宮頸癌VMAT計劃中不同收斂模式的劑量學差異

張向學，張 謙，孫春堂，尹如鐵，李清麗，陳亞正

（四川大學華西第二醫院婦產科，成都 610041）

0 引言

全球約80%的宮頸癌患者需要進行放療，而照射劑量準確性是放療質量控制的重要組成部分[1-2]。目前宮頸癌放療中使用的容積旋轉調強放療（volumetric modulated arc therapy，VMAT）是一種常見的技術，其劑量均由放療計劃系統中的優化條件及劑量計算模型計算所得[3-5]。Eclipse計劃系統提供了一個新的計算選項——收斂模式（convergencemode，CM），允許用戶通過更改優化器中的收斂模式設置來增強調制量，還允許用戶請求優化器時對解決方案執行更廣泛的抽樣，并對空間的收斂設置了嚴格的優化準則[6]。這使得用戶能夠定義優化參數的目標函數在最小化程度上持續優化，在更長的時間內目標函數可能會產生更好的危及器官保護和更高的靶區適形性和均勻性，同時實現更加精確的劑量照射。目前國內對收斂模式的研究報道相對較少，在宮頸癌放療計劃方向使用收斂模式的研究更少。本研究通過使用2種不同的收斂模式，即打開（ON）和關閉（OFF）進行宮頸癌術后放療計劃設計，比較其劑量學差異，并做驗證計劃，通過電子射野影像系統（electronic portal imaging device，EPID）驗證2種收斂模式所做計劃的通過率，為臨床應用提供參考。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選取四川大學華西第二醫院2020年3—11月接受放療的20例宮頸癌術后患者，年齡33～67歲，中位年齡48歲。納入標準：（1）經活組織病理檢查證實為宮頸癌；（2）年齡≤75歲；（3）分期為ⅠB～ⅡA期（2018年國際婦產科聯盟分期標準）；（4）病理類型均為鱗狀細胞癌；（5）宮頸癌術后患者；（6）臨床醫生確認其有中危因素，需要接受術后盆腔放療；（7）臨床資料完整。排除標準：（1）繼發性宮頸癌者；（2）妊娠或哺乳期婦女；（3）未按要求完成放療者。

1.2 設備

使用飛利浦大孔徑CT模擬定位機獲取患者圖像，采用Eclipse 15.5計劃系統制訂放療計劃，加速器選擇Varian Trilogy，60對多葉光柵，最大開野40 cm×40 cm。

1.3 CT定位

所有患者均采用仰臥位，雙上肢抱頭，在CT模擬定位機上進行平靜狀態下掃描，掃描層厚3 mm，掃描范圍為上界T10至下界股骨中段。

1.4 靶區勾畫和處方劑量

由高年資醫師參考ICRU 50報告、ICRU 62報告及其他影像資料（MRI、PET-CT等）勾畫計劃靶區（planning target volume，PTV）和危及器官[7]。PTV范圍包括陰道殘端、宮旁組織、淋巴結引流區，處方劑量為45 Gy/25次。危及器官包括膀胱、小腸、直腸、左右股骨頭及其他骨組織（髂骨和骶骨）。

1.5 計劃設計

在Eclipse 15.5計劃系統中進行VMAT計劃設計，X射線能量均為6 MV，劑量率600 MU/min，射野設計為2個全弧（逆時針：179°～181°，準直器角度357°；順時針：181°～179°，準直器角度3°），雙弧均為共面照射，劑量計算網格為2.5mm×2.5mm×2.5mm。同時在相同優化限制條件下設置收斂模式，采用ON和OFF 2種模式分別進行優化設計，選擇Sliding－Window模式進行劑量傳輸，并采用各向異性分析算法（anisotropic analytical algorithm，AAA）進行劑量計算。

1.6 計劃評估

PTV劑量學參數：將2種收斂模式的PTV劑量歸一至D95%45 Gy。從劑量-體積直方圖（dose-volume histogram，DVH）中提取PTV最大劑量Dmax、最小劑量Dmin、平均劑量Dmean，以及體積劑量參數：D2%、D5%、D50%、D95%、D98%；計算PTV劑量均勻性指數[8-10]（homogeneity index，HI）、適形性指數[7-9]（conformity index，CI）。比較以上劑量學參數在2種計劃中的統計學差異。HI計算公式為

式中，D2%、D98%、D50%分別為DVH中2%、98%、50%的靶區體積所對應的劑量。HI越接近于0，說明靶區均勻性越好。CI計算公式為

式中，VT95為95%處方劑量線所包繞的靶區體積；VT為靶區體積；V95為95%處方劑量線所包繞的所有區域的體積。CI值越大，表示適形性越好。

危及器官劑量學參數：收集小腸、直腸、膀胱、骨（髂骨和骶骨）、左股骨頭和右股骨頭的V10、V20、V30、V40、Dmean和Dmax，其中V10、V20、V30、V40分別為照射劑量為10、20、30、40 Gy的體積百分比[11-13]。

比較2種收斂模式下的優化時間和EPID驗證計劃的通過率。

1.7 統計學分析

采用SPSS24.0統計軟件，數據以均數±標準差表示[14-16]。對以上劑量學參數進行配對t檢驗分析，P<0.05表示差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 PTV劑量學參數比較

從表1可以看出，宮頸癌術后VMAT計劃中收斂模式ON與OFF對于PTV存在劑量學差異，其中Dmax有統計學差異（P<0.05）。對于Dmin、Dmean、D2%、D5%、D50%、D95%、D98%而言，無統計學差異（P>0.05）。對于HI和CI而言，ON和OFF模式HI分別為0.055±0.005和0.059±0.006，差異有統計學意義（P<0.05），ON和OFF模式CI分別為0.778±0.024和0.771±0.022，差異無統計學意義（P>0.05）。

表1 2種不同收斂模式PTV劑量學參數比較（n=20）

2.2 危及器官劑量學參數比較

收斂模式ON和OFF的小腸、膀胱、直腸、骨（髂骨和骶骨）、左股骨頭和右股骨頭的V10、V20、V30、V40、Dmean和Dmax差異無統計學意義（P>0.05），詳見表2。

表2 2種不同收斂模式危及器官劑量學參數比較（n=20）

2.3 優化時間比較

OFF模式平均優化時間為（1 127±107）s，而ON模式則為（3 782±200）s，2種模式的優化時間比較具有統計學差異（P<0.05）。

2.4 驗證計劃的γ通過率比較

由表3可知，2種收斂模式在進行EPID計劃驗證時，γ通過率均高于95%，滿足臨床治療要求。就單個全弧來看，逆時針（179°～181°）和順時針（181°～179°）方向全弧的γ通過率比較差異均無統計學意義（P>0.05）。而對整個計劃而言，2種收斂模式的γ通過率比較差異也無統計學意義（P>0.05）。

表3 2種不同收斂模式EPID驗證計劃γ通過率比較（n=20）單位：%

3 討論

治療計劃設計是放療的核心部分，計劃質量直接影響放療的療效，因此研究如何進一步提高計劃質量對于放療技術的臨床應用有著重要的意義[17-18]。收斂模式是Eclipse計劃系統中的一個新計算選項，對優化的收斂性設置了嚴格的標準，同時允許優化器對解空間進行廣泛的采樣，找到更優解，從而改善優化結果，改善計劃的劑量質量分布，實現更精確的放療。國內暫時沒有對于Eclipse計劃系統中收斂模式的相關研究，但各醫院在收斂模式使用上有所不同。國外Rossi等[19]比較了前列腺、胸部和頭頸部使用不同收斂模式放療計劃的劑量學差異，結果顯示ON模式可以提高計劃質量和靶區的均勻性，但優化時間增加2～3倍，與本研究結果具有良好的一致性。

本研究結果顯示，2種收斂模式下PTV和危及器官劑量學參數是有差異的，靶區的Dmax有統計學差異（P<0.05），由于收斂模式ON允許優化器最小程度使優化運行時間延長，對于靶區熱點控制得會更好，從而導致靶區上劑量最大值更低，靶區受照劑量更均勻。收斂模式ON和OFF的HI有統計學差異（P<0.05），ON模式的HI優于OFF模式，同時ON模式的CI平均值也比OFF模式的更大，說明其適形性相對更好。2種收斂模式下危及器官小腸、直腸、膀胱、骨（髂骨和骶骨）、左右股骨頭的劑量學參數沒有統計學差異，然而收斂模式ON的大部分危及器官的Dmax和V40平均值都比收斂模式OFF低，但相差不大，均滿足臨床治療需求。由優化時間可知，收斂模式OFF更優，大大地提高了工作效率。由EPID驗證結果可知，收斂模式ON和OFF的γ通過率無統計學差異（P>0.05），且均達到臨床質量控制要求。

綜上所述，收斂模式ON靶區適形性、均勻性及危及器官的保護相對更好一些，但優化時間相對較長，影響工作效率。雖然2種收斂模式的宮頸癌VMAT計劃存在一定的劑量學差異，但均符合劑量學和臨床要求，對使用Eclipse計劃系統做宮頸癌等胸腹部腫瘤放療計劃設計提供了有效的技術參考。由于所選用對比計劃均只是達到臨床要求時便不再繼續優化，優化結果并不都是最優，存在一定的差別，同時，所選用靶區大小各異，對研究結果會有一定影響，后續還需進一步探討。