最小子野寬度對IV 期非小細胞肺癌大分割容積旋轉調強放射治療計劃質量的影響

魏鵬，王麗芳，王夢雅，呂敏，劉衛東，楊君東，葉書成，（通信作者）

1 濟寧醫學院附屬醫院放療科 （山東濟寧 272000）；2 濟寧醫學院附屬醫院腫瘤科（山東濟寧 272000）；3 濟寧醫學院臨床醫學院 （山東濟寧 272067）

肺癌是目前臨床上最為常見的惡性腫瘤之一，其在我國的發病率和病死率居所有癌癥首位[1-2]。超過80%的肺癌為非小細胞肺癌[3]，其中40 %左右的患者確診時已有遠處轉移，即處于疾病的Ⅳ期。放射治療是目前治療非小細胞肺癌患者的重要手段[4]。容積旋轉調強放射治療（volumetric modulated arc therapy， VMAT）在出束時通過調節機架運動速度、多葉準直器運動和劑量率來獲得更高的自由度[5-6]，可在不影響靶區劑量和危及器官（organs at risk， OARs）受量的前提下縮短治療時間，提高治療效率，已逐漸被廣泛應用于非小細胞肺癌的放射治療中[7-9]。Monaco 治療計劃系統在VMAT計劃優化時，提供了最小子野寬度（minimum segment width，MSW）選項，范圍為0.0～2.0 cm。MSW 對于限制窄的子野具有重要作用，可有效提高多葉準直器位置的精度。本研究旨在比較不同MSW 在Ⅳ期非小細胞肺癌大分割VMAT 中的劑量學差異，以期選取最優的MSW，為該參數的臨床應用提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料

隨機選取2016年1月至2018年12月在濟寧醫學院附屬醫院放射治療科接受大分割VMAT 的12例IV 期非小細胞肺癌患者作為研究對象，其中男6例，女6例；年齡52～87歲，中位年齡68歲；左側肺癌2例，右側肺癌10例；均在醫科達Monaco 5.11.03治療計劃系統重新進行計劃設計，由高年資放射治療醫師在肺窗下勾畫各時相的腫瘤靶區（gross target volume，GTV）并生成內靶區（internal target volume，ITV），將ITV 在三維方向上均勻外擴0.5 cm 得到計劃靶區（planning target volume，PTV）， PTV 平均體積為34.16（5.43～79.22）cm3。

1.2 設計方案

CT 模擬定位時患者取仰臥位，采用立體定向固定體架聯合真空負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模擬定位機對其進行全時相（10個時相）四維CT 掃描，掃描層厚均為0.3 cm，掃描范圍從環狀軟骨到第12胸椎，包括全胸廓的所有區域；掃描后的CT 圖像傳輸到Monaco 5.11.03治療計劃系統，由高年資醫師勾畫GTV 和OARs，OARs 包括右肺、左肺、脊髓、心臟等；放射治療計劃選用醫科達Versa HD 直線加速器，能量為6 MV 的X 線，計算網格0.25 cm,計劃不確定度為1%，雙弧VMAT 計劃，分別設計MSW 為0.5、1.0、1.5 cm 的3組大分割VMAT 計劃（MSW0.5 cm、MSW1.0 cm、MSW1.5 cm），3組計劃除MSW 不同外，其他所有目標優化參數一致，PTV 的處方劑量為60 Gy/12次，單次劑量5 Gy。

1.3 計劃評估

靶區評估采用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（conformity index，CI）、均勻性指數（homogeneity index，HI）、靶區覆蓋率（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，表示靶區的均勻性越好；TC（%）=（TVPV/TV）×%。OARs評估采用雙肺V20、平均劑量Dmean，患側肺V20、V12.5、V5、平均劑量Dmean，健側肺V5，心臟Dmax、Dmean，脊髓Dmax，其中Vn

1.4 統計學處理

采用SPSS 22.0統計軟件數據分析，計量資料以x-±s表示，采用配對t檢驗，P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 3組計劃的靶區劑量學比較

3組計劃的靶區D2和CI比較，差異無統計學意義（P>0.05）；MSW1.0 cm、MSW1.5 cm 計劃的靶區Dmean、D98、TC均低于MSW0.5 cm 計劃，HI高于MSW0.5 cm 計劃，差異有統計學意義（P<0.05）；MSW1.5 cm 計劃的靶區的D98、TC均低于MSW1.0 cm 計劃，HI高于MSW0.5 cm 計劃，差異有統計學意義（P<0.05），見表1。

表1 3組計劃的靶區劑量學比較（x-±s）

2.2 3組計劃的OARs 劑量學比較

MSW1.5 cm 計劃的雙肺V20、Dmean和患側肺V20、V12.5、V5、Dmean均低于MSW0.5 cm 計劃和MSW1.0 cm 計劃，差異有統計學意義（P<0.05）；MSW1.0 cm 計劃與MSW1.5 cm 計劃的健側肺V5、心臟Dmean均低于MSW0.5 cm 計劃，差異有統計學意義（P<0.05），見表2。

表2 3組計劃的危及器官劑量學比較（x-±s）

2.3 3組計劃的控制點數、機器跳數與計劃驗證通過率比較

MSW1.0 cm 計劃和MSW1.5 cm 計劃的控制點數、機器跳數均低于MSW0.5 cm 計劃，且MSW1.5 cm 計劃的控制點數低于MSW1.0 cm 計劃，差異均有統計學意義（P<0.05）；3組計劃的驗證通過率均>90%，但組間差異無統計學意義（P>0.05），見表3。

表3 3組計劃的控制點數、機器跳數與計劃驗證通過率比較（x-±s）

3 討論

Monaco 治療計劃系統采用蒙特卡羅算法，提高了劑量計算的準確性，被越來越多地應用于放射治療計劃的設計中[12-13]。Monaco 治療計劃系統在計劃設計時需要設置眾多優化參數，如MSW、統計不確定度、通量平滑度、優化模式及能量等，不同的優化參數將會影響計劃的質量和執行效率，針對非小細胞肺癌大分割VMAT 如何選擇最好的優化參數，需要通過臨床劑量學數據作為指導。

本研究比較了3種不同MSW 在Ⅳ期非小細胞肺癌大分割VMAT 中的應用，結果表明，MSW1.0 cm 的計劃可以獲得與MSW0.5 cm 類似的計劃質量，并且可以提高治療效率；隨著MSW 的增加，D98、HI、TC等指標差異顯著，且MSW1.5 cm 計劃的TC平均值小于95%，不滿足計劃要求；對于OARs，MSW0.5 cm 計劃與MSW1.0 cm 計劃的雙肺V20、Dmean和患側肺V20、V12.5、V5、Dmean及心臟與脊髓的Dmax均無統計學差異，但兩者的健側肺V5與心臟Dmean差異有統計學意義；與MSW0.5 cm 計劃相比，MSW1.0 cm 計劃和MSW1.5 cm 計劃在計劃控制點數方面分別減少了22.48%和41.42% ；另外，在機器跳數方面，與MSW0.5 cm 計劃相比，MSW1.0 cm 計劃和MSW1.5 cm 計劃分別減少了26.01%和21.03%，顯著提高了計劃的執行效率。

對于實施大分割VMAT 的非小細胞肺癌患者，治療的準確性與治療效率非常重要。隨著治療時間的延長，治療的準確性將不斷降低，因此臨床上采取了一系列方法來縮短治療時間以提高治療的準確性。Hrbacek 等[7]比較了有無均整器對Ⅰ期非小細胞肺癌立體定向放射治療劑量的影響，結果顯示，與均整射束相比，無均整射束可以產生相同的計劃質量，而且顯著縮短了治療時間。本研究結果顯示，隨著MSW的增加，機器跳數隨之減小，縮短了治療時間，與Wang 等[14]研究結果相似。在計劃驗證通過率方面，本研究3組計劃的驗證通過率無顯著性差異，與Wang 等[14]研究結果不同，這可能是由于靶區體積大小、計劃復雜度、驗證設備等因素的影響造成的。Moon 等[15]對不同MSW 對VMAT 計劃驗證通過率的影響進行了研究，結果顯示隨著MSW 的增大，計劃驗證通過率隨之增高。下一步我們將采用更為精準的三維驗證設備研究非小細胞肺癌VMAT 計劃不同優化參數對驗證通過率的影響。

綜上所述，與0.5、1.5 cm 的MSW 相比較，1.0 cm 的MSW 在保證計劃質量的同時可減少控制點數、機器跳數并縮短治療時間，有助于提高治療效率，因此，推薦在Ⅳ期非小細胞肺癌大分割VMAT 計劃設計時選擇1.0 cm 作為MSW。