Monaco計劃系統子野數目對宮頸癌調強放射治療計劃劑量分布的影響*

謝 輝 歐 晉 李 慶*

目前，放射治療在女性宮頸癌中得到廣泛的應用，據統計約70%的宮頸癌患者的治療需要利用不同程度的放射治療[1]。調強放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)能使處方劑量被“雕刻”的與靶區三維形狀幾乎一致，因此IMRT作為當今的主流技術之一，在放射治療中發揮著重要作用。IMRT計劃設計過程中，很多因素對計劃的優良及劑量的分布起著作用，如選用的多葉準直器(multi-leaf collimator，MLC)類型、子野大小、總機器跳數、主野個數及子野個數等，這些都主要依賴于腫瘤放射治療物理師憑借自身知識掌握的情況及經驗來進行選用設置。因此，需要探究這些因素對放射治療計劃設計結果的影響趨勢及規律，以更好的完成放射治療計劃[2]。本研究以老年宮頸癌患者為例，基于Monaco放射治療計劃系統(treatment planning system，TPS)，研究子野數目對宮頸癌IMRT計劃劑量分布的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2017年1-12月在湘南學院附屬醫院放射治療中心就診的10例老年宮頸癌術后行IMRT的患者，年齡61～75歲，平均年齡(64.2±3.8)歲。所有患者在計劃設置時，其他計劃參數均不變僅改變最大子野控制點數情況下，設計6個IMRT計劃。本研究經醫院倫理委員會批準，所有研究均根據相關規定進行。所有患者或其法定監護人在研究前均簽署知情同意書。

1.2 納入與排除標準

(1)納入標準：①各種原因需要進行術后外照射；②治療為完整療程；③外照射劑量在45～50 Gy/4.5～5周。

(2)排除標準：①有遠處廣泛轉移；②5年內兩次放射治療。

1.3 儀器設備

采用Lightspeed型4排螺旋CT(美國GE公司)；Synergy型直線加速器(瑞典Elekta公司)；Monaco型放射治療計劃系統(瑞典Elekta公司)。

1.4 治療方法

所有患者一律采用仰臥位，使用熱塑膜進行體位固定。定位CT掃描前盡量排空大便，膀胱充盈狀態設為定位掃描前2 h內嚴禁進水及排小便。掃描范圍從第4腰椎上沿到閉孔下端5 cm，患者必須使用增強造影劑進行造影。掃描層厚為0.5 cm，所得定位CT圖像使用網絡通過醫學數字成像及通信(digital imaging and communication of medicine，DICOM)接口傳輸到TPS。計劃靶區及膀胱、股骨頭、直腸和小腸的勾畫按照腫瘤放射治療協作組織(radiation therapy oncology group，RTOG)0418指南進行勾畫[3]。

1.5 計劃設計

IMRT采用Monaco放射治療TPS進行腫瘤計劃設計，治療機器使用Synergy直線加速器。40對MLC，在等中心平面投影為1 cm寬，最大照射面積為40 cm×40 cm。放射治療計劃一律采用9野共面設計，其角度分別為0°、50°、90°、140°、220°、260°、290°、300°和320°。基本參數設計：最小子野面積為4 cm2，最小跳數為5 MU。優化算法采取蒙特卡羅算法。處方劑量計劃靶區(planning target volume，PTV)給予4600 cGy，23次照射，1次/d，每周5 d常規照射。

計劃設計按照調強常規計劃進行設計，該計劃為基礎計劃即參照計劃。基礎計劃設計最大子野控制點設計為250，此參數不變。修改其他參數直到優化結果符合臨床條件，該基礎計劃命名為P250；對最大子野控制點數(P)分別設計為P50、P100、P150、P200和P300，對其余目標函數及參數不做任何變化進行計劃優化，每例患者6個計劃，共計得到60個計劃。Monaco放射治療計劃子野數由子野控制點決定，2個控制點決定一個子野，在一個計劃中設計最大的子野控制點數為250則得到的最大子野數為125[4]。

1.6 計劃評估指標

分析靶區及危及器官(organ at risk，OAR)的劑量分布。靶區PTV的分析指標中最大受照PTV劑量(planning target volume dosage，PTVDmax)、最小受照劑量(PTVDmin)、平均受照劑量(PTVDmean)、適形指數(conformity index，CI)和均勻度指數(homogeneity index，HI)[5]。OAR分析指標為：接受3000 cGy、4000 cGy照射劑量體積(V30、V40)，單位為cm3。以及每個計劃的治療總跳數(MU)和最終優化得到子野數。分析6種計劃方案中的劑量-體積直方圖(dose-volume histogram，DVH)。

1.7 統計學方法

采用SPSS17.0分析軟件進行數據處理，計算數據采用(±s)表示，比較用單因素方差分析和LSD-t檢驗，以P＜0.05為差異有統計學意義[5]。

2 結果

2.1 DVH分析評估

在6種計劃方案中從DVH上評估OAR受量及靶區量(有些計劃通過劑量的整體提升)均符合臨床要求，但是P50的計劃也就是子野控制點設為50的PTV的曲線明顯要差于其他子野控制數。子野控制點100以上PTV曲線差別并不明顯，幾乎重合在一起。OAR保護方面也是P50計劃明顯差于其他計劃，其他計劃差別不明顯，見圖1。

圖1 6種計劃方案的劑量體積直方圖

表1 10例宮頸癌患者6種計劃方案PTV評價指標情況比較(±s)

表1 10例宮頸癌患者6種計劃方案PTV評價指標情況比較(±s)

注：表中PTVDmin為計劃靶區內最小劑量；PTVDmax為計劃靶區內最大劑量；PTVDmean為計劃靶區內平均劑量；CI為適形指數；HI均勻度指

表2 10例宮頸癌患者6種計劃方案OAR各評價指標統計情況比較(±s)

表3 10例宮頸癌患者6種計劃方案機器參數統計情況比較(±s)

表3 10例宮頸癌患者6種計劃方案機器參數統計情況比較(±s)

2.2 PTV劑量分析評估

PTVDmax隨著計劃的最大控制點設計增多而呈逐漸減少的趨勢，但在到達一定程度后基本上不變化，表現出基本穩定狀態，在最大控制點設為250(P250)時PTVDmax達到最小。而當計劃的最大控制點設計＞P250時，再增加最大控制點時，PTVDmax基本上不變化。PTVDmin隨著最大控制點設計增多而呈現逐漸增加的趨勢，當在到達P250時再增加子野控制點數，也基本上不變化。PTV的HI指標隨著計劃的最大控制點設計增多而趨向于1。PTV的CI隨著計劃的最大控制點設計變化而無規律可循，但是在最大設計點為150時該指標為：0.02±0.02，與0很接近。CI的值是在0與1之間變化，越接近0越好。

6種計劃的設計結果在PTV的指標比較只有CI差異有統計學意義(F=2.689，P=0.043)，PTVDmin、PTVDmax、PTVDmean和HI指標差異均無統計學意義(F=0.782，F=0.142，F=0.062，F=1.032；P＞0.05)。對CI進一步進行組間分析，得到P150的計劃與其他方案差異有統計學差異(F=1.852，P=0.026)，而其他方案差異均無統計學意義(P＞0.05)，見表1。

2.3 OAR分析評估

隨著計劃的最大子野控制點數的增加OAR的V30，V40的劑量呈下降的趨勢。在P150這一節點以及后面的計劃OAR的V30，V40就呈現出較為平穩轉態，變化不明顯。OAR的膀胱V30，V40、結腸V30，V40以及小腸V30，V40的6個計劃比較，差異均無統計學差異(F膀胱=0.386，F=0.069，F結腸=0.512，F=0.352，F小腸=0.009，F=0.016；P＞0.05)，見表2。

2.4 機器總治療跳數與最終子野控制點數

機器總治療跳數隨著最大控制點設計增多而呈逐漸增加的趨勢，因而治療時間也逐漸增加。而最終的優化子野控制點數也呈現逐漸增加的趨勢。6種計劃的設計結果在機器跳數和最終子野優化控制數比較差異均有統計學意義(F=216.9，F=11.56；P＜0.05)，見表3。

3 討論

調強放射治療治療技術相比于三維適型技術已經在臨床中展現出巨大的優勢，特別是處方劑量線的高度適型和OAR的保護。在體腹部腫瘤放射治療中由于臟器運動在一定程度上削弱了這種優勢[6]。目前IMRT技術由于跳數使用率低等原因使得治療時間拉的較長。洪朝等[7]的研究認為，IMRT技術在臨床應用中存在治療時間長，致使腫瘤相對生物效應降低，且機器跳數增加子野間漏射增多導致接受低劑量照射的正常組織體積變大，相應增加了二次致癌的風險。隨著治療時間的延長，體內臟器的運動也會加劇，這更會帶來放射治療的誤差[8]。影響治療時間在靜態調強中主要因素是主野數目、子野數目以及總治療跳數。徐麗霞等[9]對此進行過相關研究。

本研究在主野數目確定的情況下，對子野數目進行有效控制，利用Monaco計劃進行優化。通過對靶區和OAR照射劑量分布的差異分析，發現對最大子野控制點為150的靜態調強計劃能夠達到比較理想的效果。此時優化后得到的子野數為60～70。此結果與Wahl等[10]的研究結果吻合。因此，Monaco放射治療計劃系統優化時對于子野最大控制點的選擇尤為重要。當子野多時，總治療時間就會增加。隨著治療時間的增加，患者心理狀態以及肌肉緊張程度都會使盆腔內各個器官的運動尤為不可控，造成放射治療的不精確，從而降低療效[11-12]。本研究表明，當隨著子野數目增多時靶區劑量的分布并未顯現出優勢，只有CI的指標表現出統計學差異，并且P150與其他計劃相比的計劃有差異。在OAR方面，隨著子野數目增多時OAR的保護方面均無差異。

4 結論

本研究在利用Mnaco放射治療計劃系統優化老年女性宮頸癌患者時，認為對子野控制點設為150是較為合理的設置，既可以在劑量學上很好滿足臨床上的要求，又在治療時間上適中，減少了患者在高強度射線下的暴露時間，增強了對MU的利用率和減少了對放射治療設備的耗損率，對臨床有很好的參考借鑒意義。