Pinnacle3 計劃系統(tǒng)計算網(wǎng)格對肺癌靶區(qū)及危及器官的劑量學影響

王君，烏曉禮

（內(nèi)蒙古醫(yī)科大學附屬醫(yī)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

0 引言

當前腫瘤放射治療計劃設計一般通過調(diào)制能力很強的IMRT（intensity modulated radio therapy）或VMAT（volumetric modulated arc therapy ）技術，在保證靶區(qū)劑量的同時，最大限度地降低周邊正常器官的照射劑量。為了很好地控制患者的受照劑量，計劃系統(tǒng)的精確性很重要，而計算網(wǎng)格的大小是影響計劃質(zhì)量的重要因素之一[1-3]。裴運通[4]等研究了Monaco計劃系統(tǒng)計算網(wǎng)格對頭頸部腫瘤小體積危及器官的劑量學影響，謝陳[5]等研究了Pinnacle3計劃系統(tǒng)中，鼻咽癌和宮頸癌的靶區(qū)和危及器官的吸收劑量受網(wǎng)格大小的影響。而肺癌計劃存在密度不均勻性，并且涉及到脊髓、食管等重要的危及器官。本文研究pinnacle3計劃系統(tǒng)中網(wǎng)格精度對肺癌腫瘤IMRT計劃的影響，旨在為臨床應用提供一定的劑量學參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 病例選擇

選取2019年10月-2020年10月在內(nèi)蒙古醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院接受IMRT放射治療的10例肺癌患者，均經(jīng)病理證實，未接受過放射治療。

1.2 CT 定位

用體膜將患者按仰臥位進行固定，手抱頭，在大孔徑 CT模擬定位機上行5mm薄層掃描，CT掃描圖像經(jīng)局域網(wǎng)傳輸?shù)桨袇^(qū)勾畫系統(tǒng)。

1.3 靶區(qū)勾畫

醫(yī)生根據(jù)每位患者的C T 圖像勾畫原發(fā)腫瘤（GTV），GTV均勻外放0.5～0.8cm后，再由醫(yī)生修改得到CTV，計劃靶區(qū)PTV由CTV均勻外擴0.5cm得到。危及器官在連心自動勾畫系統(tǒng)中進行，勾畫完成后傳輸至三維治療計劃系統(tǒng)Pinnacle3中，臨床醫(yī)生按照ICRU62號、83號報告檢查危及器官勾畫的準確性。

1.4 計劃設計

使用Pinnacle3治療計劃系統(tǒng)的9.16版本分別為10例患者設計IMRT治療計劃。設計放療計劃的網(wǎng)格大小為4mm，靶區(qū)劑量要求95%PTV接受60Gy處方劑量，肺部照射體積占總體積百分比V5≤60%、V20≤30%，脊髓Dmax≤40Gy。然后復制計劃將計算網(wǎng)格改為1、2、3、5mm重新計算得到新計劃，每個病例得到5個不同計算網(wǎng)格的計劃。

1.5 計劃評價

①靶區(qū)劑量參數(shù)統(tǒng)計：Dmax、Dmean、靶區(qū)均勻性指數(shù)（HI）、靶區(qū)適形度指數(shù)（CI）。HI=（D2%-D98%）/D50%，HI 值越小，D2%值越接近于D98%，表明靶區(qū)分布越均勻；CI=（V1/V）×（V1/V2），其中，V1為參考等劑量線面所包圍的靶區(qū)體積，V為靶區(qū)體積，V2為參考等劑量線面所包圍的所有區(qū)域的體積，CI 值越接近1，說明靶區(qū)適形度越好；②危及器官物理參數(shù)統(tǒng)計：左右肺（V5、V20），心臟、食管、脊髓、氣管的最大值和平均值；③劑量偏差（Deviation）：Deviation=|Ref-Eval|/Ref×100%，Ref代表1mm的劑量參考值，Eval代表待評估的其他網(wǎng)格的劑量參考值。

1.6 統(tǒng)計學方法

采用SPSS 22.0軟件對以上所有結(jié)果進行配對t檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)的劑量參數(shù)比較

與1mm網(wǎng)格相比，隨著網(wǎng)格的增大，靶區(qū)Dmax逐漸減小，差異具有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），3mm與1mm相比，劑量偏差為1.22%，4mm與1mm相比，劑量偏差為2.08%。同樣2、3、4、5mm網(wǎng)格與1mm相比，靶區(qū)的HI、CI差異均具有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），其值都逐漸增大；靶區(qū)Dmean不具有統(tǒng)計學意義（P＞0.05），劑量偏差很小，如表1所示。

表1 不同網(wǎng)格大小的靶區(qū)劑量統(tǒng)計

2.2 危及器官物理參數(shù)比較

如表2和表3所示：除脊髓在5mm網(wǎng)格計算外，所有危及器官的Dmax均具有統(tǒng)計學意義；3mm與1mm相比，劑量偏差在1.4%以內(nèi)；4mm與1mm相比，劑量偏差在2%以內(nèi)；5mm與1mm相比，脊髓和靶區(qū)劑量偏差超過2%。除心臟在和脊髓在5mm外，所有危及器官的Dmean均不具有統(tǒng)計學意義，劑量偏差均在1%以內(nèi)。除右肺在2mm網(wǎng)格外，左右肺V5均具有統(tǒng)計學意義；除V5在5mm外，V5、V20劑量偏差均在1%以內(nèi)。

表2 不同網(wǎng)格大小的危及器官劑量統(tǒng)計

表3 4mm、3mm、2mm網(wǎng)格與1mm網(wǎng)格的劑量差異

2.3 重新計算時間隨網(wǎng)格的變化

通過表4 可以看出，隨著計算網(wǎng)格的增大，計算時間越來越短。2mm、3mm、4mm、5mm與1mm相比，均具有統(tǒng)計學意義。

表4 不同網(wǎng)格大小的計算時間統(tǒng)計

3 討論

關于放射治療計劃劑量參數(shù)隨網(wǎng)格的變化，國內(nèi)學者[4,6,7]側(cè)重于統(tǒng)計學意義的研究，國外學者[8-9]將統(tǒng)計學和劑量偏差相結(jié)合進行研究。近期徐玥靚等[10]將統(tǒng)計學和劑量偏差相結(jié)合對NSCLC立體定向放射治療受網(wǎng)格大小的影響進行了研究，而肺癌IMRT計劃隨網(wǎng)格大小的變化鮮有報道。王文婷等[11]和CHOW J C[12]等認為，劑量計算結(jié)果通過相鄰兩個體間的劑量線性插值得到，網(wǎng)格越小其計算的精度就越高，本文從統(tǒng)計學意義和劑量偏差兩個方面，探討Pinnacle3計劃系統(tǒng)中，相比于1mm網(wǎng)格，利用較大網(wǎng)格計算對肺癌靶區(qū)及危及器官的劑量參數(shù)的影響。

研究結(jié)果表明，除脊髓在5mm網(wǎng)格計算外，靶區(qū)和所有危及器官的Dmax均具有統(tǒng)計學意義；3mm與1mm相比，劑量偏差在1.4%以內(nèi)，4mm與1mm相比，劑量偏差在2%以內(nèi)，5mm與1mm相比，劑量偏差超過2%。計算網(wǎng)格越小，HI越小，靶區(qū)分布越均勻，危及器官劑量計算越準確，但從計算時間隨網(wǎng)格大小的變化可以看出，4mm重新計算時間約為1mm網(wǎng)格的1/34，大大縮短了計劃計算時間。ICRU（international commission on radiation units）推薦放射治療患者的吸收劑量精確性要控制在5%以內(nèi)，AAPM（american association of physicists in medicine）推薦放療計劃系統(tǒng)的精確性要控制在2%以內(nèi)。綜合考慮計算效率和計算精度，4mm網(wǎng)格尺寸能滿足一般的肺癌放療計劃。但在肺癌IMRT放療計劃中，經(jīng)常出現(xiàn)食管和脊髓這些重要的小體積器官離靶區(qū)特別近，而IMRT計劃靶區(qū)附近劑量跌落特別快[11]，稍大的網(wǎng)格尺寸也會引起這些器官的計算出現(xiàn)較大的誤差，使得放射性脊髓炎、脊髓穿孔等放療副作用發(fā)生的概率增大。3mm重新計算時間約為1mm網(wǎng)格的1/23，但3mm比4mm的網(wǎng)格精度整體提高0.6%，增加了小體積器官的計算準確性，這種情況下可以選擇3mm作為放療計劃的網(wǎng)格尺寸。

左右肺的V5隨著網(wǎng)格大小的變化存在統(tǒng)計學意義，而V20隨著網(wǎng)格的大小變化不存在統(tǒng)計學意義，這與文獻[6]的研究結(jié)果一致，V5體積參數(shù)值隨網(wǎng)格大小變化幅度較小，除5mm外，劑量偏差在1%以內(nèi)，不影響臨床治療計劃的評估，這說明Pinnacle3計劃系統(tǒng)采用的CCC算法對非均勻介質(zhì)的修正受網(wǎng)格變化影響較小。

綜上所述，Pinnacle3計劃系統(tǒng)中，一般肺癌計劃采用4mm網(wǎng)格計算即能滿足要求，如果脊髓、食管、氣管等離靶區(qū)較近，可以采用3mm網(wǎng)格獲得較高的計算精度；雙肺V5、V20值隨網(wǎng)格大小的改變基本不受密度不均勻的影響。