Pinnacle与Raystation计划系统感兴趣区传送和体积计算差别比较及对计划评估的影响

郭飞宝

放射治疗是肿瘤治疗3个主要手段之一，用计划系统设计调强放射治疗计划越来越多的应用于临床。目前计划系统以及靶区勾画的软件有6种，医院使用的计划系统有Pinnacle及Raystation 2种。参考Pinnacle与Eclipse计划系统对感兴趣区体积(region of interest, ROI)计算的比较，本研究拟采用标准模体及10例食管癌患者的数据进行2种计划系统之间传输的数据采集，并采用SPSS软件进行统计学分析，以进一步提高患者计划设计的准确性，为临床ROI的处理提供建议。

1 临床资料

1.1一般资料 选取2015年8月-2016年12月在笔者医院放疗科接受放射治疗的中下段食管癌患者10例作为研究对象。其中，男性8例，女性2例，年龄中位数68岁(54～87岁)。用于统计靶区外扩后在Pinnacle和Raystation 2套计划系统互相传送后ROI变化的比较[1]。

1.2方法

1.2.1软件 计划系统使用Pinnacle版本9.10和Raystation版本4.5进行标准模体的靶区勾画，以DICOM标准相互传送已勾画靶区，并进行体积计算。

1.2.2标准模体数据采集 使用Raystation计划系统自带的标准模体勾画功能，分别在3 mm层厚和4 mm层厚的CT图像上勾画一个5 cm×5 cm×5 cm的正方体和一个半径5 cm的球体[2]。对正方体和球体分别外扩和内缩3，4，5，6，7 mm，并记录体积。将已经勾画、外扩和内缩后的正方体和球体按DICOM RT标准导入到Pinnacle计划系统，记录体积。将已经勾画好的正方体、球体按DICOM RT标准导入到Pinnacle计划系统，并在Pinnacle计划系统外扩和内缩3，4，5，6，7 mm，并记录体积计算值。

1.2.310例食管癌患者病例数据采集 入组10例食管癌患者病例，具体操作如下：在Raystation和Pinnacle系统上，按医生要求完成治疗计划，10例计划以P1到P10命名，按照ICRU83号报告，通过将靶区的DVH，D98，D95，D50及D2等进行计划评估达到基本一致的要求，每个患者能够得到关于靶区和危及器官的2组数据[3-5]。将Pinnacle做好的计划传输回Raystation(仅传输回剂量数据，以P→R命名)，得到第3组关于靶区和危及器官的数据，由于此组数据是在两个计划系统之间传输，存在着误差，不同于之前两组，可分析同一计划在不同的计划系统下，靶区受量的差别性[6]。

1.3统计学处理 采用SPSS 20.0软件进行统计学分析。计数资料采用t检验，P<0.05为差别有统计学意义。

1.4结果

1.4.1标准模体数据统计结果 针对标准模体外扩统计结果如下：边长5 cm的正方体，在Raystation和Pinnacle中分别外扩3～7 mm，无论层厚3 mm或4 mm，体积差别有统计学意义(P<0.05)；直径5 cm的球体，在Raystation和Pinnacle中分别外扩3～7 mm，无论层厚3 mm或4 mm，体积差别无统计学意义(P>0.05)；边长5 cm的正方体，无论3 mm或4 mm层厚，在Raystation中外扩3～7 mm后，传输至Pinnacle，体积差别无统计学意义(P>0.05)；直径5 cm的球体，无论3 mm或4 mm层厚，在Raystation中外扩3～7 mm后，传输至Pinnacle，体积差别有统计学意义(P<0.05)。对于同一CT图像上的ROI，Pinnacle计划系统ROI外扩后体积计算值大于Raystation计划系统，且外扩距离越大外扩后的体积越大；Pinnacle计划系统ROI内缩后体积计算值小于Raystation计划系统，且内缩距离越大内缩后的体积越小。一定的相同条件下，正方体在Raystation和Pinnacle中分别外扩，其体积可产生显著差别,而球体差别不显著；即正方体外扩误差小；一定的相同条件下，球体在Raystation外扩后再传输至Pinnacle，其体积可产生显著差别,而正方体体积差别不显著；即球体外扩后传输误差小(表1)。

表1 标准模体体积在2种计划系统结果对比

1.4.210例食管癌患者病例数据统计结果 肿瘤区体积(gross tumor volume,GTV)在靶区从Pinnacle传输到Raystation后及随后在-套计划系统中分别扩靶区(planning target volume，PTV)后，体积差别均有统计学意义(P<0.05),且后者差别更大；外扩形成的PTV从Pinnacle传输到Raystation后，体积差别无统计学意义(P>0.05)；无论高剂量、低剂量参数，亦无论GTV或PTV，在2套计划系统中分别进行计划设计，差别无统计学意义(P>0.05)。

表2 计划评估指标在2种计划系统结果对比

2 讨 论

如果先在Pinnacle中进行设计，再将计划传输至Raystation，剂量学参数发生的变化，差别具有统计学意义[7]。由于不同计划系统ROI体积算法及ROI外扩算法的差别，靶区勾画及计划设计尽量应在同一计划系统中完成，如因工作需要必须跨计划系统传输，最好应在Pinnacle中确定GTV后并外扩形成PTV后，再将PTV传输至Raystation，后再行计划设计，以最大程度减少误差。在2套计划系统将ROI分别外扩，并分别进行计划设计，造成的计划差别将可能最大，可能造成实际照射范围与投照剂量的不确定性与不准确性，应尽可能避免[8-9]。

ROI体积计算的差别来源是多方面的，其中边缘像素的处理和不同层面的插值都会影响体积的计算结果[10]。对边缘像素方面的处理，Pinnacle的方法是采用只计算一半体积的算法，即ROI边缘多边形经过的像素的体积只有多边形内部像素体积的一半。不同层面间的插值方面，Pinnacle对不同层面的ROI插值采取的是先将不同层面ROI的几何中心移到一起，插值后再移回到原来的几何中心的方法。而Raystation采用基于形状的内插方法,使用该算法前需对ROI体素进行处理：(1)默认体素大小0.5 mm，如果体素超过256个，可以采用较大体素进行采样，但不能超过2.5 mm。(2)体素的每个方向以及对角方向增加3个体素。算法的具体实现步骤如下：(1)ROI转换为二进制的网格，使用种子填充算法对区域进行赋值。(2)ROI边缘部分以内的像素100%参数计算，以外的为0。(3)考虑带符号的形变距离，采用相对值的快速形变距离形变,对二进制的网格进行修正。(4)像素之间进行线性内插，同样层与层之间进行找到对应的像素也进行线性内插。(5)对于不存在交叉的ROI体素，处理完成后对角度进行圆滑处理。

Pinnacle没有阐明其处理顶层和底层的方式，根据本研究的计算结果，除注意到ROI在体积计算上的不同，ROI传输对体积计算可能也有影响。不同的治疗计划系统采用不同的坐标网格，计划系统在勾画和导入ROI时自动将其处理成系统预设的模式，ROI中的点与坐标网格相对应。以DICOM RT格式在不同计划系统中传输时，治疗计划系统对部分ROI坐标进行近似处理。同时，某些计划系统在对ROI进行优化处理和储存时，会对ROI进行一定的变形，导致数据出现变动或丢失。由于ROI传输所引起的体积偏差，无法与计算方法造成的偏差进行简单区分，即无法单独分析坐标网格的定义不同所造成的偏差[11]。本研究在计算ROI体积时，已将上述原因造成的体积偏差计算在内。本研究通过分析Pinnacle中原始ROI和Raystationn往Pinnacle系统回传的ROI，发现两者仅存在微小的差别，表明网格坐标的差别对ROI体积计算影响不大[12]。

总之，2种计划系统间传输ROI，可能造成实际照射范围与投照剂量的不确定性与不准确性，应尽可能避免；在2套TPS将ROI分别外扩，并分别进行计划设计，造成的计划差别将可能最大。