固定鉛門尺寸技術(shù)在宮頸癌容積調(diào)強計劃設(shè)計中的應(yīng)用

龐廷田，楊 波，劉 楠，劉 峽，邱 杰，張福泉

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院放射治療科， 北京 100730

·論 著·

固定鉛門尺寸技術(shù)在宮頸癌容積調(diào)強計劃設(shè)計中的應(yīng)用

龐廷田，楊 波，劉 楠，劉 峽，邱 杰，張福泉

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院放射治療科， 北京 100730

目的 探討宮頸癌術(shù)后患者容積調(diào)強計劃設(shè)計中靶區(qū)橫向?qū)挾扰c最優(yōu)X方向鉛門大小之間的關(guān)系。方法 分別對12例宮頸癌術(shù)后患者CT圖像制作不同X方向鉛門大小的容積調(diào)強計劃，通過對同一患者的不同計劃進行劑量學(xué)比較，找到其最優(yōu)X方向鉛門大小。最后通過不同患者靶區(qū)體積與最優(yōu)鉛門大小的關(guān)系，擬合關(guān)于靶區(qū)橫向?qū)挾扰c最優(yōu)鉛門大小的函數(shù)方程。結(jié)果 在宮頸癌容積調(diào)強計劃設(shè)計時，隨著靶區(qū)橫向?qū)挾鹊淖兓玫降淖顑?yōu)鉛門大小也隨之改變。通過對不同靶區(qū)體積進行變化鉛門的容積調(diào)強計劃設(shè)計并比較分析，得到靶區(qū)橫向?qū)挾?x)與最優(yōu)鉛門大小(y)存在一定的關(guān)系，最終擬合得到函數(shù)方程：y=-0.0033x2+0.7132x+3.6322。結(jié)論 宮頸癌術(shù)后患者靶區(qū)橫向?qū)挾群妥顑?yōu)鉛門大小之間存在定量函數(shù)變化關(guān)系，可將其應(yīng)用于臨床，以指導(dǎo)宮頸癌術(shù)后患者容積調(diào)強計劃設(shè)計。

宮頸癌；容積調(diào)強；固定鉛門；劑量學(xué)

MedJPUMCH,2014,5(2):184-188

容積調(diào)強技術(shù)的出現(xiàn)使放療的治療效率發(fā)生了革命性的變化，與常規(guī)固定野調(diào)強計劃相比，該技術(shù)在靶區(qū)和危及器官劑量分布方面并無明顯差別，同時大大縮短了治療時間，提高了治療效率[1- 5]。利用Varian Eclipse計劃系統(tǒng)制作容積調(diào)強治療計劃時，生成的容積調(diào)強計劃都是X方向鉛門固定且鉛門大小為360°旋轉(zhuǎn)一周各方向上均能包全靶區(qū)的最大射野，由于Varian加速器多葉準(zhǔn)直器(multileaf collimator，MLC)運動范圍的限制(同側(cè)葉片最大相對運動范圍小于15 cm)[6- 8]，如果X方向鉛門設(shè)置過大，就會降低MLC對靶區(qū)和危及器官的通量調(diào)制能力，使靶區(qū)劑量分布變差的同時，對危及器官也不能進行最佳保護。由于X方向鉛門大小主要由靶區(qū)橫軸寬度決定，所以本研究希望通過對不同靶區(qū)的宮頸癌術(shù)后患者進行不同鉛門大小設(shè)置的容積調(diào)強計劃設(shè)計，比較不同計劃的靶區(qū)和危及器官的劑量分布，探討靶區(qū)大小和最優(yōu)鉛門大小之間的關(guān)系，從而用于指導(dǎo)宮頸癌術(shù)后患者容積調(diào)強計劃設(shè)計。

對象和方法

病例選擇

隨機選擇2011年6月至2012年12月在本科接受放射治療的12例宮頸癌術(shù)后患者。所有患者的國際婦產(chǎn)科聯(lián)盟(International Federation of Gynecology and Obstetrics，F(xiàn)IGO)分期為ⅠB～ⅡA期，術(shù)后病理為中-低分化鱗癌，有高危因素如盆腔淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、脈管癌栓或?qū)m頸深層浸潤，需要接受術(shù)后盆腔放療。

CT模擬定位

囑患者定位前2 h排空直腸，口服泛影葡胺(20 ml+300 ml水稀釋)，膀胱充盈，采用仰臥位并用熱塑體模進行定位固定，使用Philips BrilianceTM(Philips Healthcare Academy)16排大孔徑CT模擬機進行掃描。掃描范圍從L1椎體到恥骨聯(lián)合下5 cm，層厚0.5 cm。掃描完成后將CT圖像傳輸至Varian Eclipse(V8.6，Varian Medical Systems, Palo Alto, CA)計劃系統(tǒng)。

靶區(qū)及危及器官勾畫

臨床靶區(qū)(clinical target volume，CTV)包括陰道殘端和盆腔區(qū)域淋巴結(jié)(閉孔、髂內(nèi)、髂外及髂總淋巴結(jié))，在CTV基礎(chǔ)上前后左右方向各外放0.8 cm、頭腳方向外放1 cm得到計劃靶區(qū)(planning target volume，PTV)。危及器官包括直腸、膀胱、小腸、骨髓、股骨頭以及馬尾神經(jīng)，小腸勾畫至靶區(qū)以上5 cm，以保證完全覆蓋照射范圍。

計劃設(shè)計

對每例患者的CT圖像，進行順時針和逆時針兩個全弧容積調(diào)強計劃設(shè)計，MLC角度設(shè)置為±10度，第一個計劃由計劃系統(tǒng)自動優(yōu)化射野尺寸，其余計劃在此計劃基礎(chǔ)上X方向鉛門大小依次進行遞減，遞減步長為1 cm，直到射野尺寸小至不能滿足靶區(qū)劑量分布為止；所有計劃的處方劑量均為50.4 Gy/28次，1.8 Gy/次，靶區(qū)和危及器官劑量的目標(biāo)函數(shù)設(shè)置相同。優(yōu)化得到的通量通過多葉運動計算器(leaf motion calculator，LMC)轉(zhuǎn)換成實際通量，選擇利用Sliding Window模式進行劑量傳輸，并利用算法更為精確的AAA(analytical anisotropic algorithm)算法進行劑量計算[9]，計算矩陣為2.5 mm。

治療設(shè)備及能量選擇

所有容積調(diào)強計劃都利用Varian Eclipse計劃系統(tǒng)在Varian Trilogy(Varian Medical Systems)加速器上用6MV X線產(chǎn)生，該加速器MLC為60對，其中心40對葉片厚度為0.5 cm，外側(cè)20對葉片寬度為1 cm。

計劃評估及比較

將所有計劃按處方量至少包繞95% PTV的體積進行劑量歸一。利用劑量體積直方圖(dose-volume histogram，DVH)進行靶區(qū)和危及器官的劑量評估。靶區(qū)評估參數(shù)包括：接受處方劑量V95%、V105%、V110%和Dmean、Dmax，以及靶區(qū)的均勻性指數(shù)(homogeneity index，HI)和適形度指數(shù)(conformity index，CI)，HI定義為D5%/D95%(DX%表示X%的PTV體積接受的最小劑量)，CI=(VPTV/TVPTV)/(TVPTV/TV)=VPTV×TV/TVPTV2(VPTV表示靶區(qū)的體積，TV表示患者接受處方劑量的總體積，TVPTV表示PTV中接受處方劑量照射的體積)[10- 11]。危及器官評估參數(shù)包括：膀胱、直腸小腸的V30、V40、V50和D40，Dmean以及小腸D2cc、骨髓的V5、V10、V50和Dmean；股骨頭D5；馬尾神經(jīng)D0.1cc。

統(tǒng)計學(xué)處理

采用Excel中的AVERAGE、STDEV以及MEDIAN函數(shù)功能進行不同計劃間的靶區(qū)和危及器官的劑量分布分析比較。

結(jié) 果

一般情況

經(jīng)測量12例患者PTV靶區(qū)橫向?qū)挾确秶鸀?5.8～20.5 cm，平均寬度為18.31 cm。通過對同一患者不同鉛門大小的容積調(diào)強計劃進行比較，發(fā)現(xiàn)隨著靶區(qū)體積的改變，不同體積大小的靶區(qū)最終得到的容積調(diào)強計劃的最優(yōu)鉛門也隨之變化，而且隨著靶區(qū)橫向?qū)挾鹊脑黾樱玫降淖顑?yōu)鉛門大小有隨之增加的趨勢。

任一病例最優(yōu)鉛門大小的確定

以病例5的容積調(diào)強計劃為例，對靶區(qū)和危及器官的劑量分布進行分析比較，從而確定最優(yōu)鉛門尺寸大小。該患者靶區(qū)尺寸為20.5 cm×19.5 cm，計劃系統(tǒng)自動優(yōu)化得到X方向的尺寸為24 cm。

靶區(qū)劑量分布：鉛門為17 cm時PTV劑量分布最優(yōu)，高量區(qū)D5(5%的靶區(qū)所受劑量)為54.48 Gy，比所有計劃的平均劑量55.08 Gy低0.8%，比最高值55.6 Gy低約1.7%,比最低值僅高0.6%，并且靶區(qū)平均劑量在所有計劃中最低，為52.99 Gy(圖1)。該患者所有計劃的HI和CI見圖2，當(dāng)鉛門為17 cm時，靶區(qū)在適形度較高的同時可保持很好的均勻度。

危及器官劑量分布：當(dāng)鉛門大小為17 cm時，直腸、小腸、膀胱的D40，以及小腸的D2cc相對于其他鉛門尺寸時均較低(圖3)；同時，膀胱、直腸低劑量區(qū)V30、V40的體積比其他鉛門尺寸時更低，而高劑量區(qū)的體積V50比其他計劃要高，二者的Dmean在鉛門為17 cm時均為最低。骨髓的V5、V10在所有計劃中并無明顯差異，但是V50和Dmean在鉛門為17 cm時比所有計劃的平均劑量分別低0.8%和1%；此外，股骨頭的D5和馬尾神經(jīng)D0.1cc在鉛門為17 cm時分別比平均劑量低1.5%和1.3%。

圖 1 病例5不同鉛門大小的容積調(diào)強計劃靶區(qū)劑量分布 PTV:計劃靶區(qū)；Dmean:平均劑量

圖 2 病例5不同鉛門大小的容積調(diào)強計劃靶區(qū)均勻性指數(shù)和適形度指數(shù)

圖 3 病例5不同鉛門大小的容積調(diào)強計劃直腸、小腸、膀胱D40以及小腸D2cc

機器跳數(shù)(monitor units，MU)的變化：各計劃的總MU隨鉛門大小的變化有降低趨勢(圖4)。

靶區(qū)橫向?qū)挾扰c最優(yōu)鉛門大小之間的函數(shù)關(guān)系

重復(fù)上述過程，找到每例患者最優(yōu)容積調(diào)強計劃的固定鉛門大小(表1)，并建立靶區(qū)橫向?qū)挾?x)與最優(yōu)鉛門大小之間的關(guān)系圖(圖5)，并通過曲線擬合出二者之間的函數(shù)關(guān)系式：y=-0.0033x2+0.7132x+3.6322。將得到的鉛門大小最終取整數(shù)。

圖 4 病例5鉛門大小與機器跳數(shù)表 1 所有患者最優(yōu)容積調(diào)強計劃的靶區(qū)大小及 X方向鉛門大小(cm)

病例橫向?qū)挾瓤v向長度X方向鉛門大小119.0021.5016.00218.0022.0016.00318.0020.0015.00417.8019.0015.00520.5019.5017.00619.5020.0016.00715.8022.0014.00818.4021.5015.00917.0021.5015.001018.5019.0016.001118.5021.0015.001218.7020.0016.00

圖 5 靶區(qū)橫向?qū)挾?x)與最優(yōu)X方向鉛門大小(y)之間的關(guān)系

討 論

近年來很多學(xué)者對容積調(diào)強放療作了大量的研究，并且在不同部位腫瘤中都取得很好的效果[11- 13]。容積調(diào)強實現(xiàn)的一個很重要的硬件基礎(chǔ)就是MLC，不同的加速器生產(chǎn)廠家在MLC設(shè)計方面都有自己的特點，同樣由于其設(shè)計的不同，容積調(diào)強執(zhí)行的方式也相應(yīng)變化，例如醫(yī)科達加速器就采用了執(zhí)行過程中的鉛門跟隨技術(shù)，瓦里安加速器由于其MLC設(shè)計原理的不同，在執(zhí)行容積調(diào)強的過程中鉛門保持不變。鉛門保持不變的優(yōu)點是提高了容積調(diào)強的執(zhí)行效率，降低了加速器的治療時間，但是其缺點就是如果鉛門大小設(shè)置得不合理，會對靶區(qū)和危及器官的受照劑量造成損失。

在容積調(diào)強計劃的設(shè)計過程中，筆者發(fā)現(xiàn)有些體積較大的靶區(qū)由于設(shè)置的鉛門尺寸過小，靶區(qū)劑量很難做到適形并且均勻；同理，在一些較小的靶區(qū)中，如果設(shè)置的鉛門尺寸過大，會對危及器官造成一些不必要的照射。因此，如果能夠通過某些研究手段，找到靶區(qū)大小與其最優(yōu)鉛門尺寸之間的關(guān)系，并且用其指導(dǎo)容積調(diào)強計劃制作過程，那么在做容積調(diào)強計劃時就會減少試錯的過程，提高計劃的制作效率，做到事半功倍。

本研究以宮頸癌術(shù)后患者的容積調(diào)強計劃為例進行研究。由于本研究中宮頸癌患者的病理分期較早，所以靶區(qū)的形狀和位置相對比較固定，根據(jù)其靶區(qū)的物理特點，一般情況下，靶區(qū)的最大橫軸和縱軸在加速器gantry角度為0°的線束視角顯示(beam’s eye view,BEV)時尺寸最大，雖然本研究中MLC旋轉(zhuǎn)了10°，靶區(qū)縱軸長短也不會對計劃設(shè)計中X方向鉛門的尺寸設(shè)置造成影響。但是，如果是分期較晚的宮頸癌，其靶區(qū)包括了腹主動脈淋巴結(jié)引流區(qū)后，由于縱軸方向大大加長，就會對X方向鉛門的設(shè)置產(chǎn)生影響。因為如果射野設(shè)置過小，靶區(qū)兩端就會部分位于射野以外，導(dǎo)致靶區(qū)劑量分布變差；相反，如果射野設(shè)置過大，那么由于MLC運動范圍的限制，很難將腎臟等危及器官的劑量限制得很低。所以，對于此種情況，還應(yīng)另行研究分析。

本研究顯示，雖然個別患者靶區(qū)橫向?qū)挾容^大，但是其最優(yōu)鉛門尺寸并沒有相應(yīng)變得較大，這說明由于本研究所設(shè)計的患者數(shù)目較少，研究得出的關(guān)系式并不能指導(dǎo)所有宮頸癌術(shù)后患者的容積調(diào)強計劃制作，不排除在某些特殊病例中該關(guān)系式失效的情況。

根據(jù)光子束的物理劑量學(xué)特性，可知隨著射野大小的改變，輸出因子發(fā)生相應(yīng)變化[14- 15]，在本研究中依然遵循這個特點，各計劃的總MU隨鉛門大小的變化有降低趨勢。

其他部位的腫瘤，如頭頸部腫瘤，由于其危及器官和靶區(qū)的關(guān)系、危及器官的數(shù)目及體積都較宮頸癌有較大變化，所以在設(shè)計此類患者的容積調(diào)強計劃時，射野鉛門的尺寸也會有相應(yīng)的關(guān)系，需進一步研究探討。

綜上所述，通過對靶區(qū)橫向?qū)挾群妥顑?yōu)鉛門尺寸進行分析，得到二者之間存在的變化關(guān)系，將其應(yīng)用于臨床，可以很好地指導(dǎo)容積調(diào)強計劃的制作，在提高容積調(diào)強計劃質(zhì)量的同時可以大大提高計劃制作效率。

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Fixed-jaw Technique in Volumetric Modulated Arc Therapy Plan for Cervical Cancer Radiotherapy

PANG Ting-tian，YANG Bo, LIU Nan, LIU Xia, QIU Jie, ZHANG Fu-quan

Department of Radiation Oncology, Peking Union Medical College Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences &Peking Union Medical College, Beijing 100730, China

QIU Jie Tel: 010-69155481，E-mail：qj_ww@139.com

Objective To summarize the relationship between the transverse dimension of the target volume and the most optimized X jaw size in volumetric modulated arc therapy(VMAT) plan for cervical cancer radiotherapy.Methods The VMAT plans were made by modifying X jaw size on CT images in 12 postoperative patients with cervical cancer. On each image, the best X jaw size was identified. The relationship between the best X jaw size and the transverse width of planning target volume (PTV) was determined. Results The change in the transverse dimension of the target volume was accompanied with the changes of the optimized X jaw size. The relationship between X jaw size (y) and the PTV’s transverse width (x) could be expressed as the following equation:y=-0.0033x2+0.7132x+3.6322. Conclusions There is a relationship between X jaw size and PTV’s transverse width, which can be used for the postoperative VMAT plan design in patients with cervical cancer.

cervical cancer；volumetric modulated arc therapy; fixed-jaw technique；dosimetry

邱 杰 電話：010-69155481，E-mail:qj_ww@139.com

R737.33

A

1674-9081(2014)02-0184-05

10.3969/j.issn.1674-9081.2014.02.012

2013- 08- 19)