最小子野寬度對(duì)IV 期非小細(xì)胞肺癌大分割容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃質(zhì)量的影響

魏鵬，王麗芳，王夢(mèng)雅，呂敏，劉衛(wèi)東，楊君東，葉書(shū)成，（通信作者）

1 濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院放療科 （山東濟(jì)寧 272000）；2 濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院腫瘤科（山東濟(jì)寧 272000）；3 濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)院 （山東濟(jì)寧 272067）

肺癌是目前臨床上最為常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，其在我國(guó)的發(fā)病率和病死率居所有癌癥首位[1-2]。超過(guò)80%的肺癌為非小細(xì)胞肺癌[3]，其中40 %左右的患者確診時(shí)已有遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，即處于疾病的Ⅳ期。放射治療是目前治療非小細(xì)胞肺癌患者的重要手段[4]。容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療（volumetric modulated arc therapy， VMAT）在出束時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)架運(yùn)動(dòng)速度、多葉準(zhǔn)直器運(yùn)動(dòng)和劑量率來(lái)獲得更高的自由度[5-6]，可在不影響靶區(qū)劑量和危及器官（organs at risk， OARs）受量的前提下縮短治療時(shí)間，提高治療效率，已逐漸被廣泛應(yīng)用于非小細(xì)胞肺癌的放射治療中[7-9]。Monaco 治療計(jì)劃系統(tǒng)在VMAT計(jì)劃優(yōu)化時(shí)，提供了最小子野寬度（minimum segment width，MSW）選項(xiàng)，范圍為0.0～2.0 cm。MSW 對(duì)于限制窄的子野具有重要作用，可有效提高多葉準(zhǔn)直器位置的精度。本研究旨在比較不同MSW 在Ⅳ期非小細(xì)胞肺癌大分割VMAT 中的劑量學(xué)差異，以期選取最優(yōu)的MSW，為該參數(shù)的臨床應(yīng)用提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料

隨機(jī)選取2016年1月至2018年12月在濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院放射治療科接受大分割VMAT 的12例IV 期非小細(xì)胞肺癌患者作為研究對(duì)象，其中男6例，女6例；年齡52～87歲，中位年齡68歲；左側(cè)肺癌2例，右側(cè)肺癌10例；均在醫(yī)科達(dá)Monaco 5.11.03治療計(jì)劃系統(tǒng)重新進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)，由高年資放射治療醫(yī)師在肺窗下勾畫(huà)各時(shí)相的腫瘤靶區(qū)（gross target volume，GTV）并生成內(nèi)靶區(qū)（internal target volume，ITV），將ITV 在三維方向上均勻外擴(kuò)0.5 cm 得到計(jì)劃靶區(qū)（planning target volume，PTV）， PTV 平均體積為34.16（5.43～79.22）cm3。

1.2 設(shè)計(jì)方案

CT 模擬定位時(shí)患者取仰臥位，采用立體定向固定體架聯(lián)合真空負(fù)壓袋和腹壓板固定體位，腹壓板壓至腰肋三角下3 cm，在患者平靜呼吸下采用荷蘭飛利浦公司大孔徑CT模擬定位機(jī)對(duì)其進(jìn)行全時(shí)相（10個(gè)時(shí)相）四維CT 掃描，掃描層厚均為0.3 cm，掃描范圍從環(huán)狀軟骨到第12胸椎，包括全胸廓的所有區(qū)域；掃描后的CT 圖像傳輸?shù)組onaco 5.11.03治療計(jì)劃系統(tǒng)，由高年資醫(yī)師勾畫(huà)GTV 和OARs，OARs 包括右肺、左肺、脊髓、心臟等；放射治療計(jì)劃選用醫(yī)科達(dá)Versa HD 直線加速器，能量為6 MV 的X 線，計(jì)算網(wǎng)格0.25 cm,計(jì)劃不確定度為1%，雙弧VMAT 計(jì)劃，分別設(shè)計(jì)MSW 為0.5、1.0、1.5 cm 的3組大分割VMAT 計(jì)劃（MSW0.5 cm、MSW1.0 cm、MSW1.5 cm），3組計(jì)劃除MSW 不同外，其他所有目標(biāo)優(yōu)化參數(shù)一致，PTV 的處方劑量為60 Gy/12次，單次劑量5 Gy。

1.3 計(jì)劃評(píng)估

靶區(qū)評(píng)估采用2% PTV體積的劑量D2、平均劑量Dmean、98% PTV體積的劑量D98、適形度指數(shù)（conformity index，CI）、均勻性指數(shù)（homogeneity index，HI）、靶區(qū)覆蓋率（target coverage，TC）。其中，CI=（TVPV）2/（TV×PV）[10]，式中TVPV為處方劑量所覆蓋的PTV的體積，TV為PTV的體積，PV為處方劑量線所覆蓋的總體積，CI越接近于1，表示靶區(qū)適形度越好；HI=D5/D95[11]，式中D5為5% PTV體積的劑量，D95為95% PTV體積的劑量，HI越接近與1，表示靶區(qū)的均勻性越好；TC（%）=（TVPV/TV）×%。OARs評(píng)估采用雙肺V20、平均劑量Dmean，患側(cè)肺V20、V12.5、V5、平均劑量Dmean，健側(cè)肺V5，心臟Dmax、Dmean，脊髓Dmax，其中Vn

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件數(shù)據(jù)分析，計(jì)量資料以x-±s表示，采用配對(duì)t檢驗(yàn)，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 3組計(jì)劃的靶區(qū)劑量學(xué)比較

3組計(jì)劃的靶區(qū)D2和CI比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）；MSW1.0 cm、MSW1.5 cm 計(jì)劃的靶區(qū)Dmean、D98、TC均低于MSW0.5 cm 計(jì)劃，HI高于MSW0.5 cm 計(jì)劃，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）；MSW1.5 cm 計(jì)劃的靶區(qū)的D98、TC均低于MSW1.0 cm 計(jì)劃，HI高于MSW0.5 cm 計(jì)劃，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），見(jiàn)表1。

表1 3組計(jì)劃的靶區(qū)劑量學(xué)比較（x-±s）

2.2 3組計(jì)劃的OARs 劑量學(xué)比較

MSW1.5 cm 計(jì)劃的雙肺V20、Dmean和患側(cè)肺V20、V12.5、V5、Dmean均低于MSW0.5 cm 計(jì)劃和MSW1.0 cm 計(jì)劃，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）；MSW1.0 cm 計(jì)劃與MSW1.5 cm 計(jì)劃的健側(cè)肺V5、心臟Dmean均低于MSW0.5 cm 計(jì)劃，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），見(jiàn)表2。

表2 3組計(jì)劃的危及器官劑量學(xué)比較（x-±s）

2.3 3組計(jì)劃的控制點(diǎn)數(shù)、機(jī)器跳數(shù)與計(jì)劃驗(yàn)證通過(guò)率比較

MSW1.0 cm 計(jì)劃和MSW1.5 cm 計(jì)劃的控制點(diǎn)數(shù)、機(jī)器跳數(shù)均低于MSW0.5 cm 計(jì)劃，且MSW1.5 cm 計(jì)劃的控制點(diǎn)數(shù)低于MSW1.0 cm 計(jì)劃，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）；3組計(jì)劃的驗(yàn)證通過(guò)率均>90%，但組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），見(jiàn)表3。

表3 3組計(jì)劃的控制點(diǎn)數(shù)、機(jī)器跳數(shù)與計(jì)劃驗(yàn)證通過(guò)率比較（x-±s）

3 討論

Monaco 治療計(jì)劃系統(tǒng)采用蒙特卡羅算法，提高了劑量計(jì)算的準(zhǔn)確性，被越來(lái)越多地應(yīng)用于放射治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)中[12-13]。Monaco 治療計(jì)劃系統(tǒng)在計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)需要設(shè)置眾多優(yōu)化參數(shù)，如MSW、統(tǒng)計(jì)不確定度、通量平滑度、優(yōu)化模式及能量等，不同的優(yōu)化參數(shù)將會(huì)影響計(jì)劃的質(zhì)量和執(zhí)行效率，針對(duì)非小細(xì)胞肺癌大分割VMAT 如何選擇最好的優(yōu)化參數(shù)，需要通過(guò)臨床劑量學(xué)數(shù)據(jù)作為指導(dǎo)。

本研究比較了3種不同MSW 在Ⅳ期非小細(xì)胞肺癌大分割VMAT 中的應(yīng)用，結(jié)果表明，MSW1.0 cm 的計(jì)劃可以獲得與MSW0.5 cm 類似的計(jì)劃質(zhì)量，并且可以提高治療效率；隨著MSW 的增加，D98、HI、TC等指標(biāo)差異顯著，且MSW1.5 cm 計(jì)劃的TC平均值小于95%，不滿足計(jì)劃要求；對(duì)于OARs，MSW0.5 cm 計(jì)劃與MSW1.0 cm 計(jì)劃的雙肺V20、Dmean和患側(cè)肺V20、V12.5、V5、Dmean及心臟與脊髓的Dmax均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但兩者的健側(cè)肺V5與心臟Dmean差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；與MSW0.5 cm 計(jì)劃相比，MSW1.0 cm 計(jì)劃和MSW1.5 cm 計(jì)劃在計(jì)劃控制點(diǎn)數(shù)方面分別減少了22.48%和41.42% ；另外，在機(jī)器跳數(shù)方面，與MSW0.5 cm 計(jì)劃相比，MSW1.0 cm 計(jì)劃和MSW1.5 cm 計(jì)劃分別減少了26.01%和21.03%，顯著提高了計(jì)劃的執(zhí)行效率。

對(duì)于實(shí)施大分割VMAT 的非小細(xì)胞肺癌患者，治療的準(zhǔn)確性與治療效率非常重要。隨著治療時(shí)間的延長(zhǎng)，治療的準(zhǔn)確性將不斷降低，因此臨床上采取了一系列方法來(lái)縮短治療時(shí)間以提高治療的準(zhǔn)確性。Hrbacek 等[7]比較了有無(wú)均整器對(duì)Ⅰ期非小細(xì)胞肺癌立體定向放射治療劑量的影響，結(jié)果顯示，與均整射束相比，無(wú)均整射束可以產(chǎn)生相同的計(jì)劃質(zhì)量，而且顯著縮短了治療時(shí)間。本研究結(jié)果顯示，隨著MSW的增加，機(jī)器跳數(shù)隨之減小，縮短了治療時(shí)間，與Wang 等[14]研究結(jié)果相似。在計(jì)劃驗(yàn)證通過(guò)率方面，本研究3組計(jì)劃的驗(yàn)證通過(guò)率無(wú)顯著性差異，與Wang 等[14]研究結(jié)果不同，這可能是由于靶區(qū)體積大小、計(jì)劃復(fù)雜度、驗(yàn)證設(shè)備等因素的影響造成的。Moon 等[15]對(duì)不同MSW 對(duì)VMAT 計(jì)劃驗(yàn)證通過(guò)率的影響進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示隨著MSW 的增大，計(jì)劃驗(yàn)證通過(guò)率隨之增高。下一步我們將采用更為精準(zhǔn)的三維驗(yàn)證設(shè)備研究非小細(xì)胞肺癌VMAT 計(jì)劃不同優(yōu)化參數(shù)對(duì)驗(yàn)證通過(guò)率的影響。

綜上所述，與0.5、1.5 cm 的MSW 相比較，1.0 cm 的MSW 在保證計(jì)劃質(zhì)量的同時(shí)可減少控制點(diǎn)數(shù)、機(jī)器跳數(shù)并縮短治療時(shí)間，有助于提高治療效率，因此，推薦在Ⅳ期非小細(xì)胞肺癌大分割VMAT 計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)選擇1.0 cm 作為MSW。