Monaco與Pinnacle計(jì)劃系統(tǒng)在胸中段食管癌調(diào)強(qiáng)放療中的劑量學(xué)比較

張瑞英，楊 超，徐曉捷，雷亞楠，侯 鵬

食管癌在我國的發(fā)病率和死亡率較高，由于發(fā)現(xiàn)時(shí)病期較晚，大多已經(jīng)失去了手術(shù)的機(jī)會(huì)，因此放射治療是局部晚期食管癌的主要治療手段[1]。調(diào)強(qiáng)放療(intensity modulated radiotherapy，IMRT)即調(diào)強(qiáng)適形放射治療，是三維適形放療的一種，其輻射野內(nèi)劑量強(qiáng)度按照一定要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得靶區(qū)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(jīng)被廣泛用于食管癌的放射治療中。在胸中段食管癌調(diào)強(qiáng)放療中，其危及器官(organ at risk，OAR)涉及左右肺、心臟、靶區(qū)位置緊鄰的脊髓等，在保證危及器官劑量限制的同時(shí)，還要盡量提高靶區(qū)的劑量[3-4]。調(diào)強(qiáng)放療受到多方面的影響，如不同的治療計(jì)劃系統(tǒng)(treatment planning system，TPS)計(jì)算結(jié)果存在差異[5-8]。本文比較Monaco和Pinnacle計(jì)劃系統(tǒng)在胸中段食管癌調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃中的劑量學(xué)差異，評(píng)估兩種TPS的優(yōu)缺點(diǎn)，為在以后的食管癌調(diào)強(qiáng)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(jī)選取2020年在河南科技大學(xué)第一附屬醫(yī)院接受調(diào)強(qiáng)放療的胸中段食管癌患者16例為研究對象?；颊吣挲g53～83歲，中位年齡73歲。計(jì)劃靶區(qū)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(qū)勾畫患者均仰臥于碳纖維板上，雙臂交叉放于頭頂，熱塑網(wǎng)膜固定，CT掃描層厚5 mm，經(jīng)局域網(wǎng)傳至Pinnacle39.10計(jì)劃系統(tǒng)上。由醫(yī)師勾畫大體腫瘤靶區(qū)(GTV)、臨床靶區(qū)(CTV)、計(jì)劃靶區(qū)(PTV)和危及器官。其中，GTV為影像學(xué)和內(nèi)鏡或者CT-PET可見的腫瘤和腫大轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)；CTV 是在GTV 的基礎(chǔ)上前后左右方向外擴(kuò) 0.5 cm，頭腳方向外擴(kuò)3cm；PTV為考慮到器官運(yùn)動(dòng)范圍和擺位誤差在CTV的基礎(chǔ)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(qū)體積。

1.3 計(jì)劃設(shè)計(jì)為了方便兩種計(jì)劃系統(tǒng)的比較，將選取病例的CT圖像在Pinnacle39.10系統(tǒng)上進(jìn)行靶區(qū)和危及器官的勾畫，然后通過局域網(wǎng)傳輸至Monaco 5.11 計(jì)劃系統(tǒng)，保證兩套計(jì)劃系統(tǒng)處理的靶區(qū)和危及器官的一致性。由同一物理師根據(jù)醫(yī)生推薦的標(biāo)準(zhǔn)和自己的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)，分別利用Pinnacle39.10計(jì)劃系統(tǒng)和Monaco 5.11計(jì)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)固定野調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃，布野均采用前一后四，角度分別為200°、220°、0°、140°、160°。所有計(jì)劃均采用6 MV X光子線照射。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)劑量的比較基于Monaco和Pinnacle兩種計(jì)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)的胸中段食管癌調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃均能很好的滿足臨床劑量要求。從表1可以看出，兩種計(jì)劃在PTV的Dmax和Dmin無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，PTV的Dmean存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，Pinnacle計(jì)劃比Monaco計(jì)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(jì)劃系統(tǒng)的計(jì)劃都優(yōu)于Pinnacle計(jì)劃，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。說明Monaco計(jì)劃在靶區(qū)劑量分布方面有優(yōu)勢。

表1 16例胸中段食管癌患者2種計(jì)劃中PTV的劑量比較

2.2 危及器官劑量及機(jī)器跳數(shù)的比較從表2可以看出，同Monaco計(jì)劃相比較，Pinnacle計(jì)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(jì)劃，但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(見表2)。說明Pinnacle計(jì)劃在肺的保護(hù)方面更有優(yōu)勢。從表3可以看出，同Monaco計(jì)劃相比，Pinnacle計(jì)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(jì)劃在心臟保護(hù)方面占優(yōu)勢。脊髓的保護(hù)方面兩種計(jì)劃無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，機(jī)器跳數(shù)MU也無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

表2 16例胸中段斷食管癌患者2種計(jì)劃左右肺的劑量比較

表3 16例胸中斷食管癌患者2種計(jì)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(fā)的惡性腫瘤，調(diào)強(qiáng)放療是放射治療的主要技術(shù)[9-12]。本研究通過Monaco和Pinnacle兩套計(jì)劃系統(tǒng)為胸中段食管癌設(shè)計(jì)調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃，結(jié)果表明兩套計(jì)劃系統(tǒng)都能滿足臨床要求，Monaco計(jì)劃在靶區(qū)的劑量分布和心臟的保護(hù)方面占優(yōu)勢，而Pinnacle計(jì)劃在左右肺的保護(hù)方面更占優(yōu)勢。

兩套計(jì)劃系統(tǒng)在計(jì)劃優(yōu)化時(shí)采用的算法不同[13]。Monaco計(jì)劃系統(tǒng)采用更為精確的蒙特卡羅算法，Pinnacle計(jì)劃系統(tǒng)采用的是卷積/迭加算法。在危及器官的限制上，Monaco計(jì)劃系統(tǒng)利用生物目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行OAR所有點(diǎn)位的劑量約束，Pinnacle計(jì)劃系統(tǒng)利用一個(gè)或多個(gè)物理目標(biāo)函數(shù)來約束相應(yīng)OAR的DVH上一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)位，因此靶區(qū)和OAR受照劑量和體積會(huì)有差異[14]。

放射性肺炎是食管癌放療的重要并發(fā)癥，輕者可無癥狀，重者會(huì)發(fā)生廣泛的肺纖維化，導(dǎo)致呼吸功能障礙甚至死亡。因此，食管癌放療中肺的保護(hù)尤其重要[15]。比起Monaco計(jì)劃，Pinnacle計(jì)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(fā)生的概率。因此，在肺的保護(hù)方面Pinnacle計(jì)劃系統(tǒng)占優(yōu)勢。由于Pinnacle計(jì)劃對肺的保護(hù)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(jì)劃劑量不足，因此Monaco計(jì)劃總的靶區(qū)劑量高于Pinnacle計(jì)劃。對于心臟的保護(hù)上來說，Monaco計(jì)劃的V30和V40低于Pinnacle計(jì)劃，因此更有利于心臟的保護(hù)。

Monaco計(jì)劃系統(tǒng)較Pinnacle計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算精度高，優(yōu)化速度慢，調(diào)試計(jì)劃所需的時(shí)間較長，但是兩套計(jì)劃系統(tǒng)都能滿足臨床要求。每個(gè)醫(yī)院都有不止一套計(jì)劃系統(tǒng)，通過了解不同計(jì)劃系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，可以在今后的工作中，根據(jù)不同病例的實(shí)際情況在計(jì)劃設(shè)計(jì)中選擇合適的計(jì)劃系統(tǒng)。