控制点数量设定对Monaco5.11计划系统制定鼻咽癌单弧容积旋转调强放射治疗计划的剂量学影响*

洪楷彬 张 瑜 柏朋刚 庄建发*

容积旋转调强放射治疗(volumetric modulated arc therapy，VMAT)是近10年来发展起来的一种调强放射治疗方式，其可以在机架旋转保持出束的同时动态调节子野形状和剂量率，相比于常规调强可以大幅度减少机器跳数和治疗时间[1-2]。VMAT计划的控制点数类似于常规调强的子野数，制定计划时应在不影响计划质量的前提下尽可能的降低该参数，临床上制定鼻咽癌单弧VMAT计划时经验上一般设置控制点数量最大值为120～140。本研究主要比较控制点的100与120设定数值对所得鼻咽癌计划评价指标的影响，探讨进一步降低控制点数量的可行性。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择解放军第175医院放疗科行单弧VMAT放射治疗的10例鼻咽癌计划，其计划的控制点数量由120改为100后重新优化。对10例鼻咽癌分别采用控制点100和120进行单弧优化，比较两者所得计划的靶区和危及器官的剂量分布、机器跳数、控制点数量、治疗时间、靶区的适形指数和均匀指数等指标。

1.2 仪器设备

采用CT模拟机(德国西门子)；医科达Synergy直线加速器执行(瑞典医科达)；Monaco 5.11计划系统。

1.3 体位固定和CT扫描

患者均取仰卧位，头颈肩热塑面膜与头枕固定，定好体表标记在西门子CT模拟机上行范围从颅顶至胸骨切迹下2 cm、层厚3 mm的扫描，所得CT图像经医院影像归档及传输系统(picture archiving and communication systems，PACS)传输至靶区勾画软件Focal上。

1.4 靶区及危及器官的勾画和剂量设定

靶区勾画依据国际辐射单位与测量委员会(Internation Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU)50号和62号报告[3-4]原则，原发肿瘤及咽后转移淋巴结的计划靶区GTVnx-P为6975 cGy，双颈转移淋巴结计划靶区GTVnd-P为6820 cGy，原发肿瘤的高危临床肿瘤区的计划靶区CTV1-P为6355 cGy，原发肿瘤的低危临床肿瘤区及淋巴结的临床肿瘤区的计划靶区CTV2-P为5580 cGy。危及器官包括脑干、脊髓、左右腮腺、视交叉、视神经、颞叶、晶体、垂体以及下颌骨等。危及器官限量值[5]：脊髓＜45 Gy，脑干＜54 Gy，腮腺D50＜35 Gy，眼晶状体＜7 Gy，视交叉＜54 Gy，颞颌关节＜70 Gy，颞叶＜60 Gy，眼球＜30 Gy。

1.5 计划设计

在Monaco5.11计划系统上对10例鼻咽癌患者病例的控制点数量由120改为100后重新优化。原始及重新优化所得共20个VMAT计划的优化参数：①能量为6 MV的X射线；②治疗床及准直角度均为0°，机架旋转角度为顺时针180°～360°；③蒙卡不确定度(per calculation模式)为1%；④最小子野宽度1 cm，计算网格3 mm，区域分割(increment)为30°；⑤优化模式选用危及器官优先(constrained)模式。采用剂量归一方式，要求95%计划靶区体积不低于对应处方剂量，均由Synergy直线加速器执行。

1.6 计划评价指标

通过剂量体积直方图(dose volume histogram，DVH)对两组计划的靶区和危及器官的受照剂量进行分析。

(1)靶区评价指标。①靶区评价指标为1%体积剂量(D1%)和平均剂量(Dmeans)；②均匀性指数(homogeneity index，HI)=D5%÷D95%，其中D5%和D95%分别表示靶区5%和95%体积受到的照射剂量，该值最小为1，其值越大表明均匀性越差；③适形指数(comformity index，CI)=VPTV×VTV÷TVPV2，其中VTV表示参考等剂量线所包含所有区域的体积，VPTV表示靶区PTV体积，TVPV表示参考等剂量线所包含的靶区体积，该值最小为1，越大表明适形度越差。

(2)危及器官评价指标。评价脊髓、脑干、视交叉、视神经以及晶状体的1%体积剂量(D1%)和平均剂量(Dmeans)；腮腺30 Gy受照体积V30Gy和平均剂量(Dmeans)。

(3)计划参数指标。计划的机器跳数、控制点数量和治疗时间，治疗时间不包含摆位和校正时间。

1.7 统计学方法

应用SPSS 19.0软件进行统计学分析，数据以均数±标准差(x-±s)表示，对每个评价指标数据做配对t检验，以P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 靶区剂量比较

控制点数量100与120，病例数10例，放射治疗计划20个形成的靶区各项评价指标差别不明显，差异均无统计学意义，见表1。

2.2 危及器官剂量比较

20个计划形成的危及器官各项评价指标差别不明显，差异均无统计学意义，见表2。

2.3 机器跳数、控制点数量及执行时间比较

20个计划形成的平均机器跳数、控制点数和治疗时间见表3，100控制点数所得计划的平均机器跳数、控制点数和治疗时间分别是120控制点数所得计划的93.5%、85.2%和92.4%。

表1 20个计划靶区剂量分析(x-±s)

表2 20个计划危及器官剂量分析(x-±s)

表3 20个计划控制点数量、机器跳数及执行时间比较(x-±s)

3 讨论

鼻咽癌是我国东南沿海城市的好发癌种之一，放射治疗是目前公认的首选治疗。相对于其他癌种，鼻咽癌靶区较为复杂且周围有较多危及器官，如脊髓、脑干、腮腺等，传统的常规放射治疗技术不良反应较大，严重影响到后期生活质量。调强放射治疗(intensity modulated radiation therapy，IMRT)技术的出现改善了鼻咽癌靶区剂量的上限和均匀性，提高了肿瘤控制率和生存期的同时大幅度降低了副反应，是目前鼻咽癌放射治疗的主流技术。但IMRT的缺点是射线利用率低，机器跳数和治疗时间较长，正常组织所受散射线和漏射线增加[6]。VMAT是近年来逐渐普及的一种新的IMRT实现技术，相比于常规IMRT，该技术能大幅度的降低机器跳数和治疗时间[7]。

Mnoaco5.11是一款能制定VMAT计划的放射治疗计划系统(treatment planning system，TPS)，采用的算法是X射线蒙特卡罗模拟(X-Ray Voxel Monte Carlo，XVMC)，该算法是放射治疗剂量计算的“金标准”[8-10]。该软件制定VMAT计划时除了需设置靶区及危及器官的约束函数外还需设置上文提及的各项优化参数，这些优化参数能在一定程度上影响到计划的结果。

大多数物理师制定鼻咽癌单弧VMAT计划时，经验上一般设置控制点数最大值为120～140，但通过日常工作经验发现，采用100控制点也能完成计划，若低于100则难以完成。故本研究采用100和120控制点分别制定相同10例鼻咽癌患者的两组VMAT计划，结果表明，两组VMAT计划的靶区和危及器官的剂量均能满足临床剂量要求，剂量分布无统计学意义。但相比于120控制点，100控制点所得的VMAT计划的平均机器跳数、控制点数量及治疗时间由651 s、108 s以及172 s降低到609 s、92 s及159 s，降低幅度分别为6.5%、14.8%及7.6%。

有研究表明，鼻咽癌IMRT治疗后的全身各器官放射诱发肿瘤(radiation-induced malignancy， RIM)总发生风险为10.2%[11]。对于获得长期生存的鼻咽癌患者，RIM发生是一个不容忽视的临床问题，而机器跳数的减少能够在减少直线加速器硬件损耗的同时降低散射线和漏射线，减少长期生存者因散射带来RIM的概率[12-14]；治疗时间的减少可以缩短患者受固定时间，提高工作效率和患者舒适度的同时还可增强放射治疗生物效应[15]。

由于本研究病例仅为10例，可能存在统计学偏差，且不同单位的直线加速器、TPS型号及所选病例TNM分期不同，加上放射治疗医师靶区勾画、物理师制定计划优化参数设定等主观差异，导致研究结果横向比较意义不大，所以本研究未引用其他单位类似研究结果做比较。基于以上原因，本研究采用的计划制作方式也不一定适用于其他单位，但本研究的意义在于建议物理师在制定静态调强放射治疗、动态调强放射治疗以及VMAT等调强计划时应根据靶区复杂程度和危及器官保护要求等因素设置最小子野数、最小子野面积、最小控制点数量等优化参数，以避免制作出DVH和层面图剂量线符合要求但机器跳数、子野数及控制点数量过高，治疗时间过长的计划。

[1]Yu CX，Tang G.Intensity-modulated arc therapy：principles technologies and cliical implementation[J].Phys Med Biol，2011，56(5)：31-54.

[2]Bedford JL.reatment planning for volumetric modulated arc therapy[J].Med Phys，2009，36(1)：5128-5318.

[3]ICRU report 50：Prescribing，recording，and reporting photon beam therapy[S].Bethesda，MD：International Commission on Radiation Units and Measurem ents，1993.

[4]ICRU report 62：Prescribing，recording，and reporting photon beam therapy(supplement to ICRU Report 50)[S].Bethesda，MD：International Commission on Radiation Units and Measurem ents，1999.

[5]戴鹏，张平，赖名耀，等.不同系统摆位误差对鼻咽癌双弧VMAT及动态IMRT计划中剂量分布影响的比较[J].中国医学装备，2011，8(9)：65-68.

[6]胡海芹，晏宝林，王晓平，等.鼻咽癌调强放疗中加非共面照射野对剂量的影响[J].实用癌症杂志，2011，26(9)：416-417.

[7]张惠玲，李勤，全红，等.MatriXX在IMRT剂量验证中的应用[J].中国医学物理学杂志，2011，28(2)：2455-2459.

[8]任民，吴昊，蒋幡，等.用蒙特卡洛方法模拟和评价电离室矩阵探测器的定位灵敏度[J].中国医学物理学杂志，2010，27(4)：1955-1959.

[9]甘旸谷，黄斐增.基于GPU的蒙特卡洛放疗剂量并行计算[J].中国医学物理学杂志，2012，29(6)：3715-3717.[10]袁继龙，程金生.LUNA全身伽马刀输出因子的蒙特卡罗模拟研究[J].中国医学装备，2016，13(9)：10-12，13.

[11]习勉，梁健，孙文钊，等.鼻咽癌调强放射治疗后放射诱发肿瘤发生风险的预测分析[J].中国医学物理学杂志，2016，33(1)：6-9.

[12]XI M，LIU SL，ZHAO L，et al.Prognostic factors and survival in patients with radiationrelated second malignant neoplasms following radiotherapy for nasopharyngeal carcinoma[J].PLoS One，2013，8(12)：e84586.

[13]Hall EJ，Shi Wuu CS.Radiation-induced second cancers：the impact of 3D-CRT and IMRT[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys，2003，56(1)：83-88.

[14]Hall EJ.Intensity-modulated radiation therapy，protons，and the risk of second cancers[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys，2006，65(1)：1-7.

[15]Sterzing F，Munter MW，Schafer M，et al.Radiobiological investigation of doserate effects in intensity-modulated radiation therapy[J].Strahlenther Onkol，2005，181(1)：42-48.