鼻咽癌调强放射治疗中自动计划与人工计划的剂量学差异

周露，张书旭(通信作者)，彭莹莹，王琳婧，李慧君

广州医科大学附属肿瘤医院放疗中心 (广东广州 510095)

放射治疗是目前治疗恶性肿瘤患者的重要手段之一。目前，60%～70%的肿瘤患者在病程不同时期，因不同的目的需要放射治疗。现代化精准调强放射治疗(intensity modulated radiation therapy，IMRT)具有副作用小、治疗效果好、综合成本低等优势，与其他治疗方式配合可以取得较好的疗效。此外，放射治疗存在不确定性，如不同医师间靶区勾画的差异性及不同机构间和机构内部放射治疗计划设计的差异性[1-2]。放射治疗计划的剂量分布取决于物理师所定义的剂量目标，为了在保证靶区剂量的前提下尽可能地减小正常组织的受照剂量，物理师需要不断对给出的剂量目标进行调整优化，此过程需要耗费大量的人力与时间，而且很难确保达到最优方案[3]。因此，放射治疗计划优化过程的自动化，能在减少优化时间的同时提高计划质量，降低人为因素导致的计划质量差异。此外，还可以将自动计划所生成的剂量分布作为手动计划的起点，在此基础上根据医师的具体要求进行优化与调整[4-5]。由Pinnacle推出的自动计划(auto planning，AP)技术的核心是治疗计划系统(treatment planning system，TPS)模仿有经验的物理师来做计划，生成剂量成形结构(dose shaping structure,DSS)来使得剂量成型，勾画出冷点(cold spot，CS)和热点(hot spot，HS)来使得剂量均匀。

世界卫生组织调查报道，全球有80%的鼻咽癌患者在中国。鼻咽癌的发病率以中国南方较高，也被称为“广东瘤”。目前，调强放射治疗已经广泛应用于鼻咽癌的放射治疗中，该技术能够保证给予靶区规定的照射剂量，同时最大限度降低正常组织的受照剂量。由于头颈部解剖结构比较复杂，需要保护的正常组织也较多，因此鼻咽癌调强放射治疗的人工优化过程比较费时，AP的提出可以很好地解决这个问题。本研究选取24例鼻咽癌患者，分别采用人工调强放射治疗计划和AP进行剂量学评估，探讨鼻咽癌AP的可行性。现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2018年5月至2019年3月本院收治的24例病理确诊为鼻咽癌，无远处转移的患者。其中男12例，女12例；年龄30～76岁，中位年龄46岁。患者均无放射治疗禁忌证，鼻咽及上颈部均行调强放射治疗照射。

1.2 体位固定及CT扫描

患者在平板床上采取仰卧位，行热塑面罩固定，采用美国GE公司的Lightspeed 16排螺旋CT进行计算机断层成像，层厚3 mm，层间距3 mm，矩阵512×512，扫描范围从头顶至锁骨下缘下3 cm。

1.3 靶区及危及器官勾画

由放射治疗医师根据ICRU第50、62号报告原则及RTOGO225治疗规范勾画靶区和危及器官，CTVnx为影像学及临床检查可见的原发肿瘤区和咽后转移淋巴结，GTVnd为颈部转移淋巴结，CTV1为鼻咽肿瘤极易侵犯的结构和高危淋巴引流区，CTV2为颈部预防照射区。正常组织勾画包括腮腺、脊髓、脑干、视交叉、视神经、眼球、晶状体、垂体、下颌骨、颞颌关节和口腔。

1.4 调强计划设计

采用Pinnacle3 9.10计划系统，对所有患者分别进行调强放射治疗人工计划和AP设计。调强放射治疗计划的射线能量为6 MV X线，处方剂量GTVnx为70 Gy，GTVnd为66 Gy，CTV1为60 Gy，CTV2为56 Gy。5次/周，共32次。射野角度分别为0°、40°、80°、120°、160°、200°、240°、280°、320°。人工计划靶区和危及器官的剂量体积限值以及对应的权重根据临床经验设置，AP初始优化时危及器官的剂量体积限值与人工计划相同。调强放射治疗人工计划设计：危及器官剂量限制条件为脑干≤54 Gy,脊髓≤45 Gy,50%腮腺体积剂量≤30 Gy,晶状体≤8 Gy等。

1.5 计划评估

(1)靶区：靶区D2为2%的靶区体积所接受的照射剂量，D98为98%的靶区体积所接受的照射剂量，D50为50%的靶区体积所接受的照射剂量，Dmean为靶区的平均受照剂量；V95%定义为靶区中剂量达到95%处方剂量的百分体积，V107%定义为靶区中剂量达到107%处方剂量的百分体积。(2)危及器官：脊髓所受的最大剂量Dmax、平均剂量Dmean以及所受剂量大于35 Gy的体积V35；脑干所受的最大剂量Dmax和平均剂量Dmean；左右晶状体所受的最大剂量Dmax和平均剂量Dmean。

1.6 统计学处理

2 结果

2.1 靶区剂量参数

D2%(%)、D50%(%)、D98%(%)、Dmean(%)分别为D2、D50、D98、Dmean相对于处方剂量的百分比。AP和人工计划相比，靶区的D2、D98、V107%、V95%差异均无统计学意义(P>0.05)。AP中靶区的D50、Dmean大于人工计划，差异均有统计学意义(P<0.05)。见表1。

表1 24例患者的靶区剂量参数

2.2 危及器官剂量

人工计划中脊髓的Dmax，脑干的Dmax、Dmean，以及左右晶状体的Dmax均大于AP，差异均有统计学意义(P<0.05)。见表2。

表2 24例患者的危及器官剂量参数

2.3 计划耗时

本研究的病例中，AP平均耗时30 min；人工计划受到靶区与危及器官位置关系以及物理师经验等因素的影响，最短耗时约60 min，最长耗时130 min左右，平均耗时100 min。

3 讨论

AP和人工计划均可以满足临床对于靶区剂量的要求，此外，AP在危及器官保护方面的优势更加明显[6-7]。利用Pinnacle的自动计划模块可以得到高质量的鼻咽癌调强放射治疗计划。在人工设计调强放射治疗计划时，如果只对靶区和危及器官进行剂量限制，而对其他没有关注的正常组织区域不设定剂量要求，所得到的治疗计划很可能出现靶区外剂量热点，剂量分布适合度不好，脊髓或脑干等危及器官有剂量“套圈”的现象。而AP采用DSS，在最优化问题中给定相应的剂量要求。例如，将靶区外扩一定距离(1～3 mm)，给定外扩区域的最大剂量为靶区的处方剂量或最低剂量来提高靶区剂量的适形度。对于凹形靶区的凹陷区，给定凹陷区的最大剂量容许值为靶区的处方剂量或最低剂量，同时根据凹陷区内危及器官的临床剂量处方要求给定一个剂量体积约束条件来消除剂量“套圈”现象。当肿瘤亚临床CTV外扩PTV侵犯到重要器官时，可将PTV侵犯到重要器官部分及PTV外的该重要器官部分分别设定最大剂量或最低剂量，可以使正常组织的高剂量区减小，从而满足医师临床要求。

鼻咽部解剖结构复杂，存在骨骼、软组织、气腔等，组织密度差异大，而且靶区周围的危及器官比较多，造成调强放射治疗计划的设计存在一定的难度，而且比较耗时。此外，由于治疗过程中肿瘤退缩、患者体重减轻、照射范围形态变化等因素会导致靶区和危及器官的体积和位置发生明显的变化，若继续采用初始放射治疗计划，可能导致靶区漏照或使危及器官卷入射野内，加重放射治疗副反应[8]。临床上我们采用自适应放射治疗(adaptive radiotherapy，ART)技术来解决上述问题，这就需要快速、多次地设计和修改放射治疗计划，AP计划可以很好地满足ART技术的要求。此外，在人工调强放射治疗计划中，需要物理师手动设置靶区以及危及器官的剂量限值，物理师的经验直接影响了计划的质量，因此，采用鼻咽癌AP计划能够减少计划设计中人为因素的影响，更加科学、合理地设置目标参数。