控制點數量設定對Monaco5.11計劃系統制定鼻咽癌單弧容積旋轉調強放射治療計劃的劑量學影響*

洪楷彬 張 瑜 柏朋剛 莊建發*

容積旋轉調強放射治療(volumetric modulated arc therapy，VMAT)是近10年來發展起來的一種調強放射治療方式，其可以在機架旋轉保持出束的同時動態調節子野形狀和劑量率，相比于常規調強可以大幅度減少機器跳數和治療時間[1-2]。VMAT計劃的控制點數類似于常規調強的子野數，制定計劃時應在不影響計劃質量的前提下盡可能的降低該參數，臨床上制定鼻咽癌單弧VMAT計劃時經驗上一般設置控制點數量最大值為120～140。本研究主要比較控制點的100與120設定數值對所得鼻咽癌計劃評價指標的影響，探討進一步降低控制點數量的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇解放軍第175醫院放療科行單弧VMAT放射治療的10例鼻咽癌計劃，其計劃的控制點數量由120改為100后重新優化。對10例鼻咽癌分別采用控制點100和120進行單弧優化，比較兩者所得計劃的靶區和危及器官的劑量分布、機器跳數、控制點數量、治療時間、靶區的適形指數和均勻指數等指標。

1.2 儀器設備

采用CT模擬機(德國西門子)；醫科達Synergy直線加速器執行(瑞典醫科達)；Monaco 5.11計劃系統。

1.3 體位固定和CT掃描

患者均取仰臥位，頭頸肩熱塑面膜與頭枕固定，定好體表標記在西門子CT模擬機上行范圍從顱頂至胸骨切跡下2 cm、層厚3 mm的掃描，所得CT圖像經醫院影像歸檔及傳輸系統(picture archiving and communication systems，PACS)傳輸至靶區勾畫軟件Focal上。

1.4 靶區及危及器官的勾畫和劑量設定

靶區勾畫依據國際輻射單位與測量委員會(Internation Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU)50號和62號報告[3-4]原則，原發腫瘤及咽后轉移淋巴結的計劃靶區GTVnx-P為6975 cGy，雙頸轉移淋巴結計劃靶區GTVnd-P為6820 cGy，原發腫瘤的高危臨床腫瘤區的計劃靶區CTV1-P為6355 cGy，原發腫瘤的低危臨床腫瘤區及淋巴結的臨床腫瘤區的計劃靶區CTV2-P為5580 cGy。危及器官包括腦干、脊髓、左右腮腺、視交叉、視神經、顳葉、晶體、垂體以及下頜骨等。危及器官限量值[5]：脊髓＜45 Gy，腦干＜54 Gy，腮腺D50＜35 Gy，眼晶狀體＜7 Gy，視交叉＜54 Gy，顳頜關節＜70 Gy，顳葉＜60 Gy，眼球＜30 Gy。

1.5 計劃設計

在Monaco5.11計劃系統上對10例鼻咽癌患者病例的控制點數量由120改為100后重新優化。原始及重新優化所得共20個VMAT計劃的優化參數：①能量為6 MV的X射線；②治療床及準直角度均為0°，機架旋轉角度為順時針180°～360°；③蒙卡不確定度(per calculation模式)為1%；④最小子野寬度1 cm，計算網格3 mm，區域分割(increment)為30°；⑤優化模式選用危及器官優先(constrained)模式。采用劑量歸一方式，要求95%計劃靶區體積不低于對應處方劑量，均由Synergy直線加速器執行。

1.6 計劃評價指標

通過劑量體積直方圖(dose volume histogram，DVH)對兩組計劃的靶區和危及器官的受照劑量進行分析。

(1)靶區評價指標。①靶區評價指標為1%體積劑量(D1%)和平均劑量(Dmeans)；②均勻性指數(homogeneity index，HI)=D5%÷D95%，其中D5%和D95%分別表示靶區5%和95%體積受到的照射劑量，該值最小為1，其值越大表明均勻性越差；③適形指數(comformity index，CI)=VPTV×VTV÷TVPV2，其中VTV表示參考等劑量線所包含所有區域的體積，VPTV表示靶區PTV體積，TVPV表示參考等劑量線所包含的靶區體積，該值最小為1，越大表明適形度越差。

(2)危及器官評價指標。評價脊髓、腦干、視交叉、視神經以及晶狀體的1%體積劑量(D1%)和平均劑量(Dmeans)；腮腺30 Gy受照體積V30Gy和平均劑量(Dmeans)。

(3)計劃參數指標。計劃的機器跳數、控制點數量和治療時間，治療時間不包含擺位和校正時間。

1.7 統計學方法

應用SPSS 19.0軟件進行統計學分析，數據以均數±標準差(x-±s)表示，對每個評價指標數據做配對t檢驗，以P＜0.05表示差異有統計學意義。

2 結果

2.1 靶區劑量比較

控制點數量100與120，病例數10例，放射治療計劃20個形成的靶區各項評價指標差別不明顯，差異均無統計學意義，見表1。

2.2 危及器官劑量比較

20個計劃形成的危及器官各項評價指標差別不明顯，差異均無統計學意義，見表2。

2.3 機器跳數、控制點數量及執行時間比較

20個計劃形成的平均機器跳數、控制點數和治療時間見表3，100控制點數所得計劃的平均機器跳數、控制點數和治療時間分別是120控制點數所得計劃的93.5%、85.2%和92.4%。

表1 20個計劃靶區劑量分析(x-±s)

表2 20個計劃危及器官劑量分析(x-±s)

表3 20個計劃控制點數量、機器跳數及執行時間比較(x-±s)

3 討論

鼻咽癌是我國東南沿海城市的好發癌種之一，放射治療是目前公認的首選治療。相對于其他癌種，鼻咽癌靶區較為復雜且周圍有較多危及器官，如脊髓、腦干、腮腺等，傳統的常規放射治療技術不良反應較大，嚴重影響到后期生活質量。調強放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)技術的出現改善了鼻咽癌靶區劑量的上限和均勻性，提高了腫瘤控制率和生存期的同時大幅度降低了副反應，是目前鼻咽癌放射治療的主流技術。但IMRT的缺點是射線利用率低，機器跳數和治療時間較長，正常組織所受散射線和漏射線增加[6]。VMAT是近年來逐漸普及的一種新的IMRT實現技術，相比于常規IMRT，該技術能大幅度的降低機器跳數和治療時間[7]。

Mnoaco5.11是一款能制定VMAT計劃的放射治療計劃系統(treatment planning system，TPS)，采用的算法是X射線蒙特卡羅模擬(X-Ray Voxel Monte Carlo，XVMC)，該算法是放射治療劑量計算的“金標準”[8-10]。該軟件制定VMAT計劃時除了需設置靶區及危及器官的約束函數外還需設置上文提及的各項優化參數，這些優化參數能在一定程度上影響到計劃的結果。

大多數物理師制定鼻咽癌單弧VMAT計劃時，經驗上一般設置控制點數最大值為120～140，但通過日常工作經驗發現，采用100控制點也能完成計劃，若低于100則難以完成。故本研究采用100和120控制點分別制定相同10例鼻咽癌患者的兩組VMAT計劃，結果表明，兩組VMAT計劃的靶區和危及器官的劑量均能滿足臨床劑量要求，劑量分布無統計學意義。但相比于120控制點，100控制點所得的VMAT計劃的平均機器跳數、控制點數量及治療時間由651 s、108 s以及172 s降低到609 s、92 s及159 s，降低幅度分別為6.5%、14.8%及7.6%。

有研究表明，鼻咽癌IMRT治療后的全身各器官放射誘發腫瘤(radiation-induced malignancy， RIM)總發生風險為10.2%[11]。對于獲得長期生存的鼻咽癌患者，RIM發生是一個不容忽視的臨床問題，而機器跳數的減少能夠在減少直線加速器硬件損耗的同時降低散射線和漏射線，減少長期生存者因散射帶來RIM的概率[12-14]；治療時間的減少可以縮短患者受固定時間，提高工作效率和患者舒適度的同時還可增強放射治療生物效應[15]。

由于本研究病例僅為10例，可能存在統計學偏差，且不同單位的直線加速器、TPS型號及所選病例TNM分期不同，加上放射治療醫師靶區勾畫、物理師制定計劃優化參數設定等主觀差異，導致研究結果橫向比較意義不大，所以本研究未引用其他單位類似研究結果做比較。基于以上原因，本研究采用的計劃制作方式也不一定適用于其他單位，但本研究的意義在于建議物理師在制定靜態調強放射治療、動態調強放射治療以及VMAT等調強計劃時應根據靶區復雜程度和危及器官保護要求等因素設置最小子野數、最小子野面積、最小控制點數量等優化參數，以避免制作出DVH和層面圖劑量線符合要求但機器跳數、子野數及控制點數量過高，治療時間過長的計劃。

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