准直器角度对鼻咽癌容积旋转调强计划及剂量验证的影响

武星蕾，吴爱东，吴爱林

中国科学技术大学附属第一医院西区，安徽合肥230031

前言

鼻咽癌作为头颈部恶性肿瘤中较为常见的一种，放射治疗是有效的治疗手段［1-4］。在鼻咽癌放疗中，动态容积旋转调强计划（Volumetric Modulated Arc Therapy,VMAT）具有较好的靶区适形度，危及器官（Organ-at-Risk,OAR）及靶区周围正常组织受到的照射较低，与固定野调强放射治疗（Intensity-Modulated Radiotherapy,IMRT）相比机器跳数（Monitor Unit,MU）更低，治疗时间明显缩短，具有更高的治疗效率［5-9］。因此，近年来VMAT普遍应用于临床治疗中。通常，在靶区形状较为复杂、多个靶区以及多种剂量要求的情况下，使用两个或者更多的VMAT弧来提高剂量分布［10-11］。在VMAT执行过程中，随着机架的转动加速器控制系统能够改变剂量率和多叶准直器（Multileaf Collimator,MLC）的位置，通过旋转准直器角度能够减少叶片间漏射和凹凸槽影响［12］。尽管国内外有些学者研究了准直器对VMAT计划的影响，但针对鼻咽癌的研究较少，本文对鼻咽癌VMAT计划设计过程中准直器角度的影响进行了研究，为更好地设计临床治疗计划提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究对象

选取10例分期为T3期且无放疗禁忌证的鼻咽癌患者作为研究对象进行回顾性研究。所有患者均为初次治疗并签署放疗知情同意书，患者治疗在配有kV级图像引导的加速器上进行，根据医师的要求时间实施锥形束CT图像引导，在线校正摆位误差，摆位误差在3 mm以下方可继续进行调强放射治疗。

1.2 体位固定和CT扫描

所有患者的扫描均采用仰卧位，头颈肩热塑面膜配合适合患者尺寸的头枕固定，在面膜表面做定位摆位标记，采用螺旋CT扫描，扫描方式为平扫+增强扫描；扫描范围为头顶至胸骨切迹下2cm，层厚3mm，扫描的CT图像经网络传输到Pinnacle39.10治疗计划系统，以便勾画靶区与设计计划。

所有患者均进行MRI扫描，扫描采用增强扫描，范围从颞叶中部到胸廓入口，扫描的MRI图像经网络传输到Pinnacle39.10治疗计划系统，并与CT图像进行融合。

1.3 靶区和危及器官的勾画

以2010年鼻咽癌放疗专家共识为依据，医师在CT与MRI融合的图像上逐层勾画。肿瘤靶区（Gross Tumor Volume,GTV）包括影像临床检查可见的原发肿瘤部位及其侵犯范围（GTVnx）以及影像和临床检查观察到的肿大淋巴结区域（GTVnd）。临床靶区（Clinical Target Volume,CTV）包括临床靶体积与高危淋巴引流区的临床靶体积（CTV1）以及需要预防照射的淋巴结引流区（CTV2）。计划靶区（Planning Target Volume,PTV）：根据本单位摆位误差对GTVnx、GTVnd、CTV1、CTV2分别外扩3 mm得出的 PTV 依次定义为 PGTVnx、PGTVnd、PTV1、PTV2。OAR以ICRU 83号报告为依据勾画，包括脊髓、脑干、晶体、眼球、视神经、视交叉、垂体、颞叶、腮腺、颞颌关节等。

1.4 计划设计

应用Pinnacle39.10治疗计划系统进行VMAT计划设计，在Varian公司Trilogy加速器上进行治疗，每个病例设计10个治疗床角度为0°的双弧VMAT计划，一个弧从180.1°到180.0°顺时针旋转，10组VMAT计划准直器角度Arc1分别是0°、5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°；另一个弧从 180.0°到180.1°逆时针旋转，准直器角度 Arc2为 360°-Arc1。10组计划的剂量约束条件和优化参数保持一致，采用靶区Dmean归一方式，要求所有靶区95%体积达到相应的处方剂量。OAR要求：脑干Dmax＜54 Gy、脊髓Dmax＜45 Gy、眼球Dmax＜50 Gy、晶体Dmax＜8 Gy、视神经Dmax＜50Gy、视交叉Dmax＜50Gy、颞叶Dmax＜70Gy、颞颌关节Dmax＜70 Gy、口腔Dmean＜40 Gy、喉Dmean＜45 Gy、腮腺V30（30 Gy剂量线所包围的腮腺体积占腮腺总体积的百分比）＜50%、下颌骨Dmax＜70 Gy。

所有患者均采用6 MV光子线同步加量调强照射的治疗方式，靶区处方剂量PGTVnx为2.12 Gy/次、PGTVnd为2.00 Gy/次、PTV1为1.81 Gy/次、PTV2为1.64 Gy/次，总计33次，每周5次，总剂量分别为70、66、60、54 Gy。

1.5 治疗计划评估

在保证所有PTV 95%体积满足处方剂量的前提下，采用剂量体积直方图对PTV、OAR和正常组织的受照剂量参数进行统计学分析。PTV参数：均匀性指数。其中，D2%、D50%、D98%分别表示2%、50%、98%靶区体积所受剂量，HI值越接近0，代表靶区的均匀性越好。适形度指数。其中，VT,ref为参考等剂量线所覆盖靶体积，VT为靶区体积，Vref为参考等剂量线所围绕的所有体积，CI值越接近1，代表靶区的适形度越好。主要OAR受照剂量：脑干、脊髓、眼球、晶体、视神经、视交叉、颞叶、颞颌关节及下颌骨的Dmax；口腔及喉的Dmean；腮腺V30。正常组织的受照剂量：将CT扫描的体积（B）减去所有PTV体积（P）后的正常组织定义为B-P，评估B-P的V5、V10、V15、V20、V25、V30、V35、V40、V45、V50。统计所有计划的MU。

通过基于机器学习的数据处理模型，系统可以有效的对提取的生命体征数据进行分析和归类，本系统中主要提供以下应用服务：疾病分类、指标划分和监测评估；值班民警、驻所医护人员都可以通过该服务对在押人员的身体健康情况作进一步的预判和疾病分析。

1.6 剂量验证

利用SunNuclear公司的三维剂量验证模体ArcCheck及SNCP分析软件对每个患者的10个治疗计划进行剂量验证。将每个病例的VMAT计划以DICOM格式经网络传至Varian治疗系统，用来实际测量。同时将VMAT计划复制到QA模体上，包括剂量通量图、MLC位置信息、机架角度、射野权重等参数。在QA计划中以QA模体为射野中心，重新设置剂量框，将治疗计划的MU输入到QA计划中，重新计算出归一到QA模体上的剂量通量，将QA计划从Pinnacle计划系统传到SunNuclear_SCP文件夹以便导入到SNCP分析软件中，与测量结果进行对比。对γ分析方式下相对剂量通过率结果进行比较。选择10（参与比对的最小剂量限制）/3%（最大允许的剂量偏差）/3 mm（最大允许的采样位置范围）的验证标准。

1.7 统计学分析

Li等［15］选择10名前列腺癌患者研究准直器旋转对前列腺癌VMAT计划的影响，研究结果表明在45°时，靶区的CI、HI值表现最好，与0°相比直肠和膀胱的V60不会明显增大，最终认为45°是最佳角度，其他研究者也得出了类似结果［16］。

2 结果

2.1 PTV剂量参数比较

结合两台锅炉解决燃烧偏差问题的分析方法和现场调整过程，分析不同燃烧布置形式锅炉的炉膛上部受热面屏底温度和烟气流速差异对各受热面吸热量的影响，得到结论如下：

表1 不同准直器角度PTV剂量学参数（±s）Tab.1 Dosimetric parameters of planning target volume at different collimator angles(Mean±SD)

参数准直器角度0°F值P值5°10°15°20°25°30°35°40°45°PGTVnx HI CI PGTVnd HI CI PTV1 HI CI PTV2 HI CI 0.08±0.02 0.76±0.07 0.07±0.02 0.78±0.07 0.07±0.02 0.79±0.06 0.07±0.02 0.78±0.04 0.08±0.01 0.77±0.07 0.09±0.02 0.74±0.06 0.09±0.02 0.72±0.08 0.10±0.02 0.70±0.10 0.10±0.02 0.68±0.12 0.10±0.02 0.67±0.12 74.504 49.799 0.000 0.000 0.06±0.02 0.14±0.07 0.06±0.02 0.15±0.07 0.06±0.02 0.15±0.07 0.06±0.02 0.15±0.08 0.06±0.02 0.15±0.08 0.06±0.02 0.15±0.08 0.06±0.02 0.15±0.07 0.06±0.02 0.14±0.07 0.06±0.02 0.14±0.07 0.06±0.02 0.14±0.07 5.23 40.60 0.810 0.000 0.22±0.04 0.44±0.11 0.22±0.03 0.45±0.12 0.21±0.03 0.47±0.11 0.22±0.04 0.46±0.09 0.23±0.03 0.46±0.09 0.23±0.04 0.46±0.10 0.24±0.04 0.45±0.10 0.24±0.04 0.44±0.10 0.24±0.04 0.42±0.08 0.24±0.05 0.43±0.10 64.53 17.27 0.000 0.045 0.36±0.03 0.73±0.02 0.36±0.03 0.74±0.03 0.35±0.03 0.75±0.03 0.36±0.04 0.74±0.04 0.36±0.02 0.75±0.04 0.37±0.04 0.74±0.04 0.37±0.04 0.73±0.04 0.37±0.04 0.72±0.04 0.37±0.04 0.70±0.05 0.37±0.04 0.70±0.05 20.28 42.35 0.010 0.000

2.2 OAR受照剂量比较

在Eclipse（Varian Medical Systems）计划系统中，推荐使用10°（350°）和30°（330°）作为大部分情况下的最优准直器角度。准直器角度是影响VMAT计划质量的一个重要因素，在0°时，随着机架的旋转MLC叶片间漏射进行累积，计划执行过程中累积的漏射剂量造成了不需要的剂量分布，这种剂量分布不能通过计划优化来控制，在不同的准直器角度，不需要的剂量能够通过计划优化的过程来控制。因此，在VMAT计划中通过旋转准直器能够获得更好的剂量分布，同时靶区周围的正常组织得到更好的保护。

表2 不同准直器角度OAR剂量学参数（±s）Tab.2 Dosimetric parameters of organs-at-risk at different collimator angles(Mean±SD)

表2 不同准直器角度OAR剂量学参数（±s）Tab.2 Dosimetric parameters of organs-at-risk at different collimator angles(Mean±SD)

参数准直器角度0°F值P值5°10°15°20°25°30°35°40°45°脑干Dmax/Gy 52.61±0.66 51.91±1.32 52.24±1.44 52.64±1.42 52.51±1.30 53.28±1.26 54.03±2.20 53.64±1.08 54.16±1.75 54.27±1.6940.8000.000脊髓Dmax/Gy 42.83±1.47 42.81±1.65 42.78±1.36 42.90±1.42 43.17±1.84 43.51±1.86 43.98±2.14 44.56±1.97 44.62±1.69 44.51±2.1043.2870.000晶体Dmax/Gy 5.86±1.03 5.79±1.12 5.94±0.99 6.14±0.93 5.85±1.14 5.93±0.95 6.11±1.03 5.67±1.16 5.82±0.98 5.72±0.958.5100.480眼球Dmax/Gy 24.21±9.21 22.17±6.48 21.52±6.82 22.36±6.02 22.16±6.36 24.65±7.64 26.48±9.02 23.45±8.10 24.43±7.97 24.20±9.2720.2040.017视神经Dmax/Gy 33.78±12.70 35.77±11.36 36.75±10.67 35.81±11.92 35.22±11.33 34.94±11.91 34.67±12.69 34.52±12.63 35.65±12.81 34.76±13.219.8400.364视交叉Dmax/Gy 31.16±6.75 29.76±7.91 24.99±7.42 22.84±6.40 21.15±6.93 22.89±8.06 25.94±10.01 26.26±8.12 27.66±8.66 26.95±8.9641.9210.000颞颌关节Dmax/Gy 60.79±3.27 60.84±3.03 60.93±3.00 61.33±3.09 61.06±3.99 60.66±3.09 61.23±2.66 62.10±3.33 62.50±3.77 62.89±5.1910.6480.301下颌骨Dmax/Gy 66.72±3.89 66.32±3.95 66.19±3.71 66.00±4.64 66.27±4.27 66.14±4.90 66.58±4.47 66.62±4.15 66.74±3.84 67.35±4.3328.0920.001颞叶Dmax/Gy 65.60±3.78 65.61±3.49 66.14±3.44 65.78±3.56 66.02±3.61 66.57±4.03 64.91±4.64 65.06±4.26 65.19±3.92 65.17±3.9710.6480.301口腔Dmean/Gy 38.29±3.32 38.09±3.10 37.98±2.88 37.81±3.04 37.74±3.01 38.04±3.05 37.90±3.11 37.40±3.36 37.50±3.72 37.38±3.7310.6690.299喉Dmean/Gy 43.74±1.78 43.71±1.95 43.37±2.11 43.49±2.07 43.62±1.77 43.37±2.20 43.55±2.29 43.46±2.52 43.38±2.78 43.37±2.974.2550.894腮腺V30/%36.74±4.51 36.67±4.16 36.29±6.09 35.60±5.63 34.20±6.62 34.72±6.74 35.51±6.85 33.80±6.54 34.35±6.87 34.58±6.7219.0550.025

2.3 B-P受照剂量比较

Sandrini等［17］研究了准直器角度对肺癌患者SBRT治疗的VMAT计划影响，发现在0°和90°时，计划比预期的更差，准直器在20°～45°之间靶区的均匀性和适形度以及OAR保护得更好。

2.4 MU比较

在不同的准直器角度，VMAT计划γ通过率均在98%以上，其中准直器角度在20°时通过率最高。准直器角度在0°～20°时γ通过率高于25°～45°，详见表3。

表3 不同准直器角度正常组织的剂量学参数（±s）Tab.3 Dosimetric parameters of normal tissues at different collimator angles(Mean±SD)

表3 不同准直器角度正常组织的剂量学参数（±s）Tab.3 Dosimetric parameters of normal tissues at different collimator angles(Mean±SD)

参数准直器角度0°F值P值5°10°15°20°25°30°35°40°V5/%47.97±5.0847.82±5.0348.51±5.1949.2±5.1249.04±5.0349.11±4.6149.57±4.6349.94±4.8849.82±4.8354.5890.000 V10/%39.75±4.3439.93±4.1240.11±4.2140.26±4.1840.18±4.3039.98±3.6840.51±3.8240.65±4.1540.26±3.6016.7130.053 V15/%34.62±3.6834.57±3.4934.77±3.3734.89±3.6334.83±3.6834.88±3.1935.30±3.2235.30±3.3734.98±3.0312.9600.164 V20/%29.93±3.0229.95±3.0030.03±2.8830.27±3.2430.13±3.1530.55±2.8630.99±3.0031.03±2.9830.79±2.9031.7240.000 V25/%25.35±2.6125.45±2.5425.30±2.4325.65±2.9525.37±2.7326.15±2.6126.83±2.7026.94±2.6426.93±2.7959.5640.000 V30/%20.79±2.0320.93±2.0920.47±2.0321.01±2.5520.59±2.4521.59±2.4322.59±2.3622.73±2.2423.08±2.5567.2650.000 V35/%16.16±1.4116.41±1.5815.87±1.7716.41±2.1716.05±2.1717.06±2.1418.18±1.9918.31±1.8519.07±2.3071.3020.000 V40/%11.63±1.0111.81±1.1811.57±1.4011.90±1.5911.66±1.7012.34±1.5513.39±1.5513.52±1.4814.40±1.7870.9310.000 V45/%7.54±0.587.58±0.707.50±0.867.62±0.907.59±1.077.93±0.928.66±1.098.84±1.129.47±1.4468.6620.000 V50/%4.13±0.404.04±0.384.03±0.444.07±0.474.07±0.554.24±0.514.67±0.674.87±0.735.29±0.9668.7930.000 MU γ通过率/%489.0±37.6506.4±35.3514.3±39.4517.8±39.5521.9±39.2526.1±38.4528.0±38.7521.0±39.0509.4±38.920.0800.020 98.53±0.9398.35±0.8398.40±0.6798.51±0.7498.71±0.4698.38±0.7198.34±0.8998.33±0.8898.26±1.11 45°49.99±5.16 40.21±4.29 34.75±3.52 30.55±3.14 26.80±2.88 23.08±2.71 19.06±2.62 14.38±2.12 9.35±1.37 5.12±0.80 513.7±25.6 98.25±1.027.3100.610

2.5 计划验证γ通过率比较

10组计划的平均MU差异有统计学意义（P＜0.05）。MU在0°计划中最低，在30°最高，每组计划的跳数均较低，对0°、10°、25°以及45°两两进行配对t检验，0°和25°、0°和45°差异有统计学意义（P＜0.05），其他角度差异无统计学意义，详见表3。

所谓教育信息化，就是指在教学过程中有效运用信息技术手段，将二者有机结合，以进一步开发和利用教育信息资源。教育信息化追求教学手段和教学方式的现代化与科技化，它具备协作性、多媒体化、共享性以及开放性等诸多特点，可以说根本转变了传统的小学教学方法和教学模式，是教育改革的重要一环。以小学教育信息化为例，不仅师生提供了更加优质、多元和丰富的学习资源，也带给学生一定的学习体验，是素质教育全面实施的重要动力，也是教学效率和质量不断提升的主要推动力。

3 讨论

本文所有数据均使用SPSS 22.0软件进行统计学分析，使用非参数秩和检验分析法，统计结果用均数±标准差描述，P＜0.05为差异有统计学意义。本研究中初步判断10°～20°的准直器角度较其他角度获得更好的剂量参数。在数据统计时，为摒除相近数据对统计的干扰，对0°、10°、25°以及45°这 4组数据进行两两配对t检验。

对于B-P，除V10和V15外，其他剂量区受照体积差异均有统计学意义。在低剂量区V5～V20，0°和5°受照体积最低，在高剂量区 V25～V50，10°最低。在所有的剂量区，在准直器旋转25°之后，随着准直器进一步旋转，受照体积明显增加，对0°、10°、25°以及45°两两进行配对t检验，在所有剂量区域，除0°和10°没有统计学意义，其他角度两两对比均有统计学意义（P＜0.05），详见表3。

所有计划均能满足靶区的临床要求。对于PGTVnx，HI在5°、10°、15°均值最小（P＜0.05）；CI在10°均值最大（P＜0.05）。对0°、10°、25°以及45°两两进行配对t检验，PGTVnx的HI、CI差异均有统计学意义（P＜0.05）；对于PGTVnd，HI均值在所有度数基本一致（P＞0.05）。CI均值在5°～30°最大（P＜0.05），对0°、10°、25°以及45°两两进行配对t检验，0°和10°、10°和45°差异有统计学意义（P＜0.05），其他角度差异无统计学意义；对于PTV1 ，HI均值 在 10°最 小（P＜0.05），对0°、10°、25°以及45°两两进行配对t检验，差异均有统计学意义（P＜0.05）。CI均值在10°最大（P＜0.05），对0°、10°、25°以及45°两两进行配对t检验，0°和10°对比差异有统计学意义（P＜0.05），其他角度差异无统计学意义；对于PTV2，HI均值在10°最小（P＜0.05），对0°、10°、25°以及45°两两进行配对t检验，0°和10°、10°和25°、10°和45°差异均有统计学意义（P＜0.05），其他角度差异无统计学意义，CI均值在10°和20°最大（P＜0.05），对0°、10°、25°以及45°两两进行配对t检验，CI差异均有统计学意义（P＜0.05）。在准直器旋转角度大于30°后，靶区的HI和CI有变差的趋势，详见表1。

脑干、脊髓以及眼球Dmax在5°～20°时较小，在25°之后明显增大（P＜0.05），对0°、10°、25°以及45°两两进行配对t检验，除0°和10°没有统计学意义，其他角度两两配对均有统计学意义（P＜0.05）。视交叉和下颌骨Dmax在15°～25°时较小，在其他角度明显增大（P＜0.05），对0°、10°、25°以及45°两两进行配对t检验，除25°和10°没有统计学意义，其他角度两两配对均有统计学意义（P＜0.05）。晶体、视神经、颞叶和颞颌关节的Dmax以及喉和口腔的Dmean在每个旋转角度相差不大，没有明显的变化趋势（P＞0.05）。腮腺V30在准直器角度为35°时最小，准直器角度大于20°时腮腺V30明显小于20°之前的角度（P＜0.05），对0°、10°、25°以及45°两两进行配对t检验，两两配对均无统计学意义（P＞0.05），详见表2。

膨润土的膨胀性能以膨胀容表示，同一属型的膨润土，含蒙脱石愈多，膨胀容愈高。胶质价、膨胀容是鉴定膨润土矿石属型和估价膨润土质量的技术指标之一。

校企合作“双主体”办学，使得教师进企业没有了门槛，师资“双师”建设补充成为长效机制。以培养师资在行业应用前沿技术领域的能力为中心，同时让学生能够接收到一线企业工程师的宝贵工作经验，建立校企互聘互兼、互培共育机制，采取专职与兼职并举的方式让企业工程师走进课堂，让教师走进一线生产工作岗位。通过参与项目研发、课题研究、技术服务、指导技能竞赛，以及访学、培训、研修、学术研讨、引进等途径，建立一支由专业带头人、骨干教师、兼职教师组成的工程实践能力强、梯队合理的“双师型”优秀教学团队。

然而，目前还没有一项技术能够在VMAT计划执行过程中实时的旋转准直器角度，因此在进行计划设计时必须选择一个合适的准直器角度，计划设计者根据经验以及相关文献报道，同时考虑靶区形状、尺寸和靶区位置设定最优的准直器角度［18］。

本研究分析了10个不同准直器角度对鼻咽癌VMAT计划与剂量验证的影响，鼻咽癌不同于其他癌症，在靶区附近分布着许多重要的OAR如脑干、脊髓、视神经等。从本研究中可以看出在准直器角度在5°～20°的计划大部分靶区适形度、均匀性均很好，在大于30°之后，又有变差的趋势。在OAR的保护方面，除腮腺外，与0°相比小幅度（＜25°）旋转准直器能够降低脑干、脊髓以及眼球等OAR受量。旋转准直器角度增加了低剂量区域受照体积，降低了高剂量区域的受照体积。在准直器旋转超过25°时，整个剂量区的受照体积明显变大。

通过ArcCheck对每个计划进行了剂量验证，发现所有准直器角度γ（3%/3 mm标准）通过率均能达到98%以上。在20°时，通过率达到98.71%，在较小的角度，γ通过率明显高于大于20°，这一结果与Kim等［19］研究结果类似，他们使用二维电离室矩阵MatriXX系统验证VMAT计划，以此分析准直器角度对VMAT计划剂量学验证的影响。研究结果显示随着准直器角度增大，通过率增大且在10°时达到峰值，之后随着旋转角度增大，通过率逐渐减小。

图4是美国前三轮加息周期中上证指数的月线波浪形态。通过观察不难看出，美国加息时段中的A股存在一个共性之处，即大致都呈现出先跌后涨的V形走势，并与中国股市特有的浪形态势相契合。自2015年12月以来的美联储这轮加息周期时间最长，共已加息9次。2016年1月至今三年时间里，A股主要经历了前两年的缓慢上扬和今年的持续大幅调整。有预期认为2019年美国还将加息两次，那么，中国A股是否会在新的一年里止跌并出现一波上涨呢？目前看来的确有这样的可能。关于近几年A股市场走势的浪形分析，读者朋友可参考上期专栏文章及图示。

加速器治疗照射的准确性依赖于机架和准直器等中心以及叶片位置的几何精度。在不同的准直器角度和机架角度，叶片的极限速度、MLC的位置以及机器的等中心都会不同［20-21］。所以计划验证时γ通过率对准直器角度有一定依赖性。准直器角度相对越小，计划通过率越高。但是对于MLC漏射问题，角度相对越大，漏射越少，因此，对于角度的选择需要进行一定取舍。

通过10例T3期鼻咽癌放疗患者的不同准直器角度VMAT计划的物理参数评估，对OAR保护、B-P受照体积以及计划验证γ通过率的对比研究发现，准直器角度在10°～20°时，能够提高靶区的均匀性和适形度，更有效的保护脑干、脊髓以及眼球等重要器官，降低B-P的受照剂量体积，计划执行的准确性也较高。在其他医院由于计划系统和加速器型号不同，研究结果可能不完全相同，但通过与文章中相似的测量方法，能够发现最优准直器角度。同时，通过本研究发现准直器旋转在VMAT计划设计中的作用，为进一步设计动态准直器旋转角度提供指导性意义。