膀胱相對電子密度對術后宮頸癌放射治療計劃的劑量影響*

石先偉 陳亞正 何 英 梁麗華 唐組閣 王 麗 袁 志 別 俊 潘榮強*

當前主流的腫瘤放射治療計劃系統(treatment planning system，TPS)是以計算機斷層掃描[1](computed tomograph，CT)圖像為基礎進行靶區、正常組織勾畫和計劃設計，而組織電子密度或者相對電子密度是TPS通量優化以及劑量計算時必不可少的因子。人體組織的電子密度在計劃系統中是通過器官的CT-密度曲線轉換為對應的電子密度，從而成為放射治療計劃不均勻劑量校正計算的重要因素[1]。因此，準確的電子密度信息對劑量計算至關重要。本研究避開CT-密度曲線，通過國際輻射測量標準委員會(International Commission on Radiation Unites and Measurements，ICRU)46號報告[2]提供的人體電子密度來計算相對電子密度(relative electron density，rED)，提供給計劃系統(Monaco 5.11瑞典)里組織勾畫功能模塊用以計算，通過人為指定電子密度的方法研究其對放射治療計劃劑量準確性的影響。

表1 三種治療計劃與原始計劃之間的靶區劑量參數偏差(，%)

注：表中D98為98%計劃靶區體積劑量；D2為2%計劃靶區體積劑量；Dmean為平均劑量

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選取2018年1月至2019年12月南充市中心醫院實施放射治療的4例術后宮頸癌患者CT圖像，保留原始計劃，并重新計算符合臨床劑量處方的計劃。術后宮頸癌患者的計劃臨床靶體積(planning clinical target volume，PCTV)包括腹部淋巴結引流區(PCTVln)，陰道殘端(PCTV1)，宮旁組織(PCTV2)，周圍正常器官主要包括膀胱、直腸、小腸及左右股骨頭。放射治療計劃系統為Monaco5.11版本，計劃設計過程中對危及器官(organ at risk，OAR)的劑量限值為：膀胱劑量體積V40＜40%，直腸V40＜40%，小腸V30＜30，所有靶區和OAR的D1cc≤50 Gy。所有靶區的劑量處方均為45 Gy/25次。

供試品種為大力士蘇丹草(Sorghum sudanense)作為旱區高產穩收的一年生禾本科優質牧草，其適應性強，飼用價值高，適用于調制干草、青飼和青貯等。

1.2 儀器設備

采用Axess加速器(瑞典Elekta公司)多葉光柵數據，以及Monaco5.11計劃系統(瑞典Elekta公司)設計宮頸癌放射治療計劃。

1.3 放射治療計劃

制定放射治療計劃的基本原則是在保證處方劑量覆蓋靶區體積95%以上即D95≥處方劑量，盡可能壓低正常組織的受量。除電子密度外在優化的宮頸癌治療計劃與原始計劃采用一致的條件，采用雙全弧360°的容積旋轉調強放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)技術進行照射[3-5]。使用子野形狀優化方法和存儲劑量片段方法提高計算效率。計算網格為0.3 cm×0.3 cm×0.3 cm，最小子野寬度0.6 cm。

歌詞是歌曲傳播的載體，現下有許多流行歌曲的歌詞內容豐富，文筆優美，有的博古通今，有的貼近生活，富有較多的文學素養等著我們去挖掘。當然也存在較為惡俗的歌詞，這時就需要老師嚴格把關，慎重選擇，再推薦給學生。那么，如何將歌詞運用到作文教學中去呢？怎么教會學生在流行歌詞中找素材，煉字句，將歌詞中的好與美化為己用呢？

1.4 數據處理方法

本文設計一種用于可流動狀態下細胞電阻抗成像檢測的多電極陣列微流控芯片。該芯片可以對靜止狀態下的細胞和流動狀態下的細胞進行電阻抗成像檢測。仿真軟件模擬結果顯示,電極對內部細胞的位置變化比較敏感,可以通過電極所測量的電壓變化計算出細胞的空間分布。

以原始計劃(Plan)為參考計劃，計算Plan1、Plan2和Plan3的劑量參數與參考計劃參數的偏差，其計算為公式1：

式中X為1、2、3。

在OAR中，對于膀胱：Plan1的D1cc、Dmean、V30及V40與原始計劃的偏差為-0.3%～-0.5%，Plan2引起的偏差為1%～3%，Plan3產生的誤差最為寬泛，為-5%～1%。直腸的劑量參數在Plan1中的偏差在-0.1%左右，Plan2和Plan3偏差分別是前者的2倍和10倍以上。小腸的劑量參數在Plan1和Plan2中波動范圍很小，為-0.02%～-0.44%，Plan3中的小腸劑量參數波動范圍＜1.79%。Plan2、Plan3的個別參數偏差＞2%，按照文獻[7-9]以及醫用電子直線加速器質量控制指南標準[10]不建議臨床使用。膀胱電子密度改變后對3種計劃的子野總數無影響，出束跳數的平均偏差分別為0.05%、-0.47%和1.84%。準確的電子密度導致跳數不受影響，rED增大則使跳數偏差也增加，即呈線性相關。Plan1的整體劑量偏差＜0.6%，從放射治療精確度考慮與原始計劃無明顯差異。3種治療計劃與原始計劃OAR劑量參數的比較見表2。

通過國際輻射測量標準委員會ICRU 46號報告查詢到膀胱和人體的rED，從而得到rED=1.027，將該值填入Monaco 5.11系統中勾畫功能模塊對應位置，將該計劃命名為Plan1。此外，為了觀察該值對計劃的影響，取膀胱的rED=0.5、rED=1.5對應的計劃為Plan2，Plan3。每個患者CT圖像制定3個計劃，4例患者共12個治療計劃。改變rED后只計算劑量，無需重新優化通量。計算完畢后，將所有計劃的PCTVln劑量歸一到D95為45 Gy，在劑量-體積直方圖(dosevolume histogram，DVH)中統計的劑量參數包括所有靶區的D98、D2以及平均劑量(Dmean)，OAR膀胱、直腸和小腸的劑量D1cc和Dmean為30 Gy、40 Gy覆蓋的相對體積容積劑量參數為V30和V40。

2 結果

2.1 靶區劑量偏差

將rED為1.027、0.5和1.5在計劃系統中賦予膀胱電子密度，分別生成Plan1，Plan2，Plan3。1.027是準確的膀胱平均電子密度，另取0.5、1.5作為實驗電子密度來評估該參數對計劃劑量的影響。在靶區PCTV1、PCTV2和PCTVln的劑量參數D98、D2及Dmean在3種計劃中與原始計劃Plan0的偏差中，Plan1中的3個靶區的劑量參數偏差為-0.01%～0.04%，且88%的數值略低于原始計劃；Plan2中靶區劑量與Plan0的偏差為-0.11%～1.63%；Plan3與Plan0的靶區劑量偏差為-4.64%～1.58%。在靶區劑量方面，與原始計劃比較，Plan1與Plan2的偏差＜2%，均可忽略不計。rED為1.5生成的Plan3對靶區劑量準確性造成了明顯影響，遠高于Plan1、Plan2。3種治療計劃與原始計劃之間的靶區劑量參數偏差見表1。

2.2 OAR劑量偏差

比較同一患者不同計劃之間跳數和子野總數的偏差。

表2 三種治療計劃與原始計劃危及器官劑量參數的比較(，%)

表2 三種治療計劃與原始計劃危及器官劑量參數的比較(，%)

注：表中D1cc為1 cc體積所受照劑量；Dmean為平均劑量；V30和V40均為容積劑量參數

3 討論

將膀胱的rED為1.027，人為賦予放射治療計劃系統而產生的計劃(Plan1)與原始計劃相比(Plan0)偏差可忽略不計。為減少與原始計劃的區別，生成的計劃未重新優化通量，只進行了劑量計算。此外隨機選擇rED=0.5、1.5產生計劃(Plan2、Plan3)來比較rED的改變對計劃劑量準確度產生的影響

在北京石油干部管理學院學習的兩個月中，我們學習了很多哈佛管理課程。“溝通難題”，本身就是提高自身工作能力的一種表現。

國外學者[11-14]分別對組織電子密度對于腫瘤位于頭部、頸部、腹部、胰腺癌以及前列腺癌的放射治療計劃的影響進行研究，其結果顯示電子密度對靶區和OAR的劑量影響在2%和5%以內。Prior等[6]為了研究磁共振圖像直接用于肺癌容積旋轉IMRT計劃計算，而將相對電子密度賦予計劃系統模塊，選取了6例患者，對靶區和肺組織均進行rED賦值，劑量參數與基于CT圖像生成的計劃相比有5%的偏差[6,15]。Jonsson等[16]研究了電子密度對喉癌三維適形放射治療計劃和靜態固定野調強計劃的影響，其勾畫了肺組織，軟組織，但未勾畫骨骼，靶區的D95與原始計劃的平均偏差在-0.56%左右(-2.47～0.46)。Rank等[13]和Karotki等[14]證明了對骨骼、空氣以及軟組織使用合理的rED可以生成臨床上可接受的放射治療計劃。諸如上述研究主要基于單個靶區和少數OAR的參數統計，對于不同部位的腫瘤放射治療計劃，相對電子密度對計劃劑量的影響結論并不一致。

4 結論

本研究通過ICRU找到準確的膀胱絕對電子密度，進一步計算得到其相對電子密度，在Monaco計劃系統上賦予該值，統計靶區PCTV1、PCTV2及PCTVln的D98、D2和Dmean多項指標，以及重要OAR的各種劑量參數包括D1cc、Dmean、V30及V40，其結果表明，膀胱準確的相對電子密度可以生成與原始計劃偏差極小，且符合臨床需要的放射治療計劃。Chen等[17]在基于磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)上的胰腺癌放射治療體位研究中，將胰腺腫瘤以及肝、腎、腸胃道以及脊髓等所有正常組織均授予準確的相對電子密度，得到了符合臨床治療的放射治療計劃。本研究修改了一個OAR的rED，如果賦予更多器官的電子密度，是否能得到與原始計劃一致的劑量結果有待于進一步驗證。主流的放射治療計劃系統以CT圖像為基礎，但MRI在軟組織對比度上和功能影像方面更有優勢[18-20]。由于MRI缺乏電子密度信息而無法直接用來劑量計算，將導入到計劃系統中的MRI手動賦予電子密度這一方法可以解決這一困難。本研究為MRI投入計劃系統參與劑量計算提供了前期基礎，對提高腫瘤放射治療精度具有重要的指導意義。