局部提量方法在宮頸癌靜態調強放療中的劑量學分析

陳穎，劉茹佳，焦楊，鐘志鵬

荊門市第二人民醫院放療科，湖北荊門448000

前言

宮頸癌是威脅女性健康的常見惡性腫瘤，放療在宮頸癌的綜合治療中扮演重要角色［1-2］。隨著放療技術的發展，靜態調強放療、動態調強放療、容積調強放療和斷層調強放療技術越來越廣泛地被運用到宮頸癌的放療中［3-4］。雖然采用后3 種技術設計放療計劃的參數普遍優于第1 種技術［5-6］，但是在基層醫院，靜態調強放療仍然是宮頸癌放療中被普遍采用的技術。

在靜態調強放療中，受到射野通量強度運算以及保護危及器官、正常組織的限制，靶區局部區域可能存在欠量的情況，影響靶區的均勻性指數（Homogeneity Index,HI）和適形度指數（Conformity Index,CI）［7-8］。因此，本研究提出一種基于CMS XiO 4.80 計劃系統的局部提量方法，并選取10例宮頸癌病例設計IMRT 計劃。通過分析采用該方法前后IMRT計劃的各項參數，從劑量學角度評估該方法的可行性。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

選取2017年6月～2018年6月于荊門市第二人民醫院行廣泛子宮切除加盆腔淋巴結清掃術后，再接受調強放療的患者10例，年齡45～72 歲，中位年齡54歲。

1.2 定位方式和靶區及危及器官勾畫

10例患者均取仰臥位，平躺于碳纖維治療床，雙手上舉交叉抓桿，用體部熱塑膜固定；利用GE Lightspeed 64排CT采集患者增強影像資料，層厚5 mm，經網絡傳輸至CMS XiO 4.80 重建DRR。參考ICRU 62號文件，由同一腫瘤醫師在FOCAL上勾畫靶區及危及器官。

1.3 IMRT計劃設計方法

采用醫科達Precise 加速器6 MV-X 線，所有IMRT 計劃均在CMS XiO 4.80 計劃系統上設計完成。對每個病例分別設計兩種IMRT 計劃，兩種IMRT 計劃射野角度均為180°、129°、78°、27°、233°、282°、231°，準直器角度均為0°［9］。其中，每個病例的plan-A未采用局部提量方法，plan-B采用局部提量方法。所有IMRT 計劃子野分割算法均使用Smart Sequencing運算方式，最小子野面積為4 cm2，最小子野跳數為4 MU［10］。

處方劑量為4 500 cGy/25次。為了便于評價，要求處方劑量包繞計劃靶區（PTV）的體積≥95%，PTV由臨床靶區（CTV）在三維方向上外擴5 mm所得，靶區的熱點劑量與冷點劑量不超過處方劑量的±10%。危及器官保護要求為：小腸V45＜20%（V45為4 500 cGy所包繞的體積，下同），直腸V45＜40%，膀胱V45＜30%，兩側股骨頭V50＜5%，骨盆V30＜50%［11］。

1.4 靶區局部提量方法

按照設計plan-A 的條件進行通量運算，運算后創建總處方劑量（4 500 cGy）器官并命名為“4 500”，切換至Contour界面，利用Create a Contour Using 3-D Auto-Margin新建局部提量器官“PTV-4 500”（擦除與危及器官重疊部分），切換至Beam界面并給予“PTV-4 500”略高于第一次通量運算的條件，其它優化條件不變，再次進行通量運算并進行子野優化，優化完成后可得到采用靶區局部提量方法的plan-B。

1.5 IMRT計劃評估

參考ICRU 83 號報告，按以下指標評估PTV 劑量：最大劑量D2%（D2%為2%PTV的體積受到的照射劑量，下同）；平均劑量Dmean；最小劑量D98%；靶區覆蓋率（處方劑量包繞的靶體積與靶體積之比）；靶區CI：CI=（VTref/VT）×（VTref/Vref），其中，VTref為參考等劑量面所包繞的靶體積，VT為靶體積，Vref為參考等劑量面所包繞的體積，CI值介于0～1，CI值越接近于1，說明靶區適形度越好；靶區HI：HI=（D2%-D98%）/D50%，HI 值越小，說明靶區均勻性越好。

危及器官受照劑量評估：統計小腸、直腸、膀胱V20、V30、V40、V45，兩側股骨頭和骨盆V20、V30、V40、V50，評估采用局部提量方法前后兩種計劃之間的差異。

正常組織受量評估：統計正常組織V5、V10、V15、V20、V25、V30、V35、V40，評估采用局部提量方法前后兩種計劃之間的差異。

機器跳數及治療時間評估：統計機器跳數及其在醫科達Precise加速器的出束時間t，評估采用局部提量方法前后兩種計劃之間的差異。

二維劑量驗證：采用SunNuclear 公司的MapCheck，以3%/3 mm的誤差標準對所選取10例病人的兩種計劃進行二維劑量驗證，比較其γ通過率。

1.6 統計學方法

采用SPSS 18.0統計軟件對計量數據進行統計學分析，計量數據均用均數±標準差表示，組間數據比較前進行正態性檢驗，若服從正態分布，則采用配對t檢驗，反之則采用Wilcoxon符號秩檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 靶區劑量分布比較

采用局部提量方法前后的兩種計劃均能滿足靶區處方要求，某例患者plan-A橫斷面劑量分布如圖1a所示，對該例患者采用靶區局部提量方法后得到的plan-B橫斷面劑量分布如圖1b所示，圖1c中深綠色區域為局部提量器官。由圖1可知，采用局部提量方法后，處方劑量線能更好地包繞靶區，提高PTV的靶區覆蓋率。

圖1 某例患者兩種計劃劑量分布及局部提量示意圖Fig.1 Dose distribution of plan A and plan B for the same patient and the diagram of booster dose in specific region

2.2 靶區劑量學參數比較

將靶區劑量學參數列于表1中，兩種計劃靶區劑量學參數均滿足臨床要求。由表1可知，與未采用局部提量方法的plan-A 相比，plan-B 的靶區覆蓋率、CI和HI 的平均值均優于plan-A，差異具有統計學意義（P＜0.05）；而PTV 的D2%、Dmean、D98%在兩種計劃中無明顯差異（P＞0.05）。表明局部提量方法有利于優化PTV 的靶區覆蓋率、CI、HI，卻不明顯改變PTV 的D2%、Dmean、D98%。

表1 兩種計劃的靶區劑量學參數比較Tab.1 Comparison of dosimetric parameters for planning target volume between two plans

2.3 危及器官劑量學參數比較

將危及器官劑量學參數列于表2中，兩種計劃危及器官保護均滿足要求。由表2可知，采用局部提量方法后，危及器官劑量體積均略有增大。其中，小腸、直腸、膀胱V20、V30、V40均無明顯差異（P＞0.05），兩側股骨頭V20、V30無明顯差異（P＞0.05），骨盆V10、V20、V30無明顯差異（P＞0.05）；小腸、直腸、膀胱V45和兩側股骨頭V40差異具有統計學意義（P＜0.05）；兩側股骨頭V50均為0。

2.4 正常組織劑量學參數比較

將正常組織劑量學參數列于表3 中。由表3 可知，采用局部提量方法后，正常組織劑量體積均略有增大。除V15之外，其它劑量體積的差異均有統計學意義（P＜0.05）。

2.5 機器跳數及治療時間比較

plan-A和plan-B的機器跳數分別為（619.9±10.3）、（642.3±10.5）MU（P=0.003），治療時間分別為（9.5±0.6）、（10.1±0.4）min（P=0.027）。采用局部提量方法后，機器跳數增多3.6%，治療時間增長6.3%，差異均有統計學意義（P＜0.05）。

2.6 二維劑量驗證通過率比較

將二維劑量驗證通過率列于表4中，兩種計劃二維劑量驗證通過率均滿足要求（≥95%）。采用局部提量方法后，二維劑量驗證通過率較之前無明顯差異（P＞0.05）

3 討論

宮頸癌術后放療靶區周圍分布多個危及器官，在確保危及器官受照射劑量低于限值的同時，要求處方劑量線盡可能包繞靶區［12-13］。當前靜態調強放療依舊是基層醫院宮頸癌術后放療的主要方法，在設計IMRT計劃時，靶區時常出現局部區域欠量的情況［14-16］。

表2 兩種計劃的危及器官劑量學參數比較（%）Tab.2 Comparison of dosimetric parameters for organsat-risk between two plans(%)

本研究提出局部提量方法，并比較采用局部提量方法前后宮頸癌IMRT 計劃的各項參數。研究結果顯示，兩種IMRT計劃靶區劑量學參數均滿足臨床要求，兩者統計學差異主要體現在PTV 的靶區覆蓋率、CI、HI、危及器官和正常組織的部分受照劑量以及機器跳數和治療時間上。采用局部提量方法后未明顯改變靶區D2%、Dmean、D98%、危及器官和正常組織的大部分受照劑量，處方劑量線能更好地包繞靶區，劑量分布得到改善，提高了治療增益比。兩種IMRT計劃的危及器官受照劑量和正常組織的V15無明顯差異，小腸、直腸、膀胱的V45，兩側股骨頭的V40以及正常組織除V15之外的劑量體積較之前均略有增大，差異具有統計學意義，但均在安全范圍以內［17-18］，可將差異視為不具有專業意義。

小腸、直腸、膀胱在大部分層面上緊緊環繞靶區，在某些層面上甚至與靶區部分重疊，而靶區欠量區域多出現在靶區邊緣處以及危及器官附近［19-20］。提高靶區欠量區域的劑量，使其滿足處方劑量要求，就會導致緊靠靶區的危及器官受照劑量增大。采用局部提量方法時，有意擦除了與危及器官重疊的提量器官，危及器官和正常組織的受照劑量較提量前變化幅度較小，提量后的受照劑量仍低于劑量限值，符合文獻［11］中的限量要求，在可接受范圍內。局部提量后靶區欠量區域的劑量分布得到改善，機器跳數與治療時間相應有所增加，平均跳數增加約23 MU，平均治療時間增長不到1 min，變化幅度較小，亦在可接受范圍內。兩種IMRT 計劃二維劑量驗證通過率均≥95%，無明顯統計學差異，滿足放療計劃3%/3 mm通過率要求。

表3 兩種計劃的正常組織劑量學參數比較（%）Tab.3 Comparison of dosimetric parameters for normal tissues between two plans(%)

表4 兩種計劃的二維劑量驗證通過率比較（%）Tab.4 Comparison of the passing rate in two-dimensional dose verification between two plans(%)

總之，局部提量方法有利于優化宮頸癌放療的靶區覆蓋率、CI、HI，對其它參數的改變在可接受范圍內，從劑量學角度分析，建議在設計宮頸癌IMRT計劃時采用該方法。