肺癌組織間插植放療中兩種駐留點(diǎn)優(yōu)化方案的劑量分布比較研究

楊波，孫小楊，龐皓文，吳敬波

西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院 腫瘤科，四川 瀘州 646000

引言

利用192Ir源后裝機(jī)開展組織間插植胸部腫瘤的放射治療，其劑量學(xué)系統(tǒng)是以巴黎系統(tǒng)為基礎(chǔ)的步進(jìn)源系統(tǒng)；按照巴黎系統(tǒng)的計劃制作原則，一般要求駐留點(diǎn)的位置設(shè)計以線狀排列[1-2]。當(dāng)駐留點(diǎn)位置設(shè)定后，利用計劃系統(tǒng)中的優(yōu)化工具調(diào)節(jié)駐留點(diǎn)時間進(jìn)行劑量優(yōu)化，以使得靶區(qū)和正常組織的劑量到達(dá)臨床劑量限制要求。由于在放療計劃設(shè)計時，病人處于手術(shù)床上等待治療狀態(tài)；計劃設(shè)計和劑量優(yōu)化的時間越長，病人等候治療的時間也越長。因此，如何快速完成符合優(yōu)化目標(biāo)的組織間插植放療計劃，對于插植治療尤為重要。為此，本文介紹一種簡化的駐留點(diǎn)設(shè)計優(yōu)化方案，并運(yùn)用該方法設(shè)計放療計劃與以線狀源排列方式的計劃在劑量分布上做一比較，介紹如下。

1 材料與方法

1.1 病案資料

收集2015年1月至2016年1月14例插植放療病案數(shù)據(jù)進(jìn)行比較研究，病人實(shí)際計劃設(shè)計遵循巴黎系統(tǒng)的計劃制作原則[1]，靶區(qū)最大徑小于4 cm置入1根針，大于4 cm考慮置入多針，且針與針之間間隔不小于1 cm，插植針中位數(shù)為3（1～5）；駐留點(diǎn)在插植針道內(nèi)部，步長為0.25 mm，駐留點(diǎn)與CTV輪廓的距離不小于5 mm，以等間距線狀方式排列（圖1）。病案數(shù)據(jù)，見表1。

圖1 駐留點(diǎn)線狀排列方案示意圖

表1 病案基本信息

1.2 近距離插植放療一般步驟

采用銥源后裝近距離組織間插植放射治療技術(shù)，其主要步驟包括[3-8]：① 首先初次CT掃描，范圍超過原發(fā)灶2 cm以上；② 根據(jù)CT掃描圖像所觀察的腫瘤靶區(qū)形狀、大小、位置以及可利用的肋骨間隙來確定插植針數(shù)目、插植深度、插植方向和位置，實(shí)施插植針置入手術(shù)；③ 插植針置入手術(shù)完成后行CT掃描，并將CT圖像傳輸?shù)饺S近距離放射治療計劃系統(tǒng)中勾畫CTV靶區(qū)和正常組織輪廓；④ 制作組織間插植放療計劃并優(yōu)化劑量分布；⑤ 將制作完成的組織間插植放療計劃傳輸至后裝治療機(jī)上實(shí)施治療。

1.3 駐留點(diǎn)線狀排列方案

以實(shí)際放療計劃為基礎(chǔ)，不改變原駐留點(diǎn)數(shù)目和位置；放大處方劑量為10000 cGy；并使用放療計劃系統(tǒng)中提供的劑量分布圖形優(yōu)化工具逐層優(yōu)化劑量分布。組織間插植放療計劃的通過標(biāo)準(zhǔn)為：全肺受到2000 cGy以上的肺體積比小于20%（V20＜20%）；同時95%的CTV體積達(dá)到處方劑量10000 cGy（D95≥10000 cGy），見圖1。

可觀察CT層面上置入兩根插植針，紅色圓點(diǎn)為駐留點(diǎn)位置，駐留點(diǎn)為線狀排列，紅色虛線為CTV靶區(qū)輪廓，實(shí)線為等劑量曲線，其中白色代表15000 cGy，紅色代表10000 cGy，藍(lán)色代表5000 cGy。

1.4 簡化的駐留點(diǎn)設(shè)計優(yōu)化方案

以實(shí)際插植針道為基礎(chǔ)，重新設(shè)計駐留點(diǎn)位置和數(shù)目，駐留點(diǎn)位置的選擇在靶區(qū)面積的覆蓋圓圓心處。處方劑量也為10000 cGy，計劃優(yōu)化與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)與駐留點(diǎn)線狀排列方案相同。該設(shè)計方案的特點(diǎn)在于，駐留點(diǎn)為非線性排列，駐留點(diǎn)數(shù)目較少，簡化了劑量分布優(yōu)化的工作。

以一病例為例（圖2），該病例CT層面上共有兩根插植針道，對每一根插植針道，覆蓋圓圓心的一般設(shè)計方法為（圖2a）：設(shè)插植針在靶區(qū)內(nèi)線段長為L；距離靶區(qū)鄰邊最遠(yuǎn)的距離為d。

圖2 覆蓋圓圓心位置示意圖

如果L≥2 d，那么在這根插植針道上設(shè)計兩個駐留點(diǎn)，第一個覆蓋圓圓心設(shè)計在插值針道內(nèi)植入方向距離靶區(qū)輪廓邊緣d處（圖2b），該覆蓋圓的半徑為d。另一個覆蓋圓圓設(shè)計在針尾處距離靶區(qū)輪廓邊緣d處（圖2c），該覆蓋圓的半徑也為d。根據(jù)這一方法對另一根插植針道設(shè)計覆蓋圓圓心，本例最后共設(shè)計4個覆蓋圓（圖2d）。駐留點(diǎn)位置確定以后，再使用劑量分布圖形優(yōu)化工具進(jìn)行劑量優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果，見圖3。

如果L＜2 d，只設(shè)計一個覆蓋圓圓心位于L線段的中點(diǎn)；設(shè)兩個覆蓋圓圓心距離為M（圖2c），如果M＞2 d，在兩個圓心連線中點(diǎn)處增加一個駐留點(diǎn)。

圖3 簡化的駐留點(diǎn)設(shè)計優(yōu)化方案劑量分布

1.5 劑量學(xué)指標(biāo)與統(tǒng)計分析

靶區(qū)的觀察指標(biāo)包括95%的CTV靶區(qū)受到的最小照射劑量D95、D90和D50；100%處方劑量所包繞的CTV體積V100、V150和V200。患側(cè)肺1 cc所受照的劑量D1cc、D5cc和平均肺劑量（Mean Lung Dose，MLD）；1000 cGy劑量曲線所包繞的患側(cè)肺體積V10、V20和V30；全肺D1cc、D5cc、MLD、V10、V20和V30。心臟平均劑量（Mean Dose，MD）和D50。脊髓D1cc、D5cc和MD。肋骨D1cc、D5cc和MD。數(shù)據(jù)利用SPSS 19.0采用Wilcoxon秩和檢驗(yàn)進(jìn)行分析，以P＜0.05為有統(tǒng)計學(xué)差異。

2 結(jié)果

兩種駐留點(diǎn)方案計劃劑量分布，見圖1和圖3；劑量參數(shù)比較結(jié)果，見表2，各參數(shù)差異不具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。

表2 兩種駐留點(diǎn)設(shè)計方案的劑量參數(shù)（x-±s）

3 討論

在近距離三維計劃系統(tǒng)中進(jìn)行劑量優(yōu)化時，優(yōu)化劑量的分布主要包括兩個優(yōu)化手段[9-15]：駐留點(diǎn)位置或數(shù)目以及駐留點(diǎn)駐留時間。設(shè)計不同的駐留點(diǎn)位置或者調(diào)節(jié)不同駐留點(diǎn)的駐留時間，可形成不同的劑量分布。一般認(rèn)為，設(shè)計更多的駐留點(diǎn)將有利于在計劃系統(tǒng)中劑量分布的優(yōu)化操作；從理論上講，如果駐留點(diǎn)能夠均勻分布于靶區(qū)體積內(nèi)部，更可能使得100%等劑量線與靶區(qū)輪廓線相重合，以提高靶區(qū)適形度。但是，在實(shí)際的臨床插植放療工作中，合理的駐留點(diǎn)位置只能位于置入腫瘤內(nèi)部的插植針管道內(nèi)，這限制了駐留點(diǎn)位置或數(shù)目的選擇。尤其在胸部腫瘤中，肋骨和腫瘤運(yùn)動對于插植針置入手術(shù)的干擾，還影響了的插植針置入位置的準(zhǔn)確性。因此，在目前的胸部腫瘤插植放療中，駐留點(diǎn)均勻布置于靶區(qū)體積內(nèi)部的設(shè)計是不可能的，獲得一個高劑量適形的放療計劃是困難的[4-5,16-17]。

同時，由于步進(jìn)源的劑量分布是圍繞駐留點(diǎn)形成同心圓分布特點(diǎn)，而靶區(qū)邊緣通常為不規(guī)則形狀。這會使得劑量分布必然存在兩種可能：① 為了使得100%處方等劑量線包繞所有CTV靶區(qū)輪廓，必然會導(dǎo)致一部分正常肺體積被包繞其中；② 為了降低100%處方劑量包繞的正常肺體積，必然會漏掉一部分CTV靶區(qū)。雖然，駐留點(diǎn)線狀排列的方案相比于簡化方案，增加了駐留點(diǎn)數(shù)目，有利于劑量分布的優(yōu)化設(shè)計。但是，我們的初步結(jié)果顯示，在靶區(qū)和正常組織受量上的比較差別并不具有統(tǒng)計學(xué)意義。駐留點(diǎn)線狀排列的方案在劑量學(xué)上不存在明顯的優(yōu)勢。說明從三維方向看，駐留點(diǎn)線狀排列的等劑量曲線包繞靶區(qū)的情況并不優(yōu)于簡化的駐留點(diǎn)設(shè)計優(yōu)化方案。這可能初步反應(yīng)了駐留點(diǎn)線狀排列可能并不是提高計劃劑量分布適形的一個決定因素（或充分條件）。相反，更多的駐留點(diǎn)可能會使得劑量優(yōu)化操作變得復(fù)雜，增加計劃設(shè)計和優(yōu)化時間，從而可能延長了病人的等候時間。因此，我們認(rèn)為在192Ir源后裝機(jī)開展組織間插植胸部腫瘤的放射治療中，駐留點(diǎn)線狀排列的設(shè)計方案并不是一個不可代替的計劃設(shè)計方案。

需要指出的是，計劃劑量分布的優(yōu)化時間受到計劃設(shè)計者經(jīng)驗(yàn)、計劃設(shè)計難度等多種因素的影響，采用簡化的駐留點(diǎn)設(shè)計優(yōu)化方案對于病人等候時間的縮短還需要進(jìn)一步研究。同樣，在劑量學(xué)上更全面的比較也有待于擴(kuò)大樣本量進(jìn)行更細(xì)致地研究。本研究中所采用的劑量參數(shù)如V5、V20和V30等雖然與臨床上評價組織受量時所采用的劑量學(xué)參數(shù)為相同名字，但是其意義不同，不能直接用于臨床[18-20]；僅僅作為兩種方案的比較參數(shù)，從物理劑量學(xué)的角度用于區(qū)分兩種計劃方案各自的特點(diǎn)。

綜上所述，簡化的駐留點(diǎn)設(shè)計優(yōu)化方案減少了駐留點(diǎn)數(shù)目，可以簡化劑量的優(yōu)化操作，為縮短病人的等候時間提供了前提，是一種合理可行的計劃優(yōu)化的選擇方案。