Monaco通量平滑度對(duì)直腸癌術(shù)后放療的劑量學(xué)影響

劉 攀，謝清蘭，趙文龍，譚洪文△，朱 彤

(1.江西省吉安市中心人民醫(yī)院腫瘤科 343000；2.吉安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)技術(shù)與護(hù)理學(xué)院，江西吉安 343000)

放射治療(放療)是直腸癌治療的主要手段之一，在術(shù)前和術(shù)后腫瘤輔助治療中，能降低腫瘤局部復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，明顯提高腫瘤控制率[1-2]。調(diào)強(qiáng)放療(intensity modulated radiation therapy,IMRT)基于多葉光柵走位運(yùn)動(dòng)[3]，實(shí)現(xiàn)靶區(qū)劑量分布與靶體積在三維空間上的形狀一致，是目前主要放療技術(shù)之一[4]。基于蒙特卡羅模擬算法的醫(yī)科達(dá)Monaco計(jì)劃系統(tǒng)是放療領(lǐng)域成熟商用計(jì)劃系統(tǒng)之一[5]，可出色完成X射線計(jì)劃的劑量計(jì)算，其通量平滑功能在計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)包含4種選項(xiàng)(Off、Low、Medium、High)，合適的通量平滑度(fluence-smoothing，F(xiàn)S)選擇將直接影響計(jì)劃設(shè)計(jì)的最終結(jié)果，如何選擇FS值對(duì)于提高計(jì)劃質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。本文通過橫向比較4種FS等級(jí)下直腸癌術(shù)后IMRT計(jì)劃的質(zhì)量，為直腸癌術(shù)后IMRT計(jì)劃設(shè)計(jì)提供參考，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2021年4月至2022年3月吉安市中心人民醫(yī)院治療的25例直腸癌術(shù)后患者資料，年齡41～72歲，中位年齡53歲，T3～T4分期，病理結(jié)果為腺癌，且為首次接受放療，無放療禁忌證。

1.2 方法

1.2.1定位方法

患者使用帶空腹板的俯臥位專用體架，行俯臥位模擬定位。定位前1 h排空大小便，并飲水500 mL使膀胱充盈，以便后續(xù)治療尿量恒定[6]。模擬定位使用飛利浦大孔徑CT，掃描層厚5 mm[7]，范圍為第3腰椎上緣至坐骨結(jié)節(jié)下5 cm，螺旋掃描獲取患者多層影像，將影像數(shù)據(jù)經(jīng)內(nèi)網(wǎng)上傳至Monaco 5.11.03版本放療計(jì)劃系統(tǒng)。

1.2.2靶區(qū)勾畫

所有患者均由同一位高年資臨床醫(yī)師按國(guó)際輻射單位和測(cè)量委員會(huì) 83號(hào)報(bào)告完成臨床靶區(qū)勾畫，包括切緣陽(yáng)性及可疑殘留區(qū)、高危區(qū)、一般危險(xiǎn)區(qū)，臨床靶區(qū)沿不同方向統(tǒng)一外擴(kuò)5 mm生成計(jì)劃靶區(qū)(planning target volume，PTV)，并勾畫危及器官。

1.2.3物理計(jì)劃設(shè)計(jì)

治療使用的直線加速器型號(hào)為Elekta Synergy，配備40對(duì)多葉光柵，葉片厚度1 cm，X射線能量選擇6 MV。計(jì)劃設(shè)計(jì)過程中，保持靶區(qū)、危及器官和正常組織的約束函數(shù)及參數(shù)一致，每例患者依次設(shè)置FS等級(jí)為Off、Low、Medium和High，得到25組100個(gè)物理計(jì)劃。計(jì)劃采用七野照射，固定角度為150°、100°、50°、0°、310°、260°、210°，劑量計(jì)算網(wǎng)格0.3 cm，最小子野寬度0.6 cm。處方劑量：總劑量50 Gy，單次2 Gy，分25次照射。所有計(jì)劃均需放療醫(yī)師批準(zhǔn)且滿足臨床實(shí)際要求。

1.2.4計(jì)劃評(píng)估

計(jì)劃優(yōu)化完成后，以50 Gy劑量覆蓋95%的PTV體積進(jìn)行劑量歸一，所有計(jì)劃經(jīng)放療醫(yī)生審核批準(zhǔn)滿足臨床要求。基于劑量體積直方圖評(píng)估PTV、危及器官及正常組織的劑量學(xué)參數(shù)[8]，PTV評(píng)估參數(shù)：最大劑量(D2)、最小劑量(Dmin)、平均劑量(Dmean)、適形指數(shù)(conformity index，CI)、均勻性指數(shù)(homogeneity index，HI)[9]。危及器官評(píng)估參數(shù)：膀胱、小腸、股骨頭的D2、Dmean、體積劑量。正常組織評(píng)估參數(shù)：體積劑量。同時(shí)統(tǒng)計(jì)每個(gè)計(jì)劃的子野數(shù)、機(jī)器跳數(shù)、劑量計(jì)算時(shí)間、γ通過率隨FS的變化規(guī)律。CI反映PTV劑量適形性，值越趨近1，表明靶區(qū)適形越好；HI反映PTV劑量均勻性，值越趨近0，表明靶區(qū)均勻性越好；CI計(jì)算采用公式 (1)，HI計(jì)算采用公式 (2)[10]，計(jì)算公式如下：

(1)

式中，V50為處方劑量50 Gy包繞PTV體積，單位為cm3；VR為處方劑量50 Gy劑量線覆蓋體積，單位為cm3；VPTV為PTV體積，單位為cm3。

(2)

式中，DX為PTV X%體積所受最小劑量，單位為cGy。

1.2.5計(jì)劃驗(yàn)證

驗(yàn)證設(shè)備為德國(guó)IBA公司MatriXX Evolution平板電離室，驗(yàn)證分析軟件為德國(guó)IBA公司 My QA myQA patients軟件。校準(zhǔn)標(biāo)定電離室后，劑量驗(yàn)證過程采用電影測(cè)量模式，得到角度歸零方法的劑量驗(yàn)證結(jié)果[11-12]，以2%/2 mm(劑量差異設(shè)置為2%，距離符合度設(shè)置為2 mm)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算γ通過率，γ通過率>95%時(shí)認(rèn)為計(jì)劃通過[13]。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié) 果

2.1 PTV和危及器官劑量參數(shù)

PTV劑量參數(shù)中，F(xiàn)S從Off到High橫向比較，Dmin、Dmean均呈增大趨勢(shì)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。FS從Off到Medium，HI呈遞增趨勢(shì)，High的數(shù)值最大，較Low增加8.45%(P<0.05)。危及器官劑量參數(shù)中，膀胱Dmean、V40、V50，小腸V20，左股骨頭V40比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，見表1、圖1。

圖1 不同F(xiàn)S下CI及HI變化趨勢(shì)

表1 不同F(xiàn)S下PTV和危及器官劑量參數(shù)

2.2 正常組織劑量參數(shù)

FS從Off到Medium，正常組織V5～V45呈遞增趨勢(shì)，High的正常組織受照劑量最高，除V15外，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。與Off比較，High的V5～V45分別增加1.04%、1.36%、0.87%、2.30%、3.47%、4.38%、7.10%、9.15%、17.81%，平均5.28%，見表2。

表2 不同F(xiàn)S下正常組織劑量參數(shù)

續(xù)表2 不同F(xiàn)S下正常組織劑量參數(shù)

2.3 機(jī)器參數(shù)及計(jì)劃通過率

FS從Off到Medium，子野數(shù)、機(jī)器跳數(shù)、劑量計(jì)算時(shí)間呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，與Off比較，High的子野數(shù)減少9.80%、機(jī)器跳數(shù)減少9.20%、劑量計(jì)算時(shí)間減少7.89%。FS從Off到Medium，γ通過率均符合計(jì)劃要求且呈遞增趨勢(shì)，High 的γ通過率最高，較Off增加1.78%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，見表3、圖2。

表3 不同F(xiàn)S下機(jī)器參數(shù)及γ通過率

圖2 不同F(xiàn)S下25組計(jì)劃?rùn)C(jī)器跳數(shù)分布

3 討 論

醫(yī)科達(dá)Monaco計(jì)劃系統(tǒng)是目前廣泛使用的放療計(jì)劃系統(tǒng)[14-15]，使用蒙特卡羅標(biāo)準(zhǔn)粒子模擬計(jì)算[16-17]，F(xiàn)S是其重要優(yōu)化計(jì)算參數(shù)之一，合理的FS設(shè)置可以更好地優(yōu)化射野適形復(fù)雜程度及照射面積，快速提升放療計(jì)劃計(jì)算效率與質(zhì)量。潘香等[18]關(guān)于FS對(duì)左乳癌保乳術(shù)后放療的劑量學(xué)研究結(jié)果表明，F(xiàn)S可以降低子野數(shù)、機(jī)器跳數(shù)及劑量計(jì)算時(shí)間數(shù)，高通量平滑計(jì)劃質(zhì)量更有優(yōu)勢(shì)，更能提高治療效率。邱剛等[19]研究了FS對(duì)宮頸癌放療的劑量學(xué)影響，結(jié)果表明FS通過改變各控制點(diǎn)下射野適形及照射面積，對(duì)靶區(qū)劑量準(zhǔn)確度有較大影響。直腸癌靶區(qū)體積較大，為凹形靶，且緊鄰膀胱、小腸、股骨頭等危及器官，治療中俯臥體位對(duì)膀胱、小腸保護(hù)優(yōu)于仰臥位[20]，而關(guān)于FS對(duì)直腸癌術(shù)后俯臥位治療的劑量學(xué)影響報(bào)道較少，同時(shí)增加正常組織劑量分析及計(jì)劃劑量驗(yàn)證，從多方面反映FS對(duì)直腸癌術(shù)后放療劑量學(xué)影響，為選擇最優(yōu)的FS提供參考。

本研究中，F(xiàn)S從Off到High的橫向比較，Dmin、Dmean均呈增大趨勢(shì)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，主要原因是直腸癌靶區(qū)較大，且術(shù)后形狀不規(guī)整，靶區(qū)與小腸、膀胱的空間體積存在較多重疊，隨著FS由Off至High等級(jí)增加，各個(gè)控制點(diǎn)下射野構(gòu)成精準(zhǔn)度降低，照射面積增大，低FS子野數(shù)多，適形精細(xì)，對(duì)靶區(qū)劑量雕刻力高，能減少射野的照射范圍，提高射野執(zhí)行精度，與之相反，高FS子野精準(zhǔn)度降低，照射范圍增大，使靶區(qū)平均劑量與最小劑量升高。FS從Off到Medium，CI相近，High的數(shù)值最小，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；而FS從Off到High，HI呈遞增趨勢(shì)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，且High的數(shù)值最大，較Low增加8.45%。主要原因是隨著FS從Off到High增加，各控制點(diǎn)下射野構(gòu)成精準(zhǔn)度降低，靶區(qū)適形性變差，即High的CI值最小，高FS子野精準(zhǔn)度降低，系統(tǒng)為滿足靶區(qū)劑量，增加照射范圍以滿足預(yù)設(shè)條件，導(dǎo)致靶區(qū)劑量均勻性變差，High的HI值最大。基于以上分析，F(xiàn)S選擇Low與Medium時(shí)更優(yōu)。

在危及器官與正常組織劑量評(píng)估結(jié)果中，膀胱Dmean、V40、V50，小腸V20和左股骨頭V40比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，且各等級(jí)FS下的危及器官劑量參數(shù)均符合放療劑量學(xué)要求，F(xiàn)S等級(jí)改變對(duì)危及器官劑量參數(shù)影響較小。正常組織劑量參數(shù)中，各體積劑量除V15外均有差異，且FS從Off到High，各體積劑量呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，隨著FS增加，子野適形變差，照射面積增大，導(dǎo)致正常組織受照劑量增加。High時(shí)，正常組織受照劑量最大，與Off比較，High的正常組織各體積劑量平均增加5.28%。

在機(jī)器參數(shù)及計(jì)劃通過率方面，F(xiàn)S從Off到High，子野數(shù)、機(jī)器跳數(shù)及劑量計(jì)算時(shí)間數(shù)值呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，與Off比較，High的子野數(shù)減少9.80%、機(jī)器跳數(shù)減少9.20%、劑量計(jì)算時(shí)間減少7.89%，這是由于高平滑度計(jì)劃適形簡(jiǎn)單，所需子野數(shù)較少，計(jì)劃復(fù)雜度降低，機(jī)器跳數(shù)相應(yīng)減少，計(jì)劃計(jì)算時(shí)間也隨之縮短，計(jì)劃執(zhí)行效率更高[21]。FS從Off到High，γ通過率呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，與Off比較，High的γ通過率增加1.78%，High的γ通過率最大，計(jì)劃通過率最高。可以看出在機(jī)器參數(shù)及計(jì)劃通過率方面，High等級(jí)數(shù)據(jù)最優(yōu)，Medium次之。

4種FS下，靶區(qū)、危機(jī)器官及正常組織的劑量學(xué)參數(shù)均符合臨床治療要求。分開來看各項(xiàng)參數(shù)，靶區(qū)劑量適形度及均勻性方面，F(xiàn)S選擇Low與Medium時(shí)，CI和HI數(shù)值更優(yōu)；機(jī)器參數(shù)和計(jì)劃通過率方面，F(xiàn)S為High最優(yōu)，Medium次之；正常組織體積劑量方面，High的正常組織受照劑量最大，這將增加二次致癌風(fēng)險(xiǎn)[22]。由于不同計(jì)劃系統(tǒng)，不同限量方法與參數(shù)設(shè)置均有相應(yīng)規(guī)律，本研究得到的結(jié)果只針對(duì)Monaco計(jì)劃系統(tǒng)對(duì)直腸癌術(shù)后俯臥位患者，所得結(jié)論僅供其他計(jì)劃系統(tǒng)與病種參考。

綜上表現(xiàn)，F(xiàn)S選擇Medium時(shí)可以更好兼顧計(jì)劃各方面性能，保障計(jì)劃實(shí)施的質(zhì)量及效率，因此，在直腸癌俯臥位IMRT計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)，推薦選擇Medium進(jìn)行計(jì)劃優(yōu)化。