自動計劃與手動計劃在椎體骨轉移癌調強放射治療中的劑量學比較

董海權，李永春，肖鋒，薛峰，李云海

復旦大學附屬腫瘤醫院閔行分院放療科 （上海 200240）

目前，調強放射治療（intensity modulated radiation therapy，IMRT）已被廣泛應用于各種惡性腫瘤的放射治療中，對改善患者預后具有重要的意義。臨床上30%～70%的惡性腫瘤患者可發生骨轉移[好發部位依次為脊柱（69%）、骨盆（41%）、下肢（25%）、顱骨（14%）、上肢（10%～15%）[1]]，尤其以前列腺癌、肺癌、乳腺癌多見。姑息性放射治療是有效的、重要的治療手段[2-3]。雖然傳統IMRT 可以保證在靶區接受處方劑量的同時降低危及器官的受量，提高放射治療效果，但是，結果受物理師工作經驗的影響較大，尤其是初級物理師，將花費大量時間用于反復試錯。作為新興技術，自動計劃可通過自動化的算法或手段生成臨床可接受的IMRT 計劃[4]，提高IMRT 計劃的質量和效率，已引起國內外研究者的重視。自動計劃技術是飛利浦公司開發的一種實現自動計劃的方式，可通過內置腳本由計劃系統生成劑量成型結構，自動優化目標函數[5]。本研究選取10例椎體骨轉移癌患者，設計兩套計劃，通過計劃評估，探討自動計劃在椎體骨轉癌放射治療中的應用可行性，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2018年5月至2019年6月在我院接受治療的10例椎體骨轉移癌（Ⅲ～Ⅳ期）患者作為研究對象，年齡39～83歲，中位年齡55歲。本研究已獲得醫院醫學倫理委員會的審核批準，患者均經病理診斷確診，無放射治療禁忌證，且已簽署研究知情同意書。

1.2 CT 模擬定位及靶區勾畫

行CT 模擬定位時，囑患者平靜呼吸，取仰臥位，雙手抱肘置于前額，用熱塑體膜固定并粘貼鉛粒標記；應用飛利浦公司生產的16排Brilliance CT Big Bore 4大孔徑CT 模擬定位機采集CT 數據，掃描層厚及重建層間距均設置為5 mm，胸椎轉移的掃描范圍包括全部胸椎及上下各一部分頸椎、腰椎，腰椎轉移的掃描范圍包括全部腰椎及一部分胸椎、骶椎，然后將CT 數據傳送至飛利浦Pinnacle39.10放射治療計劃系統，由醫師勾畫靶區和危及器官。

1.3 計劃設計

10例患者均使用飛利浦Pinnacle39.10放射治療計劃系統設計手動計劃和自動計劃，為便于配對檢驗，兩套計劃采用一套主野方向相同的射野，射野角度為180°、195°、210°、150°、165° 5野，射線能量為6 MV X線，劑量率為400 MU/min，計算網格為2 mm×2 mm×2 mm；應用美國瓦里安公司生產的IX直線加速器劑量數據計算最終劑量，靶區處方劑量為3 000 cGy，300 cGy/次，1次/d，共照射10次，要求近似靶區最大劑量（D2）<110%，近似靶區最小劑量（D98）>95%，危及器官的劑量體積限值以QUANTEC劑量限值表為準，即脊髓最大劑量≤3 150 cGy，接受20 Gy的雙腎相對體積（V20）<30%，腎平均受量（Dmean）≤1 800 cGy，接受20 Gy的小腸相對體積（V20）<30%，物理師按上述劑量限制條件設置優化函數并反復優化直至計劃結果無明顯改善，則認為取得了最優的計劃；需要注意的是，自動計劃靶區處方劑量及危及器官劑量體積限值應與手動計劃保持一致。

1.4 計劃評估

參考ICRU83號報告[6]評估靶區，評估指標包括D2、95%的靶區所受劑量（D95）、D98、靶區最小劑量（Dmin）、靶區最大劑量（Dmax）、Dmean、均勻指數（heterogeneity index，HI）[HI=（D2-D98）/D50，式中Dx為x%的靶區所受劑量]、適形指數（conformity index，CI）[7][CI=（TVri/TV）×（TVri/Vri），式中TVri為處方劑量線所包裹的靶區體積，TV 為靶區體積，Vri為處方劑量線所包裹的體積]，其中，HI 表示靶區劑量分布的均勻度，值越小，說明靶區內劑量分布越均勻；CI 表示靶區形狀與處方劑量曲面形狀的適形度，值介于0～1之間，越接近于1說明靶區適形度越好。危及器官的評價參數包括脊髓的最大劑量、左右腎的平均劑量、小腸的平均劑量。

1.5 計劃效率評估

統計自動計劃與人工計劃設計總時間[指設計者完成一個放射治療計劃的時間，包括無需人工參與的計劃設計時間（主要指系統優化的時間）和人工參與的計劃設計時間（主要指人工設定射野參數、輸入目標函數等的時間）][8]。

1.6 統計學處理

2 結果

2.1 兩套計劃靶區的劑量學分布比較

兩 套 計 劃 靶 區 的D2、D98、Dmin、Dmax、Dmean、HI 比較，差異均無統計學意義（P>0.05）；自動計劃靶區的D95低于手動計劃，CI 高于手動計劃，差異均有統計學意義（P<0.05），見表1。

表1 兩套計劃靶區的劑量學分布比較（cGy，±s）

表1 兩套計劃靶區的劑量學分布比較（cGy，±s）

靶區 自動計劃 手動計劃 t P D2 3 213.55±64.07 3 182.20±25.67 -1.086 0.104 D95 3 008.86±12.73 3 019.62±14.28 4.565 0.001 D98 2 969.16±23.65 2 972.80±29.98 0.789 0.450 Dmin 2 522.31±238.70 2 574.52±280.96 2.142 0.061 Dmax 3 307.72±111.11 3 240.83±47.31 -2.030 0.073 Dmean 3 105.21±24.86 3 097.49±13.77 -1.053 0.320 CI 0.79925±0.05526 0.76275±0.07379 -2.747 0.023 HI 0.07344±0.03424 0.06756±0.01486 -0.708 0.497

2.2 兩套計劃危及器官的受量比較

自動計劃左腎、右腎的平均受量及脊髓的最大劑量均低于手動計劃，但差異無統計學意義（P>0.05）；自動計劃小腸的平均劑量低于手動計劃，差異有統計學意義（P<0.05），見表2。

表2 兩套計劃危及器官的受量比較（cGy，±s）

表2 兩套計劃危及器官的受量比較（cGy，±s）

危及器官 自動計劃 手動計劃 t P左腎 883.78±265.43 1 007.93±353.49 2.213 0.054右腎 817.62±363.03 931.89±499.56 1.728 0.118脊髓 3 186.42±62.78 3 193.16±35.62 0.427 0.679小腸 728.22±313.58 787.39±335.02 2.978 0.016

2.3 兩套計劃的設計總時間比較

自動計劃的設計總時間為（42.10±7.60）min，短于人工計劃的（57.60±7.55）min，差異有統計學意義（P<0.05）。

3 討論

放射治療計劃設計是治療過程中的關鍵環節，計劃質量的高低決定了療效的好壞，因此，研究如何提高計劃質量對放射治療的臨床應用具有重要的價值[9]。近年來，隨著計算機軟件技術的發展，各大醫療公司紛紛開發出可以實現自動設計的放射治療計劃軟件，在縮短計劃設計時間、減少人工干預的同時，提高了計劃規范性。Hazell 等[10]將Pinnacle 的自動計劃模塊用于頭頸部腫瘤計劃設計中，結果顯示，計算出的絕大多數自動計劃可被臨床接受或優于手動計劃；李凱旋等[8]將自動計劃模塊用于直腸癌容積弧形調強放射治療計劃設計中，結果顯示，自動計劃在保證計劃質量的同時，提高了計劃效率。

本研究將Pinnacle 的自動計劃模塊應用到10例椎體骨轉移癌患者的計劃設計中，與當前實際臨床應用的手動計劃結果進行比較，得出的研究結果與上述研究相似。10例患者的自動計劃靶區劑量分布均能滿足臨床要求；自動計劃的CI 優于手動計劃，提示自動計劃在靶區外的劑量跌落較快，照射體積小于手動計劃，95%等劑量線貼合靶區更緊密（圖1）；此外，自動計劃在保護危及器官方面亦優于手動計劃，左右腎、脊髓受量相對降低，小腸平均劑量明顯降低（圖2）。

圖1 兩套計劃的劑量分布比較

圖2 兩套計劃危及器官的受量比較

本研究應用自動計劃設計存在的不足為：（1）用于實現自動計劃的腳本設計費時，需要耗費大量時間進行反復調試；（2）自動計劃設計出的結果有時并不理想，尤其是靶區劑量不足，往往需要在自動結果的基礎上進行一兩次的手動微調才可被應用于臨床。

綜上所述，將自動計劃應用于椎體骨轉移癌調強放射治療中，可在保證計劃質量的前提下縮短計劃設計時間，提高效率。

［參考文獻］

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［9］ 廖雄飛，李廚榮，李寧山，等.自動和逆向3DCRT 與逆向IMRT計劃劑量學比較[J].中華放射腫瘤學雜志，2017，26（4）：437-441.

［10］ Hazell I, Bzdusek K, Kumar P, et a1. Automatic planning of head and neck treatment plans[J]. J Appl Clin Med Phys, 2016, 17(1): 272-282.