旋轉調強放射治療角間距對于深淺部靶區劑量優化的影響*

吳曉輝　許敬輝　黎 杰　陳亞正*

容積旋轉調強(volumetric-modulated arc technique，VMAT)作為調強放射治療當中的一種高端技術在臨床中被廣為采用，對于體積較小且孤立的靶區有明顯的治療優勢。影響VMAT計劃劑量分布的因素有很多，包括多葉準直器的葉片寬度、多葉準直器形成的子野寬度、旋轉調強機架運動角度間距、準直器角度、弧的數量以及劑量計算的優化算法等。其中旋轉調強的弧長等于治療計劃的控制點個數與角間距度數設置的乘積。基于固定的系統算法，計劃參數設置的差別會對計劃的質量有部分影響，不同的參數計劃結果產生不同程度的影響。綜合各種影響條件的改動，治療計劃的劑量分布會有明顯的差異，評估計劃時根據劑量的分布情況與靶區適形度指數(conformity index，CI)和均勻性指數(homogeneity index，HI)，可以找到針對固定病種最合適的固定參數條件設置。

目前，在放射治療的發展進程下，圖像引導下調強放射治療技術(image guided radiation therapy，IGRT)與調強放射治療技術(intensity modulated radiation therapy，IMRT)等放射治療都可采用VMAT技術[1-5]。此技術在放射治療實施中有明顯的優勢，可在提高靶區適形度和均勻性的同時，降低正常組織的體積受量，縮短放射治療時間，提高了治療師的工作效率，在放射生物效應方面有明顯的改善[6-8]。基于此，本研究探討分析治療計劃系統中的角間距參數對VMAT計劃的影響，尋求針對固定病種最合適的固定參數條件設置，為腫瘤放射治療旋轉調強技術的實施提供了參考。

1　材料與方法

1.1　一般資料

選取2015年6月至2016年2月四川省腫瘤醫院收治的25例腫瘤放射治療患者；按照病種將其分為鼻咽癌組(10例)，肺癌組(10例)和乳腺癌組(5例)，所有入組患者的CT數據傳輸至Oncentra4.3計劃系統上，靶區與危及器官由同1名醫師勾畫。

1.2　儀器設備

計劃系統：Oncentra 4.3加速器(瑞典醫科達)。

1.3　放射治療計劃

(1)每個病例設計3個放射治療計劃，角間距度數分別為2°、3°和4°。除此之外同病例的優化不改變其他設置參數。醫科達直線加速器自動添加光柵，直線加速器射線能量值統一使用6 MV。3組計劃對比VMAT計劃建立一致參數，同病例的全部計劃弧長一致，采用相同的計算網格為0.3 cm×0.3 cm×0.3 cm，迭代次數設置為30，每例計劃旋轉調強采用雙弧。計劃設計以2°角間距的旋轉調強計劃為模板拷貝，修改參數僅為角間距度數。基于不同的病種之間采用不同的弧長設置，鼻咽癌與肺癌采用全弧照射(角度從181°開始，旋轉弧長為356°)。乳腺癌采用半弧照射(起始角度為220°，旋轉弧長170°)。鼻咽癌、肺癌與乳腺癌的控制點個數與弧長的關系見表1。

表1　弧長與控制點個數統計(個)

(2)在弧長與控制點個數關系中遵守旋轉調強的數據公式。所有的計劃在同一病例中靶區劑量的D95全部歸一至相同劑量，靶區劑量臨床標準接受誤差范圍是3%[9]。并且同一病例的3個計劃靶區體積覆蓋值和優化方案與算法全部保持一致，最終的劑量-體積直方圖(dose-volume histogram，DVH)各項線性指數與劑量在CT斷層面上的分布都將由專業人員進行審核，評價符合正常的放射治療要求的計劃將作為入組數據進行對比。

1.4　評價指標

三種角間距參數做出的計劃數據分別進行測試比較，根據結果中的P值判斷角間距度數對治療計劃產生的影響力度[10]。對比危及器官劑量作用于衡量不同的角間距度數對正常器官的保護力度是否有偏差；對比CI值與HI值作用于比較不同的角間距度數對于提升和覆蓋靶區劑量是否有影響。上述兩點主要作用于衡量和評價一個計劃的質量，研究靶區的CI與HI可以直接影響到放射治療計劃在臨床中的治療效果；減少危及器官的劑量覆蓋可以減小患者在治療過程中產生的副作用，因此衡量和評價放射治療計劃尤為重要。

1.5　統計學方法

分析過程中使用SPSS 18.0軟件進行3組數據同步分析，其結果作為計劃優劣衡量標準之一；另外截取3組計劃的斷層劑量分布圖，對比靶區同一層的劑量線分布，以2°角間距做出的計劃作為模板進行單層劑量分布面積比較，其比較結果作為第二項計劃衡量標準。綜上兩項計劃評價標準進行計劃對比，針對鼻咽癌、肺癌作為深部靶區計劃的評價；乳腺癌作為淺層靶區計劃的評價，分析結果即是三種角間距度數在當前研究的深淺部靶區計劃中產生的影響大小，以及為不同的角間距度數在不同深度靶區放射治療計劃中的合理應用提供參考。

2　結果

2.1　鼻咽癌數據

(1)統計對比鼻咽癌組的靶區的劑量，CI與HI，其結果顯示，靶區D98、D50、D02、CI以及HI差異均無明顯統計學意義(F=4.521，F=18.399，F=11.652，F=22.584，F=5.786；P＞0.05)，見表2。

(2)統計對比鼻咽癌組的脊髓和口咽的劑量，對比跳數，其結果顯示，脊髓Dmean、脊髓Dmax、跳數、口咽Dmean以及口咽Dmax差異無明顯統計學意義(F=6.547，F=12.542，F=8.907，F=15.366，F=33.520；P＞0.05)，見表3。

(3)統計對比鼻咽癌組的腦干和雙側腮腺劑量，其結果顯示，腦干Dmean、腦干Dmax、左腮腺Dmean、左腮腺D33、右腮腺Dmean以及右腮腺D33差異無明顯統計學意義(F=56.657，F=40.544，F=19.232，F=5.877，F=16.456，F=33.660；P＞0.05)，見表4。

2.2　肺癌數據

(1)統計對比肺癌組的靶區劑量，CI與HI，其結果顯示，靶區D98、D50、D02、CI以及HI差異無統計學意義(F=11.669，F=2.674，F=1.599，F=2.984；P＞0.05)，但靶區D98差異有統計學意義(F=9.768，P＜0.05)，見表5。

(2)統計對比肺癌組脊髓、跳數和心臟的劑量，其結果顯示，脊髓Dmean、心臟D33以及心臟Dmean差異無統計學意義(F=4.658，F=3.897，F=14.896；P＞0.05)；但跳數具有明顯統計學差異(F=5.667，P＜0.05)，見表6。

表2　鼻咽癌靶區劑量、CI與HI對比(x-±s)

表3　鼻咽癌脊髓、跳數與口咽劑量對比(x-±s)

表4　鼻咽癌腦干與雙側腮腺劑量對比(x-±s)

表5　肺癌靶區劑量、CI與HI對比(x-±s)

(3)統計對比肺癌組的雙肺劑量，其結果顯示，V10、V20、V30、V40、V50以及Dmean差異無統計學意義(F=23.533，F=31.665，F=3.896，F=5.901，F=12.766，F=7.998；P＞0.05)；但雙肺的V5具有明顯統計學意義(F=6.878，P＜0.05)，見表7。

2.3　乳腺癌數據

(1)統計對比乳腺癌組靶區劑量，CI與HI值，其結果顯示，靶區D50、D02、CI及HI差異均具有明顯統計學意義(F=61.029，F=50.95，F=10.363，F=40.504；P＜0.05)，但靶區D98差異無明顯統計學意義(F=1.155，P＞0.05)，見表8。

(2)統計對比乳腺癌組肺劑量，跳數與健側乳腺劑量，其結果顯示，肺V20與跳數差異具有統計學意義(F=7.212，F=19.464；P＜0.05)，但肺V5、Dmean、健側乳腺Dmean及Dmax無明顯統計學意義(F=0.44，F=3.521，F=0.851，F=0.305；P＞0.05)，見表9。

(3)統計對比乳腺癌組心臟劑量，脊髓劑量，其結果顯示，心臟D33、Dmean、脊髓Dmean、Dmax差異均無明顯統計學意義(F=1.465，F=2.582，F=0.779，F=0.779；P＞0.05)，見表10。

表6　肺癌脊髓、跳數與心臟劑量對比(x-±s)

表7　肺癌雙肺劑量對比(x-±s)

表8　乳腺癌靶區劑量，CI與HI對比(x-±s)

表9　乳腺癌肺劑量、跳數與健側乳腺的劑量對比(x-±s)

表10　乳腺癌心臟與脊髓劑量對比(x-±s)

3　討論

綜合上述各項對比結果可發現，在角間距度數的設置中，針對不同腫瘤部位的計劃可以產生不同的影響力度。在過去的非調強放射治療計劃中，放射治療計劃的適形度差，不能對危及器官進行足夠的保護，產生的放射治療副作用反應較為明顯，治療效果較差。而容積旋轉調強不僅可以良好地保護正常組織，提高靶區劑量覆蓋度，在放射治療實施過程中的效率也得到大幅度提高[11]。在旋轉調強計劃的設計過程中，由于涉及參數較多，計劃系統的劑量優化時間一般在2 h以上，但是在加速器上出束的時間僅為2～4 min，醫護人員在腫瘤放射治療技術領域可更多地應用旋轉調強計劃[12-13]。

在本研究的25例患者的計劃對比中發現，鼻咽癌與肺癌等腫瘤部位分布較深層的計劃，在同等的參數制作過程中更適用于大角度的角間距，如4°的角間距度數設置。在旋轉調強過程中，加速器機頭所經過路徑弧長中都會出射線，而深部腫瘤的周圍保護組織更多，劑量穿過人體到達深部的路徑更長，所以大角度的角間距參數設置可以使得系統在優化劑量的時候射線出束自由度更高，通過手動補償的虛擬擋塊與采用權值對于危及器官的限量壓制，可以更好地規避危及器官，使得計劃的劑量分布效果和實施都達到最優化。在淺部腫瘤的計劃制作過程中，如乳腺癌等近皮膚的靶區劑量優化則更適用于小角度角間距設置，如2°角間距。淺層靶區靠近人體表面，射線可直接到達靶區而無需穿過人體的正常組織器官，所以采用小角度的角間距設置會讓計劃系統在進行計量優化的過程中更精細，優化效果更好。各項對比參數更有說服力地證明這一點，由于劑量優化的結果影響參數眾多，角間距只是眾多影響因子中的一個，因此在同等制作放射治療計劃的過程中，這一項參數的改動對放射治療計劃的整體影響不會造成實質性的變化。

本研究結果為腫瘤放射治療旋轉調強技術的實施提供了參考，深部腫瘤適合采用4°角間距制定放療計劃，淺部腫瘤適用于采用2°角間距來進行優化設計。

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