固定鉛門尺寸技術在宮頸癌容積調強計劃設計中的應用

龐廷田，楊 波，劉 楠，劉 峽，邱 杰，張福泉

中國醫學科學院 北京協和醫學院 北京協和醫院放射治療科， 北京 100730

·論 著·

固定鉛門尺寸技術在宮頸癌容積調強計劃設計中的應用

龐廷田，楊 波，劉 楠，劉 峽，邱 杰，張福泉

中國醫學科學院 北京協和醫學院 北京協和醫院放射治療科， 北京 100730

目的 探討宮頸癌術后患者容積調強計劃設計中靶區橫向寬度與最優X方向鉛門大小之間的關系。方法 分別對12例宮頸癌術后患者CT圖像制作不同X方向鉛門大小的容積調強計劃，通過對同一患者的不同計劃進行劑量學比較，找到其最優X方向鉛門大小。最后通過不同患者靶區體積與最優鉛門大小的關系，擬合關于靶區橫向寬度與最優鉛門大小的函數方程。結果 在宮頸癌容積調強計劃設計時，隨著靶區橫向寬度的變化，得到的最優鉛門大小也隨之改變。通過對不同靶區體積進行變化鉛門的容積調強計劃設計并比較分析，得到靶區橫向寬度(x)與最優鉛門大小(y)存在一定的關系，最終擬合得到函數方程：y=-0.0033x2+0.7132x+3.6322。結論 宮頸癌術后患者靶區橫向寬度和最優鉛門大小之間存在定量函數變化關系，可將其應用于臨床，以指導宮頸癌術后患者容積調強計劃設計。

宮頸癌；容積調強；固定鉛門；劑量學

MedJPUMCH,2014,5(2):184-188

容積調強技術的出現使放療的治療效率發生了革命性的變化，與常規固定野調強計劃相比，該技術在靶區和危及器官劑量分布方面并無明顯差別，同時大大縮短了治療時間，提高了治療效率[1- 5]。利用Varian Eclipse計劃系統制作容積調強治療計劃時，生成的容積調強計劃都是X方向鉛門固定且鉛門大小為360°旋轉一周各方向上均能包全靶區的最大射野，由于Varian加速器多葉準直器(multileaf collimator，MLC)運動范圍的限制(同側葉片最大相對運動范圍小于15 cm)[6- 8]，如果X方向鉛門設置過大，就會降低MLC對靶區和危及器官的通量調制能力，使靶區劑量分布變差的同時，對危及器官也不能進行最佳保護。由于X方向鉛門大小主要由靶區橫軸寬度決定，所以本研究希望通過對不同靶區的宮頸癌術后患者進行不同鉛門大小設置的容積調強計劃設計，比較不同計劃的靶區和危及器官的劑量分布，探討靶區大小和最優鉛門大小之間的關系，從而用于指導宮頸癌術后患者容積調強計劃設計。

對象和方法

病例選擇

隨機選擇2011年6月至2012年12月在本科接受放射治療的12例宮頸癌術后患者。所有患者的國際婦產科聯盟(International Federation of Gynecology and Obstetrics，FIGO)分期為ⅠB～ⅡA期，術后病理為中-低分化鱗癌，有高危因素如盆腔淋巴結轉移、脈管癌栓或宮頸深層浸潤，需要接受術后盆腔放療。

CT模擬定位

囑患者定位前2 h排空直腸，口服泛影葡胺(20 ml+300 ml水稀釋)，膀胱充盈，采用仰臥位并用熱塑體模進行定位固定，使用Philips BrilianceTM(Philips Healthcare Academy)16排大孔徑CT模擬機進行掃描。掃描范圍從L1椎體到恥骨聯合下5 cm，層厚0.5 cm。掃描完成后將CT圖像傳輸至Varian Eclipse(V8.6，Varian Medical Systems, Palo Alto, CA)計劃系統。

靶區及危及器官勾畫

臨床靶區(clinical target volume，CTV)包括陰道殘端和盆腔區域淋巴結(閉孔、髂內、髂外及髂總淋巴結)，在CTV基礎上前后左右方向各外放0.8 cm、頭腳方向外放1 cm得到計劃靶區(planning target volume，PTV)。危及器官包括直腸、膀胱、小腸、骨髓、股骨頭以及馬尾神經，小腸勾畫至靶區以上5 cm，以保證完全覆蓋照射范圍。

計劃設計

對每例患者的CT圖像，進行順時針和逆時針兩個全弧容積調強計劃設計，MLC角度設置為±10度，第一個計劃由計劃系統自動優化射野尺寸，其余計劃在此計劃基礎上X方向鉛門大小依次進行遞減，遞減步長為1 cm，直到射野尺寸小至不能滿足靶區劑量分布為止；所有計劃的處方劑量均為50.4 Gy/28次，1.8 Gy/次，靶區和危及器官劑量的目標函數設置相同。優化得到的通量通過多葉運動計算器(leaf motion calculator，LMC)轉換成實際通量，選擇利用Sliding Window模式進行劑量傳輸，并利用算法更為精確的AAA(analytical anisotropic algorithm)算法進行劑量計算[9]，計算矩陣為2.5 mm。

治療設備及能量選擇

所有容積調強計劃都利用Varian Eclipse計劃系統在Varian Trilogy(Varian Medical Systems)加速器上用6MV X線產生，該加速器MLC為60對，其中心40對葉片厚度為0.5 cm，外側20對葉片寬度為1 cm。

計劃評估及比較

將所有計劃按處方量至少包繞95% PTV的體積進行劑量歸一。利用劑量體積直方圖(dose-volume histogram，DVH)進行靶區和危及器官的劑量評估。靶區評估參數包括：接受處方劑量V95%、V105%、V110%和Dmean、Dmax，以及靶區的均勻性指數(homogeneity index，HI)和適形度指數(conformity index，CI)，HI定義為D5%/D95%(DX%表示X%的PTV體積接受的最小劑量)，CI=(VPTV/TVPTV)/(TVPTV/TV)=VPTV×TV/TVPTV2(VPTV表示靶區的體積，TV表示患者接受處方劑量的總體積，TVPTV表示PTV中接受處方劑量照射的體積)[10- 11]。危及器官評估參數包括：膀胱、直腸小腸的V30、V40、V50和D40，Dmean以及小腸D2cc、骨髓的V5、V10、V50和Dmean；股骨頭D5；馬尾神經D0.1cc。

統計學處理

采用Excel中的AVERAGE、STDEV以及MEDIAN函數功能進行不同計劃間的靶區和危及器官的劑量分布分析比較。

結 果

一般情況

經測量12例患者PTV靶區橫向寬度范圍為15.8～20.5 cm，平均寬度為18.31 cm。通過對同一患者不同鉛門大小的容積調強計劃進行比較，發現隨著靶區體積的改變，不同體積大小的靶區最終得到的容積調強計劃的最優鉛門也隨之變化，而且隨著靶區橫向寬度的增加，得到的最優鉛門大小有隨之增加的趨勢。

任一病例最優鉛門大小的確定

以病例5的容積調強計劃為例，對靶區和危及器官的劑量分布進行分析比較，從而確定最優鉛門尺寸大小。該患者靶區尺寸為20.5 cm×19.5 cm，計劃系統自動優化得到X方向的尺寸為24 cm。

靶區劑量分布：鉛門為17 cm時PTV劑量分布最優，高量區D5(5%的靶區所受劑量)為54.48 Gy，比所有計劃的平均劑量55.08 Gy低0.8%，比最高值55.6 Gy低約1.7%,比最低值僅高0.6%，并且靶區平均劑量在所有計劃中最低，為52.99 Gy(圖1)。該患者所有計劃的HI和CI見圖2，當鉛門為17 cm時，靶區在適形度較高的同時可保持很好的均勻度。

危及器官劑量分布：當鉛門大小為17 cm時，直腸、小腸、膀胱的D40，以及小腸的D2cc相對于其他鉛門尺寸時均較低(圖3)；同時，膀胱、直腸低劑量區V30、V40的體積比其他鉛門尺寸時更低，而高劑量區的體積V50比其他計劃要高，二者的Dmean在鉛門為17 cm時均為最低。骨髓的V5、V10在所有計劃中并無明顯差異，但是V50和Dmean在鉛門為17 cm時比所有計劃的平均劑量分別低0.8%和1%；此外，股骨頭的D5和馬尾神經D0.1cc在鉛門為17 cm時分別比平均劑量低1.5%和1.3%。

圖 1 病例5不同鉛門大小的容積調強計劃靶區劑量分布 PTV:計劃靶區；Dmean:平均劑量

圖 2 病例5不同鉛門大小的容積調強計劃靶區均勻性指數和適形度指數

圖 3 病例5不同鉛門大小的容積調強計劃直腸、小腸、膀胱D40以及小腸D2cc

機器跳數(monitor units，MU)的變化：各計劃的總MU隨鉛門大小的變化有降低趨勢(圖4)。

靶區橫向寬度與最優鉛門大小之間的函數關系

重復上述過程，找到每例患者最優容積調強計劃的固定鉛門大小(表1)，并建立靶區橫向寬度(x)與最優鉛門大小之間的關系圖(圖5)，并通過曲線擬合出二者之間的函數關系式：y=-0.0033x2+0.7132x+3.6322。將得到的鉛門大小最終取整數。

圖 4 病例5鉛門大小與機器跳數表 1 所有患者最優容積調強計劃的靶區大小及 X方向鉛門大小(cm)

病例橫向寬度縱向長度X方向鉛門大小119.0021.5016.00218.0022.0016.00318.0020.0015.00417.8019.0015.00520.5019.5017.00619.5020.0016.00715.8022.0014.00818.4021.5015.00917.0021.5015.001018.5019.0016.001118.5021.0015.001218.7020.0016.00

圖 5 靶區橫向寬度(x)與最優X方向鉛門大小(y)之間的關系

討 論

近年來很多學者對容積調強放療作了大量的研究，并且在不同部位腫瘤中都取得很好的效果[11- 13]。容積調強實現的一個很重要的硬件基礎就是MLC，不同的加速器生產廠家在MLC設計方面都有自己的特點，同樣由于其設計的不同，容積調強執行的方式也相應變化，例如醫科達加速器就采用了執行過程中的鉛門跟隨技術，瓦里安加速器由于其MLC設計原理的不同，在執行容積調強的過程中鉛門保持不變。鉛門保持不變的優點是提高了容積調強的執行效率，降低了加速器的治療時間，但是其缺點就是如果鉛門大小設置得不合理，會對靶區和危及器官的受照劑量造成損失。

在容積調強計劃的設計過程中，筆者發現有些體積較大的靶區由于設置的鉛門尺寸過小，靶區劑量很難做到適形并且均勻；同理，在一些較小的靶區中，如果設置的鉛門尺寸過大，會對危及器官造成一些不必要的照射。因此，如果能夠通過某些研究手段，找到靶區大小與其最優鉛門尺寸之間的關系，并且用其指導容積調強計劃制作過程，那么在做容積調強計劃時就會減少試錯的過程，提高計劃的制作效率，做到事半功倍。

本研究以宮頸癌術后患者的容積調強計劃為例進行研究。由于本研究中宮頸癌患者的病理分期較早，所以靶區的形狀和位置相對比較固定，根據其靶區的物理特點，一般情況下，靶區的最大橫軸和縱軸在加速器gantry角度為0°的線束視角顯示(beam’s eye view,BEV)時尺寸最大，雖然本研究中MLC旋轉了10°，靶區縱軸長短也不會對計劃設計中X方向鉛門的尺寸設置造成影響。但是，如果是分期較晚的宮頸癌，其靶區包括了腹主動脈淋巴結引流區后，由于縱軸方向大大加長，就會對X方向鉛門的設置產生影響。因為如果射野設置過小，靶區兩端就會部分位于射野以外，導致靶區劑量分布變差；相反，如果射野設置過大，那么由于MLC運動范圍的限制，很難將腎臟等危及器官的劑量限制得很低。所以，對于此種情況，還應另行研究分析。

本研究顯示，雖然個別患者靶區橫向寬度較大，但是其最優鉛門尺寸并沒有相應變得較大，這說明由于本研究所設計的患者數目較少，研究得出的關系式并不能指導所有宮頸癌術后患者的容積調強計劃制作，不排除在某些特殊病例中該關系式失效的情況。

根據光子束的物理劑量學特性，可知隨著射野大小的改變，輸出因子發生相應變化[14- 15]，在本研究中依然遵循這個特點，各計劃的總MU隨鉛門大小的變化有降低趨勢。

其他部位的腫瘤，如頭頸部腫瘤，由于其危及器官和靶區的關系、危及器官的數目及體積都較宮頸癌有較大變化，所以在設計此類患者的容積調強計劃時，射野鉛門的尺寸也會有相應的關系，需進一步研究探討。

綜上所述，通過對靶區橫向寬度和最優鉛門尺寸進行分析，得到二者之間存在的變化關系，將其應用于臨床，可以很好地指導容積調強計劃的制作，在提高容積調強計劃質量的同時可以大大提高計劃制作效率。

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Fixed-jaw Technique in Volumetric Modulated Arc Therapy Plan for Cervical Cancer Radiotherapy

PANG Ting-tian，YANG Bo, LIU Nan, LIU Xia, QIU Jie, ZHANG Fu-quan

Department of Radiation Oncology, Peking Union Medical College Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences &Peking Union Medical College, Beijing 100730, China

QIU Jie Tel: 010-69155481，E-mail：qj_ww@139.com

Objective To summarize the relationship between the transverse dimension of the target volume and the most optimized X jaw size in volumetric modulated arc therapy(VMAT) plan for cervical cancer radiotherapy.Methods The VMAT plans were made by modifying X jaw size on CT images in 12 postoperative patients with cervical cancer. On each image, the best X jaw size was identified. The relationship between the best X jaw size and the transverse width of planning target volume (PTV) was determined. Results The change in the transverse dimension of the target volume was accompanied with the changes of the optimized X jaw size. The relationship between X jaw size (y) and the PTV’s transverse width (x) could be expressed as the following equation:y=-0.0033x2+0.7132x+3.6322. Conclusions There is a relationship between X jaw size and PTV’s transverse width, which can be used for the postoperative VMAT plan design in patients with cervical cancer.

cervical cancer；volumetric modulated arc therapy; fixed-jaw technique；dosimetry

邱 杰 電話：010-69155481，E-mail:qj_ww@139.com

R737.33

A

1674-9081(2014)02-0184-05

10.3969/j.issn.1674-9081.2014.02.012

2013- 08- 19)