射線能量和均整特性對宮頸癌容積旋轉調強計劃質量的影響

蘇世達，覃 文，張大偉，張 偉，韋珍珍，葉為鏹

（廣西醫科大學第一附屬醫院放療科 廣西 南寧 530021）

引言

IMRT技術（包括容積旋轉調強）是目前腫瘤放射治療的主流技術。IMRT技術是通過增大射線入射角度范圍，增加子野數量、改變子野形狀，調節劑量率大小來實現劑量分布的調制，實現靶區劑量較高的覆蓋率和較好的適形度及均勻性，更好地保護危及器官和正常組織，有效地提高腫瘤控制率、降低放療副反應。與常規放療技術和三維適形放療相比，IMRT技術對劑量分布的調制能力大大增強，降低了對射線能量大小和射線平坦度、均整性的要求，15MV或更高能量的X射線在IMRT技術應用中不具優勢。非均整模式X射線不具平坦性、均整性，但具有射線利用率高、劑量率高、散射和漏射少等優點[1-3]，能提高放療的效率和放射生物學效應。非均整模式X射線在IMRT技術應用中有諸多優勢，尤其在立體定向放療中更體現獨特的優勢。非均整模式X射線的劑量學特性復雜，其臨床應用的研究是目前放療學科的研究熱點。目前，市場銷售的醫用直線加速器主要提供6 MV、6 FFF、10 MV、10 FFF四種能量模式的X射線,這四種模式的X射線適合大部分腫瘤的放射治療。本研究分析、比較6 MV、6 FFF、10 MV、10 FFF四種模式下宮頸癌容積旋轉調強計劃劑量學差異，評估X射線能量和均整性對計劃質量的影響，給臨床應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 病例選擇

隨機選取2018年3至12月在我院放療科收治的宮頸癌患者15例，年齡38～67歲，中位年齡55歲。按FIGO分期標準，患者分期為：ⅡB～ⅣA期，需體外放療加腔內近距離后裝放療的根治性放療。

1.2 靶區勾畫

由經驗豐富的高級職稱醫師根據國際相關指南，勾畫臨床靶區CTV和淋巴結腫瘤靶區GTVnd。臨床靶區CTV外擴6～8mm，得到計劃靶區PTV45；淋巴結腫瘤靶區GTVnd外擴6～8mm，得到淋巴結計劃靶區PTV60。靶區處方劑量為PTV60 60Gy/25F,PTV45 45Gy/25F。原發腫瘤GTV通過腔內近距離后裝放療推量。

1.3 射線特性

醫科達Versa HD醫用直線加速器,Agility治療機頭配備80對多葉準直器（MLC）,每片葉片在等中心位置的投影寬度為5mm，每片葉片的最大速度6.5cm/s。加速器配備四種能量模式X射線：均整X射線6 MV和10 MV（簡稱6 FF和10 FF）和非均整X射線6 FFF、10 FFF。四種射線6 MV、10 MV、6 FFF、10FFF的劑量率連續可變，最大劑量率分別為：600、600、1400、2200 MU/min。四種射線6 MV、6 FFF和10 MV、10FFF的射線質指數PDD20/10（10cm×10cm照射野下測量）分別為：0.57、0.57、0.61、0.60。射線6 MV與6 FFF，10 MV與10FFF中心軸的能譜差異很小。

1.4 計劃設計

使用醫科達Versa HD醫用直線加速器，應用Monaco 5.11計劃系統,采用蒙特卡洛算法，以相同的計劃參數設置、相同的優化函數設置，每位患者分別用四種能量模式設計VMAT計劃。計劃設置的參數是：單弧順時針旋轉360°，準直器角度為0°，最大控制點150。蒙特卡洛算法的統計不確定度為每個控制點3%，計算網格3mm。

1.5 評估方法

所有計劃采用劑量體積直方圖DVH進行評估。統計、比較四組不同能量模式計劃的參數：靶區覆蓋率（target coverage，TC）、平均劑量Dmean、最大劑量Dmax、適形度指數CI、均勻度指數HI；危機器官OARs、正常組織 （normal tissue, NT）的相關參數；機器跳數MU、計劃執行時間（delivery time, DT）。

正常組織定義為Body減去靶區和危機器OAR官剩下的體積。

適形度指數CI定義為[4]：CI=（PTV100%/PTV）×（PTV100%/V100%），其中PTV為計劃靶區體積，PTV100%為100%的處方劑量所覆蓋PTV的體積，V100%為100%的處方劑量所包含的體積。CI介于0～1，越接近于1，表示靶區的適形性越好。

均勻度指數HI，依據ICRU83號報告[5]，定義為：HI=（D2%-D98%）/D50%，其中D2%是2%靶區體積接受的劑量，D98%是98%靶區體積所接受的劑量，D50%是50%靶區體積所接受的劑量。HI值越接近于0，說明靶區劑量的分布越均勻。

1.6 統計學分析

通過SPSS19.0軟件對數據進行統計學處理，數據用均數±標準差表示，均數之間的比較采用配對t檢驗。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 靶區劑量

四組計劃的靶區劑量參數統計數據見表1。四種能量模式下，所有計劃均能達到臨床治療對靶區的覆蓋要求。6 MV與10 MV兩組計劃的靶區覆蓋率、平均劑量、最大劑量及適形度指數、均勻度指數五個參數的統計結果差異微小，說明6 MV與10 MV這兩種能量對靶區的劑量學影響差異不大。比較6 MV與6 FFF計劃、10 MV與10 FFF計劃，均整模式計劃的靶區PTV60、PTV45劑量學參數統計結果略優于非均整模式計劃（除靶區PTV45的適形度指數CI外）。一例患者四種不同能量模式VMAT計劃DVH圖比較，見圖1。

圖1 四種不同能量模式VMAT計劃DVH圖示例

表1 四組不同能量模式宮頸癌VMAT計劃的靶區劑量學比較

表2 四組不同能量模式宮頸癌VMAT計劃的危機器官劑量學比較

表3 四組不同能量模式宮頸癌VMAT計劃的正常組織劑量學比較

表4 四組不同能量模式宮頸癌VMAT計劃的機器跳數和執行時間比較

2.2 危機器官劑量

各危機器官劑量參數的統計數據見表2。由表2可知，四組計劃的脊髓、直腸、膀胱、腎所接受的劑量和照射體積統計結果差異不大，差異無統計學意義（P＞0.05）。比較6 MV與6 FFF計劃、10 MV與10 FFF計劃，非均整模式計劃的股骨頭平均劑量Dmean比均整模式低1.2～1.7Gy，劑量體積V30Gy比均整模式低3.3%～4.7%，差異有統計學意義（P＜0.05）。

2.3 正常組織劑量

正常組織的平均劑量及低劑量照射體積統計數據見表3。由表3可知，高能量計劃的平均劑量Dmean和低劑量照射體積V都比低能量計劃略小。與6 MV計劃相比，10 MV計劃的V2Gy、V1Gy分別減少了1.2%、2.7%。非均整模式與均整模式計劃之間的比較：與6 MV計劃比較，6 FFF計劃的平均劑量Dmean和低劑量照射體積V略?。慌c10 MV計劃比較，10 FFF計劃的平均劑量Dmean和低劑量照射體積V略小（除V1Gy、V2Gy、V3Gy外）。

2.4 機器跳數和執行時間

四組計劃的機器跳數MU和執行時間DT見表4。機器跳數MU，非均整模式比均整模式高。6 FFF計劃比6 MV計劃的機器跳數高27.2%，10 FFF計劃比10 MV計劃的機器跳數高44.2%。6 FFF計劃比6 MV計劃的執行時間長2.6秒，10 FFF計劃比10 MV計劃的執行時間長3.9秒。四組計劃的執行時間差異不大，差異無統計學意義（P＞0.05）。

3 討論

常規放療和三維適形放療技術，在深部腫瘤的治療中，特別是腹部、盆腔腫瘤，選用高能量光子線對計劃質量的提升有明顯的優勢[6]。高能量光子線有更強的穿透力，使靶區覆蓋更好，劑量分布更均勻。高能光子線還有更寬的建成區，使正常組織低劑量照射體積更小。因此，對于常規放療和三維適形放療技術，高能光子線對治療深部腫瘤有一定的優勢。IMRT和VMAT技術增加射線入射角度的范圍，增加照射野的子野數量，提升射線對計劃劑量分布的調制能力，減少了射線能量大小因素對計劃質量的影響[7]。本研究結果表明，6 MV與10 MV兩組不同能量計劃的靶區和危機器官劑量學參數統計結果差異微小，無顯著差異；對于保護正常組織NT，10 MV計劃有微弱的優勢，10 MV計劃組的正常組織接受的平均劑量和低劑量照射體積略小于6 MV計劃組，差異有統計學意義（P＜0.05）。文獻[8-9]研究射線能量對深部腫瘤調強計劃質量的影響，其研究結果與本研究結果相似。考慮高能X射線帶來的中子污染，對患者及放射治療工作人員產生潛在的輻射危險和健康隱患[10-11]，在IMRT和VMAT技術應用中應優先考慮6 MV能量X射線。

均整模式下的6 MV和10 MV計劃的靶區劑量學參數統計結果略優于非均整模式下的6 FFF和10 FFF計劃（除靶區PTV45的適形度指數CI外）,均整模式計劃略有優勢，但差異不顯著。均整與非均整模式下，危機器官脊髓、直腸、膀胱、腎的劑量學統計結果差異不大，差異無統計學意義（P＞0.05）。但是，非均整模式的6 FFF和10 FFF計劃對保護股骨頭有第一定的優勢。統計數據顯示，非均整模式計劃的股骨頭平均劑量Dmean比均整模式低1.2～1.7Gy，劑量體積V30Gy比均整模式低3.3%～4.7%。在保護正常組織方面，非均整模式計劃略有優勢：與6 MV計劃比較，6 FFF計劃的平均劑量Dmean和低劑量照射體積V略小；與10 MV計劃比較，10 FFF計劃的平均劑量Dmean和低劑量照射體積V略?。ǔ齎1Gy、V2Gy、V3Gy外）。

在機器跳數方面，非均整組計劃跳數比均整組計劃高，有顯著差異：6 FFF計劃比6 MV計劃的機器跳數高27.2%，10 FFF計劃比10 MV計劃的機器跳數高44.2%。在計劃執行時間方面，6 FFF計劃組比6 MV計劃組的執行時間長2.6秒，10 FFF計劃組比10 MV計劃組的執行時間長3.9秒。四組計劃的執行時間差異不大，差異無統計學意義（P＞0.05）。本研究中計劃執行時間統計結果與文獻[12]的結果相似，與文獻[13]的結果稍有差異，差異的原因可能與不同品牌加速器的射線劑量學特性、多葉光柵MLC的特性、不同計劃系統的優化算法之間的差異相關。