Xio治療計劃系統(tǒng)中最小子野邊長限值對食道癌劑量分布的比較研究

申珊珊 何春雷 朱小明 顏佳楠

作者單位：314000 武警浙江省總隊嘉興醫(yī)院

調(diào)強放射治療（IMRT）與三維適形放療（3D-CRT）相比，除了具有良好的劑量學(xué)優(yōu)勢，能將靶區(qū)劑量高度適形的同時靶區(qū)內(nèi)劑量分布也更均勻，能更好地保護靶區(qū)周圍正常組織［1］。IMRT中子野是照射野的基本組成元素，一個子野是指通過多葉準直器（MLC）在特定的機架角度調(diào)制射野出束的面積［2-3］。當(dāng)每個射野區(qū)域內(nèi)的某個子野無法達到逆向優(yōu)化目標函數(shù)的設(shè)定要求時，經(jīng)過子野權(quán)重優(yōu)化（SWO），這些稱為小野的子野會被去除。本文旨在探討調(diào)整食道癌IMRT計劃的最小子野邊長限值，射野內(nèi)小野的放棄所帶來的劑量損失是否對劑量分布產(chǎn)生影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料 隨機選取2013年1月至2015年12月本院放療科收治且進行全程放療的20例經(jīng)臨床明確診斷為食道癌的病例。其中男13例，女7例；中位年齡72.9歲；頸胸上段食道癌8例，胸段食道癌12例。

1.2 計劃設(shè)計方法 東軟大孔徑CT模擬機定位，患者采用仰臥位，雙手交叉放置于頭頂，用熱塑膜固定體位，掃描層厚為5mm。由本科室的放療醫(yī)師在FOCAL工作站上勾畫靶區(qū)及危及器官（OAR），腫瘤體積（GTV）為在影像學(xué)中可見的腫瘤長度，頸胸上段的臨床靶體積CTV上界至環(huán)甲膜水平，下界至隆突下2～3cm，胸段的臨床靶體積CTV上界至鎖骨頭水平氣管周圍的淋巴結(jié)，下界為瘤床下緣2～3cm，PTV在CTV的基礎(chǔ)上均勻外放0.5～1cm。CTV平均處方劑量為60.82Gy，PTV平均處方劑量為54.33Gy，平均分割次數(shù)為28.7次。使用醫(yī)科達公司CMS Xio4.62版本的TPS，每例患者均設(shè)計6個IMRT計劃。選用醫(yī)科達公司precise直線加速器6MV X線，射野方向以減少肺照射體積為原則，同時盡量避免射野直接穿過脊髓和手臂，5個等中心前后分布的固定機架角度分別為（0°、35°、325°、150°、210°），頸胸上段考慮盡量避開脊髓和肱骨頭，采用增加120°和240°兩個后斜野分段照射的方法來提高靶區(qū)適形度。臨床計劃要求95%的靶區(qū)體積被100%的處方劑量覆蓋，靶區(qū)熱點區(qū)域要求V110＜20%，靶區(qū)以外的任何區(qū)域不能出現(xiàn)高于105%的處方劑量，靶區(qū)冷點區(qū)域V93＜3%。正常組織限量為雙肺 Dmean＜13Gy，V30＜20%，V20＜30%，V5＜50%，心臟Dmean＜30Gy，V30＜50%，V40＜40%，脊髓Dmax＜45Gy，脊髓外擴0.5cm＜50Gy。先用靜態(tài)調(diào)強（Step&Shoot）方式逆向優(yōu)化目標函數(shù)，得到含有小野（跳數(shù)＜5MU的子野）的S-IMRT計劃。每例計劃使用相同的射野方向和優(yōu)化參數(shù)，優(yōu)化階數(shù)均選取11，最小子野邊長限值選擇區(qū)間2～3cm，間隔2mm，進一步采用子野權(quán)重優(yōu)化，使用fastsuperposition算法計算劑量，最后得到各子野跳數(shù)均＞5MU的SWO調(diào)強計劃。

1.3 計劃評估 統(tǒng)計每個調(diào)強計劃的機器總跳數(shù)和子野數(shù)，根據(jù)DVH圖評估IMRT計劃，參數(shù)包括CTV和 PTV 的 Dmax、Dmean、Dmin、V110、V95、V93、HI（均勻性指數(shù)），及正常組織受量（包括雙肺V30，V20，V5，Dmean， 心 臟 V30，V40，Dmean， 脊 髓Dmax，脊髓外擴0.5cmDmax。HI的計算公式為：HI=（D2-D98）/D50；式中D2為2%的靶區(qū)體積受到的最低照射劑量，D98為98%的靶區(qū)體積受到的最低照射劑量，D50為50%的靶區(qū)體積接受的最低劑量；HI值越低，說明射野內(nèi)射線劑量越集中，劑量分布越均勻，臨床治療效果越好［2］。因4.62版本的Xio計劃系統(tǒng)無法將參考等劑量線面包繞的靶體積形成組織輪廓，適形度指數(shù)（CI）公式中等劑量線包繞的區(qū)域體積無法求出，故CI因子在本文中不做討論。

1.4 計劃驗證 所有的SWO調(diào)強計劃均行通量面劑量驗證。驗證時將所有機架角度歸0，采用德國IBA公司的電離室探測器陣列（Mattrix），考慮到反向散射，在探測器矩陣下方放置3cm固體水，矩陣上方放置4.7cm的固體水，驗證前先校正矩陣的用戶使用因子，然后在5cm深度處測量每個射野的面劑量分布，用Gamma分析法分析和比較使用不同最小子野邊長限值的SWO-IMRT計劃的劑量分布差異。

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS Version22對計量資料行t檢驗和雙變量相關(guān)分析，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 不同子野邊長限值的IMRT計劃間機器總跳數(shù)和子野數(shù)比較 見表1。

表1 食道癌患者不同最小子野邊長限值兩種調(diào)強計劃間的機器總跳數(shù)及子野數(shù)比較

2.2 不同子野邊長限值對靶區(qū)劑量分布的影響 食道癌患者IMRT計劃在進行子野權(quán)重優(yōu)化前設(shè)置不同的子野邊長限值，靶區(qū)CTV和PTV的V110、Dmean、HI，CTV 的 Dmax比較均不同（P=0.001～0.014），見表2。隨著最小子野邊長限值從2.0cm增大至3.0cm，靶區(qū)CTV的Dmax值從高于處方劑量的110.42%增大至112.71%。靶區(qū)CTV和PTV的V93、D95、Dmin比較均相近（P=0.059～0.887），見表 3。危及器官雙 肺 Dmean、V30、V20、V5， 心 臟 Dmean、V30、V40，脊髓Dmax，脊髓外擴0.5cmDmax比較均相近（P=0.05～0.89），見表 4。

表2 食道癌患者不同最小子野邊長限值靶區(qū)CTV和PTV劑量比較

表3 食道癌患者不同最小子野邊長限值靶區(qū)CTV和PTV劑量比較

表4 食道癌患者不同最小子野邊長限值危及器官劑量參數(shù)比較

2.3 不同最小子野邊長限值的SWO調(diào)強計劃面劑量通過率比較 治療計劃系統(tǒng)所有的平面劑量圖與治療機下采集的通量圖進行Gamma分析，采用閾值信號0.00～1.00的范圍，最小子野邊長的限值從2.0增大至3.0時，統(tǒng)計分析劑量驗證的通過率是99.23%～99.68%，平均通過率是99.60%。

3 討論

IMRT技術(shù)目前已經(jīng)廣泛運用于各種先進的直線加速器機型中，調(diào)強的逆向優(yōu)化算法利用形成通量強度分布圖來生成不同大小面積的子野，達到腫瘤靶區(qū)內(nèi)形成均勻的高劑量分布，臨近的正常組織受照射劑量盡可能低的目的，從而獲取顯著的治療增益比［4］。靜態(tài)調(diào)強計劃包含小面積子野，＜5MU的子野不僅使總的子野數(shù)目增多，而且增加了單次治療時間，這使治療時患者保持同一體位的位移誤差增大，靶區(qū)和正常組織劑量分布的不確定性也相應(yīng)的增加［1］。有研究表明，在不影響靶區(qū)劑量分布和正常組織受量的前提下，通過改善優(yōu)化條件可以減少計劃總的子野數(shù)和總的機器跳數(shù)，治療時間也相應(yīng)地縮短［5-6］。本研究通過設(shè)計不同最小子野邊長限值的食道癌SWO調(diào)強計劃，平均總的機器跳數(shù)減少15%（P=0.001），平均總的子野數(shù)減少34%（P=0.001），經(jīng)子野權(quán)重優(yōu)化后機器跳數(shù)和子野數(shù)減少與目前已經(jīng)報道的宮頸癌、前列腺癌SWO計劃結(jié)果基本相符［4-5］，靶區(qū)的適形度和均勻度及正常組織劑量分布均能滿足臨床治療劑量要求。機器MU和子野數(shù)目的多少與臨床醫(yī)師給的處方劑量和靶區(qū)面積大小密切相關(guān)［6］。本研究采用的樣本數(shù)是20例食道癌患者，包含頸胸上段和胸段靶區(qū)，且所有的處方劑量不一致，如果放大樣本量，選入下段和全段食道癌的SWO調(diào)強計劃，機器跳數(shù)和子野數(shù)均減少能達到提高臨床單次治療時效，降低加速器的損耗更有說服力。

隨著子野邊長限值增大，靶區(qū)的最大熱點和V110包繞的區(qū)域增大，均勻性指數(shù)逐漸增大，但是從橫斷面劑量分布圖觀察，均在臨床可接受的范圍，DVH圖上靶區(qū)93%的低劑量區(qū)體積、平均劑量及靶區(qū)95%的體積均能達到醫(yī)師給的處方要求。臨近危及器官雙肺、心臟、脊髓、脊髓外擴0.5cm的受照射劑量隨子野邊長限值的增大無顯著變化，雙肺和心臟的受量主要跟照射野的入射方向及分布角度有關(guān)，脊髓的受量跟靶區(qū)的距離遠近相關(guān)，頸段食道癌患者的靶區(qū)距離頸椎管很近，尤其是有頸部淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的橫向靶區(qū)，脊髓受量較難控制。做靜態(tài)調(diào)強計劃時選取的目標函數(shù)參數(shù)直接影響生成的子野強度分布圖，為了避免子野參數(shù)對靶區(qū)和危及器官的劑量分布影響，每例患者的不同子野邊長調(diào)強計劃采用的目標函數(shù)一致，并且對每一個SWO計劃做矩陣面劑量驗證，通過率均能＞99%。

總之，使用CMS Xio4.62TPS設(shè)計食道癌IMRT計劃時，最小子野邊長限值越小，靶區(qū)均勻性越高，但是機器跳數(shù)和子野數(shù)也會增加從而影響治療時間因子。