù)雜性。通過對四組不同Inc參數(shù)值乳腺癌VMAT 計劃劑量學(xué)參數(shù)對比發(fā)現(xiàn),在優(yōu)化參數(shù)不變情況下,單一的改變Monaco計劃系統(tǒng)中機架角度增量Inc參數(shù)值將會影響計劃質(zhì)量。

本研究對17例左側(cè)根治性乳腺癌患者不同Inc參數(shù)值VMAT 計劃對比發(fā)現(xiàn),Inc參數(shù)值越小,靶區(qū)的覆蓋度、適形性、均一性分布均更好,對應(yīng)機器輸出跳數(shù)MU 數(shù)增加,出束時間增加。這與CHEN、NITHYA 等[11-12]在研究機架角增量在宮頸癌和食管癌等深部腫瘤VMAT 計劃影響性結(jié)果有差異,與吳曉輝等[13]在研究Oncentra系統(tǒng)角間距對淺部靶區(qū)VMAT 劑量優(yōu)化影響結(jié)果相似。與宮頸癌、食管癌相比,乳腺癌放療患者照射部位表淺,單側(cè)乳腺癌患者計劃設(shè)計時射野弧度多集中在患側(cè),射線經(jīng)過建成后直接作用于靶區(qū),極少穿過正常的組織、器官到達(dá)靶區(qū),因此,小數(shù)值Inc參數(shù)使得計劃優(yōu)化更加精細(xì),靶區(qū)劑量分布更加均勻,靶區(qū)優(yōu)化效果更好。研究Monaco系統(tǒng)中Inc參數(shù)對左側(cè)乳腺癌VMAT 計劃設(shè)計的影響,可為乳腺癌精準(zhǔn)計劃設(shè)計提供參考,同時也可為其他淺部腫瘤VMAT 計劃設(shè)計提供參考。為近一步提高計劃優(yōu)化效率,未來還需要納入更多的影響因素研究。