Monaco與Pinnacle計劃系統在胸中段食管癌調強放療中的劑量學比較

張瑞英，楊 超，徐曉捷，雷亞楠，侯 鵬

食管癌在我國的發病率和死亡率較高，由于發現時病期較晚，大多已經失去了手術的機會，因此放射治療是局部晚期食管癌的主要治療手段[1]。調強放療(intensity modulated radiotherapy，IMRT)即調強適形放射治療，是三維適形放療的一種，其輻射野內劑量強度按照一定要求進行調節，使得靶區劑量分布均勻，可明顯提高腫瘤控制率，并減少正常組織的放射性損傷[2]，已經被廣泛用于食管癌的放射治療中。在胸中段食管癌調強放療中，其危及器官(organ at risk，OAR)涉及左右肺、心臟、靶區位置緊鄰的脊髓等，在保證危及器官劑量限制的同時，還要盡量提高靶區的劑量[3-4]。調強放療受到多方面的影響，如不同的治療計劃系統(treatment planning system，TPS)計算結果存在差異[5-8]。本文比較Monaco和Pinnacle計劃系統在胸中段食管癌調強放療計劃中的劑量學差異，評估兩種TPS的優缺點，為在以后的食管癌調強放療中選擇合適的TPS方案提供參考。

1 資料與方法

1.1 臨床資料隨機選取2020年在河南科技大學第一附屬醫院接受調強放療的胸中段食管癌患者16例為研究對象。患者年齡53～83歲，中位年齡73歲。計劃靶區PTV(planning target volume, PTV)的長度9.6～22.3 cm，中位長度14.4 cm。

1.2 定位與靶區勾畫患者均仰臥于碳纖維板上，雙臂交叉放于頭頂，熱塑網膜固定，CT掃描層厚5 mm，經局域網傳至Pinnacle39.10計劃系統上。由醫師勾畫大體腫瘤靶區(GTV)、臨床靶區(CTV)、計劃靶區(PTV)和危及器官。其中，GTV為影像學和內鏡或者CT-PET可見的腫瘤和腫大轉移淋巴結；CTV 是在GTV 的基礎上前后左右方向外擴 0.5 cm，頭腳方向外擴3cm；PTV為考慮到器官運動范圍和擺位誤差在CTV的基礎上外放 0.5 cm；危及器官包括左右肺、脊髓和心臟。處方劑量為6 000 cGy，分30次，每次2 Gy，要求處方劑量至少包括95%的靶區體積。

1.3 計劃設計為了方便兩種計劃系統的比較，將選取病例的CT圖像在Pinnacle39.10系統上進行靶區和危及器官的勾畫，然后通過局域網傳輸至Monaco 5.11 計劃系統，保證兩套計劃系統處理的靶區和危及器官的一致性。由同一物理師根據醫生推薦的標準和自己的經驗設計目標函數，分別利用Pinnacle39.10計劃系統和Monaco 5.11計劃系統設計固定野調強放療計劃，布野均采用前一后四，角度分別為200°、220°、0°、140°、160°。所有計劃均采用6 MV X光子線照射。

2 結果

2.1 靶區劑量的比較基于Monaco和Pinnacle兩種計劃系統設計的胸中段食管癌調強放療計劃均能很好的滿足臨床劑量要求。從表1可以看出，兩種計劃在PTV的Dmax和Dmin無統計學差異，PTV的Dmean存在統計學差異，Pinnacle計劃比Monaco計劃高112.3 cGy(t=7.185，P<0.05)。對于CI(t=-2.534，P<0.05)和HI(t=2.482，P<0.05)，Monaco計劃系統的計劃都優于Pinnacle計劃，差異有統計學意義。說明Monaco計劃在靶區劑量分布方面有優勢。

表1 16例胸中段食管癌患者2種計劃中PTV的劑量比較

2.2 危及器官劑量及機器跳數的比較從表2可以看出，同Monaco計劃相比較，Pinnacle計劃的左、右肺V5分別低4.26%(t=-4.286，P<0.05)、4.95%(t=-6.639，P<0.05)，右肺的V20和Dmean分別低1.81%(t=-2.507，P<0.05)、103.66 cGy(t=-4.107，P<0.05)；左肺的V20和Dmean也低于Monaco計劃，但差異無統計學意義(見表2)。說明Pinnacle計劃在肺的保護方面更有優勢。從表3可以看出，同Monaco計劃相比，Pinnacle計劃心臟的V30和V40分別高了3.44%(t=1.845，P<0.05)和1.82%(t=1.345，P<0.05)，說明Monaco計劃在心臟保護方面占優勢。脊髓的保護方面兩種計劃無統計學差異，機器跳數MU也無統計學差異。

表2 16例胸中段斷食管癌患者2種計劃左右肺的劑量比較

表3 16例胸中斷食管癌患者2種計劃心臟和脊髓劑量以及MU的比較

3 討論

食管癌是我國高發的惡性腫瘤，調強放療是放射治療的主要技術[9-12]。本研究通過Monaco和Pinnacle兩套計劃系統為胸中段食管癌設計調強放療計劃，結果表明兩套計劃系統都能滿足臨床要求，Monaco計劃在靶區的劑量分布和心臟的保護方面占優勢，而Pinnacle計劃在左右肺的保護方面更占優勢。

兩套計劃系統在計劃優化時采用的算法不同[13]。Monaco計劃系統采用更為精確的蒙特卡羅算法，Pinnacle計劃系統采用的是卷積/迭加算法。在危及器官的限制上，Monaco計劃系統利用生物目標函數進行OAR所有點位的劑量約束，Pinnacle計劃系統利用一個或多個物理目標函數來約束相應OAR的DVH上一個或多個點位，因此靶區和OAR受照劑量和體積會有差異[14]。

放射性肺炎是食管癌放療的重要并發癥，輕者可無癥狀，重者會發生廣泛的肺纖維化，導致呼吸功能障礙甚至死亡。因此，食管癌放療中肺的保護尤其重要[15]。比起Monaco計劃，Pinnacle計劃的肺V5、V20、Dmean都有所降低，在一定程度上降低了放射性肺炎發生的概率。因此，在肺的保護方面Pinnacle計劃系統占優勢。由于Pinnacle計劃對肺的保護好，劑量主要分布在縱膈方向(前有心臟)，而PTV與左右肺重合的部分相對Monaco計劃劑量不足，因此Monaco計劃總的靶區劑量高于Pinnacle計劃。對于心臟的保護上來說，Monaco計劃的V30和V40低于Pinnacle計劃，因此更有利于心臟的保護。

Monaco計劃系統較Pinnacle計劃系統計算精度高，優化速度慢，調試計劃所需的時間較長，但是兩套計劃系統都能滿足臨床要求。每個醫院都有不止一套計劃系統，通過了解不同計劃系統的優缺點，可以在今后的工作中，根據不同病例的實際情況在計劃設計中選擇合適的計劃系統。