宫颈癌术后调强计划的最优子野数目选择

石翔翔 唐 涛 陈 斌 庞皓文 林 盛*

在我国，宫颈癌的年发病例数为9.89万，年死亡例数为3.05万[1]。目前，针对早期宫颈癌妇产科国际联合会(Federation International of Gynecology and Obstetrics，FIGO)IB-ⅡA期的治疗主要采用子宫切除加盆腔淋巴结清扫术联合术后辅助放射治疗的方法，可见放射治疗在早期宫颈癌治疗中已占举足轻重的地位[2]。传统的适形放射治疗技术不能有效地保护膀胱、小肠与直肠等危及器官(organ at risk，OAR)，从而导致较为严重的并发症。而调强放射治疗(intensity modulated radiotherapy，IMRT)技术能够有效地降低泌尿系统和消化系统的不良反应，同时又能保证计划靶区(planning treatment volume，PTV)的高剂量分布[3-6]。

为减少IMRT过程中由于患者不自主移动及器官生理运动对靶区剂量造成的影响，应尽量减少子野数量，缩短照射时间；而过少的子野数量会影响IMRT计划质量[7]。目前多数单位均依靠物理师主观经验对子野数目进行设置。本研究通过比较不同子野数目的宫颈癌术后IMRT计划的剂量学参数，选取最优子野数目，既不影响计划质量又能减少治疗时间，降低分次内的不确定度和减少机器磨损。

1 材料与方法

1.1 研究资料

(1)随机选取2017年西南医科大学附属医院肿瘤科收治的20例接受IMRT的宫颈癌术后患者，年龄42～60岁，中位年龄为54岁。所有患者均已行广泛子宫切除+盆腔淋巴结清扫术，术后病理结果为中、低分化鳞状细胞癌，存在高危因素，自愿行全盆腔放射治疗。

(2)收集所有患者计算机断层扫描(computed tomography，CT)定位图像，根据美国放射治疗肿瘤学组宫颈癌术后靶区勾画指南和国际辐射单位和计量委员会(International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU)83号报告[8]勾画靶区、膀胱、直肠、小肠等OARs。临床靶区(clinical target volume，CTV)包括术前的肿瘤床及以下的淋巴引流区域，手术残端和阴道。由于器官运动和摆位的不确定性，CTV将在左右、头脚方向外扩0.8 cm，腹背方向外扩1 cm，将该范围定位为PTV[9]。OARs包含小肠、膀胱、直肠和左右股骨头。

1.2 仪器设备

直线加速器(ELEKTA Precise，瑞典医科达公司)；CT模拟定位机(GE lightspeed，美国通用公司)；Pinnacle3放疗计划系统(version9.0，Philips Medical Systems，荷兰飞利浦公司)。

1.3 计划制作

(1)所有计划均使用Pinnacle计划系统并采用一致模板制作，能量为6 MV的共面IMRT计划，7野均分为30°、80°、130°、180°、230°、280°和330°，直接机器参数优化模式，最小子野面积为4 cm2，最少机器跳数为5 MU，最大优化迭代次数为30次。每例患者的子野数目先设为30个，当计划符合临床要求后，保持其余条件不变，只修改子野数目为20个、40个及50个后，再次进行优化，最后使每例患者共得到4种IMRT计划，即20个子野放射治疗计划(P20)，30个子野放射治疗计划(P30)、40个子野放射治疗计划(P40)和50个子野放疗计划(P50)，并分别进行优化和计算。

1.4 数据收集

收集计划的剂量学数据包括PTV均匀性指数(heterogeneity index，HI)、适形度指数(conformity index，CI)和剂量分布；同时收集OARs和机器输出跳数的数据。

(1)HI用于评价剂量分布的均匀性，其计算为公式[10]：

式中D5为5%靶区体积受到的照射剂量，理想的HI值为1，随着计划变得不那么均匀，HI值降低。

(2)CI用于描述剂量分布的适形度，其计算为公式2[11]：

式中Vref为参考等剂量曲线包绕的PTV体积，Vt为PTV体积，Vtref为参考等剂量曲线包绕的所有区域体积。CI值为0～1，其值越大，适形度越好。

(3)剂量分布中PTV的剂量参数包括最大受量(Dmax)、最小受量(Dmin)和平均受量(Dmean)。

(4)OARs的V50、V40分别表示接受50 Gy和40 Gy照射区域所占体积百分比，D2cc表示2cc体积受到的照射剂量。

田间数据的采集、处理以及各项数据的调查、汇总、整理存档，统一由专人负责，确保数据准确规范并及时上报。同时加强耕地质量监测的档案管理，分类整理立卷，包括耕地质量监测报告、田间原始数据调查记载表等。

1.5 统计学方法

采用SPSS 20.0软件进行数据处理。所有数值均采用均数±标准差表示，对治疗方案计划结果指标比较用单因素方差分析和LSD法，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 DVH评估

在IMRT计划中，P20、P30、P40和P50的4种计划基本能满足医生要求的靶区处方剂量和危及器官保护程度，但是在较低剂量区域(30～45 Gy)处，危及器官受量有所不同，P40计划明显低于其他三者。随机选出的同一患者4种IMRT计划的DVH如图1所示。

图1 同例患者4种IMRT计划的DVH比较曲线图

2.2 PTV均匀性、适形度和剂量分布

随着子野数目的增加，PTV的HI和CI都逐渐趋向于1。4种计划的HI、CI和Dmax的比较，差异均有统计学意义(F=3.434，F=6.071，F=4.279；P＜0.05)。而4种计划PTV的Dmin和Dmean比较，差异无统计学意义(F=1.697，F=2.022；P＞0.05)，见表1。

2.3 危及器官的剂量分布

2.3.1 膀胱受量

患者4种IMRT计划的膀胱V50比较和D2cc比较，差异均无统计学意义(F=0.205，F=0.835；P＞0.05)；而在膀胱V40中的比较，差异具有统计学意义(F=6.335，P＜0.05)，见表2。

2.3.2 直肠受量

患者4种IMRT计划的直肠V50、V40和D2cc比较，差异均无统计学意义(F=0.040，F=0.453，F=0.188；P＞0.05)；其4种IMRT计划的直肠受量无差别，见表3。

2.3.3 小肠受量

患者4种IMRT计划的小肠D2cc比差异较有统计学意义(F=3.283，P＜0.05)；而4种计划的小肠V50和V40比较，其差异均无统计学意义(F=0.319，F=0.104；P＞0.05)，见表4。

2.3.4 股骨头受量

随着子野数目的增加，股骨头的受量逐渐减小。其中，患者4种IMRT计划的股骨头V40比较差异有统计学意义(F=2.959，P=0.025)，见表5。

表1 患者4种IMRT计划中PTV的剂量学参数比较

表1 患者4种IMRT计划中PTV的剂量学参数比较

注：①表中PTV为临床靶区，HI为均匀性指数，CI为适形度指数，Dmax为最大受量，Dmin为最小受量，Dmean为平均受量；②P20、P30、P40及P50分别为子野数目为20个、30个、40个和50个的IMRT计划。

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表2 患者4种IMRT计划的膀胱受照剂量分析

表2 患者4种IMRT计划的膀胱受照剂量分析

注：①表中V50、V40分别表示接受50 Gy和40 Gy照射区域所占体积百分比，D2cc表示2cc体积受到的照射剂量；②P20、P30、P40及P50分别为子野数目为20、30、40和50的IMRT计划。

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表3 患者4种IMRT计划的直肠受照剂量分析

表3 患者4种IMRT计划的直肠受照剂量分析

注：表中P20、P30、P40及P50分别为子野数目为20个、30个、40个和50个的IMRT计划。

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表4 患者4种IMRT计划的小肠受照剂量分析

表5 患者4种IMRT计划的股骨头受照剂量分析

表5 患者4种IMRT计划的股骨头受照剂量分析

注：表中P20、P30、P40及P50分别为子野数目为20个、30个、40个和50个的IMRT计划。

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表6 患者4种IMRT计划的机器跳数分析

2.4 机器输出跳数

随着子野数目增多，机器跳数呈增加趋势；P20与P30、P40和P50比较以及P30与P50比较均有差异。4种IMRT计划的机器跳数比较，差异有统计学意义(F=18.555，P＜0.05)，见表6。

3 讨论

IMRT技术在提高PTV剂量的同时有效降低OAR受照射量，提高肿瘤控制率并延长患者生存期[12-14]。不均匀的剂量分布可能造成PTV内出现低剂量区域的可能性，导致肿瘤复发。适形度代表剂量分布、PTV和OARs三者之间相互关系，是评估放射治疗计划质量的主要标准。越接近理想值1的CI意味着对PTV的较高覆盖和OAR的最低照射。在盆腔IMRT照射的主要危及器官有膀胱、直肠、小肠和股骨头。由于术后小肠落入盆腔，使得其受照射面积极大增加，容易造成不良后果；而膀胱和直肠可由于充盈程度变化，导致其体积和位置的变化，从而影响其实际吸收剂量[15-16]。

宫颈癌调强放射治疗一般采用5野或者7野固定入射角计划，相对于5野，7野计划能获得更好的适形性[17-18]。因此，本研究宫颈癌放射治疗计划采用7野计划。在OAR的受照剂量和体积方面，朱均强等[19]研究表明，50个和35个子野的IMRT计划较之25个子野的计划在小肠、膀胱和直肠的V30、V40、V50及Dmax更有优势。王琳婧等[20]研究的结果显示，49个子野数目的膀胱V50、直肠V50、Dmean和股骨头V30、Dmean均比35个、21个子野数计划的受照剂量及体积有降低，且均有统计学差异。本研究中比较了子野数目为20个、30个、40个和50个共4种IMRT计划(即P20、P30、P40和P50)，虽然这些计划都能基本达到临床要求，但是在剂量学参数和机器跳数上有明显差异。其中P30在参数评估中与P30和P50无差异，而在机器跳数比较中又有明显优势，故可认为P30(即30个子野的IMRT计划)是较为合理的选择。

本研究探讨子野数目对宫颈癌术后IMRT治疗计划的影响，为临床宫颈癌术后调强放射治疗计划设计提供参考与借鉴。本研究表明，适当的增加子野数目可以使PTV和OARs的剂量学结果更加理想。但随着子野数目增加，会增加机器跳数，延长治疗时间，导致加速器MLC磨损。因此在实际临床工作中，制作IMRT计划时应根据靶区形状以及OAR相邻关系等灵活增添子野数目，以达到最优化的目的。