Monaco计划系统子野数目对宫颈癌调强放射治疗计划剂量分布的影响*

谢 辉 欧 晋 李 庆*

目前，放射治疗在女性宫颈癌中得到广泛的应用，据统计约70%的宫颈癌患者的治疗需要利用不同程度的放射治疗[1]。调强放射治疗(intensity modulated radiation therapy，IMRT)能使处方剂量被“雕刻”的与靶区三维形状几乎一致，因此IMRT作为当今的主流技术之一，在放射治疗中发挥着重要作用。IMRT计划设计过程中，很多因素对计划的优良及剂量的分布起着作用，如选用的多叶准直器(multi-leaf collimator，MLC)类型、子野大小、总机器跳数、主野个数及子野个数等，这些都主要依赖于肿瘤放射治疗物理师凭借自身知识掌握的情况及经验来进行选用设置。因此，需要探究这些因素对放射治疗计划设计结果的影响趋势及规律，以更好的完成放射治疗计划[2]。本研究以老年宫颈癌患者为例，基于Monaco放射治疗计划系统(treatment planning system，TPS)，研究子野数目对宫颈癌IMRT计划剂量分布的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2017年1-12月在湘南学院附属医院放射治疗中心就诊的10例老年宫颈癌术后行IMRT的患者，年龄61～75岁，平均年龄(64.2±3.8)岁。所有患者在计划设置时，其他计划参数均不变仅改变最大子野控制点数情况下，设计6个IMRT计划。本研究经医院伦理委员会批准，所有研究均根据相关规定进行。所有患者或其法定监护人在研究前均签署知情同意书。

1.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准：①各种原因需要进行术后外照射；②治疗为完整疗程；③外照射剂量在45～50 Gy/4.5～5周。

(2)排除标准：①有远处广泛转移；②5年内两次放射治疗。

1.3 仪器设备

采用Lightspeed型4排螺旋CT(美国GE公司)；Synergy型直线加速器(瑞典Elekta公司)；Monaco型放射治疗计划系统(瑞典Elekta公司)。

1.4 治疗方法

所有患者一律采用仰卧位，使用热塑膜进行体位固定。定位CT扫描前尽量排空大便，膀胱充盈状态设为定位扫描前2 h内严禁进水及排小便。扫描范围从第4腰椎上沿到闭孔下端5 cm，患者必须使用增强造影剂进行造影。扫描层厚为0.5 cm，所得定位CT图像使用网络通过医学数字成像及通信(digital imaging and communication of medicine，DICOM)接口传输到TPS。计划靶区及膀胱、股骨头、直肠和小肠的勾画按照肿瘤放射治疗协作组织(radiation therapy oncology group，RTOG)0418指南进行勾画[3]。

1.5 计划设计

IMRT采用Monaco放射治疗TPS进行肿瘤计划设计，治疗机器使用Synergy直线加速器。40对MLC，在等中心平面投影为1 cm宽，最大照射面积为40 cm×40 cm。放射治疗计划一律采用9野共面设计，其角度分别为0°、50°、90°、140°、220°、260°、290°、300°和320°。基本参数设计：最小子野面积为4 cm2，最小跳数为5 MU。优化算法采取蒙特卡罗算法。处方剂量计划靶区(planning target volume，PTV)给予4600 cGy，23次照射，1次/d，每周5 d常规照射。

计划设计按照调强常规计划进行设计，该计划为基础计划即参照计划。基础计划设计最大子野控制点设计为250，此参数不变。修改其他参数直到优化结果符合临床条件，该基础计划命名为P250；对最大子野控制点数(P)分别设计为P50、P100、P150、P200和P300，对其余目标函数及参数不做任何变化进行计划优化，每例患者6个计划，共计得到60个计划。Monaco放射治疗计划子野数由子野控制点决定，2个控制点决定一个子野，在一个计划中设计最大的子野控制点数为250则得到的最大子野数为125[4]。

1.6 计划评估指标

分析靶区及危及器官(organ at risk，OAR)的剂量分布。靶区PTV的分析指标中最大受照PTV剂量(planning target volume dosage，PTVDmax)、最小受照剂量(PTVDmin)、平均受照剂量(PTVDmean)、适形指数(conformity index，CI)和均匀度指数(homogeneity index，HI)[5]。OAR分析指标为：接受3000 cGy、4000 cGy照射剂量体积(V30、V40)，单位为cm3。以及每个计划的治疗总跳数(MU)和最终优化得到子野数。分析6种计划方案中的剂量-体积直方图(dose-volume histogram，DVH)。

1.7 统计学方法

采用SPSS17.0分析软件进行数据处理，计算数据采用(±s)表示，比较用单因素方差分析和LSD-t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义[5]。

2 结果

2.1 DVH分析评估

在6种计划方案中从DVH上评估OAR受量及靶区量(有些计划通过剂量的整体提升)均符合临床要求，但是P50的计划也就是子野控制点设为50的PTV的曲线明显要差于其他子野控制数。子野控制点100以上PTV曲线差别并不明显，几乎重合在一起。OAR保护方面也是P50计划明显差于其他计划，其他计划差别不明显，见图1。

图1 6种计划方案的剂量体积直方图

表1 10例宫颈癌患者6种计划方案PTV评价指标情况比较(±s)

表1 10例宫颈癌患者6种计划方案PTV评价指标情况比较(±s)

注：表中PTVDmin为计划靶区内最小剂量；PTVDmax为计划靶区内最大剂量；PTVDmean为计划靶区内平均剂量；CI为适形指数；HI均匀度指

表2 10例宫颈癌患者6种计划方案OAR各评价指标统计情况比较(±s)

表3 10例宫颈癌患者6种计划方案机器参数统计情况比较(±s)

表3 10例宫颈癌患者6种计划方案机器参数统计情况比较(±s)

2.2 PTV剂量分析评估

PTVDmax随着计划的最大控制点设计增多而呈逐渐减少的趋势，但在到达一定程度后基本上不变化，表现出基本稳定状态，在最大控制点设为250(P250)时PTVDmax达到最小。而当计划的最大控制点设计＞P250时，再增加最大控制点时，PTVDmax基本上不变化。PTVDmin随着最大控制点设计增多而呈现逐渐增加的趋势，当在到达P250时再增加子野控制点数，也基本上不变化。PTV的HI指标随着计划的最大控制点设计增多而趋向于1。PTV的CI随着计划的最大控制点设计变化而无规律可循，但是在最大设计点为150时该指标为：0.02±0.02，与0很接近。CI的值是在0与1之间变化，越接近0越好。

6种计划的设计结果在PTV的指标比较只有CI差异有统计学意义(F=2.689，P=0.043)，PTVDmin、PTVDmax、PTVDmean和HI指标差异均无统计学意义(F=0.782，F=0.142，F=0.062，F=1.032；P＞0.05)。对CI进一步进行组间分析，得到P150的计划与其他方案差异有统计学差异(F=1.852，P=0.026)，而其他方案差异均无统计学意义(P＞0.05)，见表1。

2.3 OAR分析评估

随着计划的最大子野控制点数的增加OAR的V30，V40的剂量呈下降的趋势。在P150这一节点以及后面的计划OAR的V30，V40就呈现出较为平稳转态，变化不明显。OAR的膀胱V30，V40、结肠V30，V40以及小肠V30，V40的6个计划比较，差异均无统计学差异(F膀胱=0.386，F=0.069，F结肠=0.512，F=0.352，F小肠=0.009，F=0.016；P＞0.05)，见表2。

2.4 机器总治疗跳数与最终子野控制点数

机器总治疗跳数随着最大控制点设计增多而呈逐渐增加的趋势，因而治疗时间也逐渐增加。而最终的优化子野控制点数也呈现逐渐增加的趋势。6种计划的设计结果在机器跳数和最终子野优化控制数比较差异均有统计学意义(F=216.9，F=11.56；P＜0.05)，见表3。

3 讨论

调强放射治疗治疗技术相比于三维适型技术已经在临床中展现出巨大的优势，特别是处方剂量线的高度适型和OAR的保护。在体腹部肿瘤放射治疗中由于脏器运动在一定程度上削弱了这种优势[6]。目前IMRT技术由于跳数使用率低等原因使得治疗时间拉的较长。洪朝等[7]的研究认为，IMRT技术在临床应用中存在治疗时间长，致使肿瘤相对生物效应降低，且机器跳数增加子野间漏射增多导致接受低剂量照射的正常组织体积变大，相应增加了二次致癌的风险。随着治疗时间的延长，体内脏器的运动也会加剧，这更会带来放射治疗的误差[8]。影响治疗时间在静态调强中主要因素是主野数目、子野数目以及总治疗跳数。徐丽霞等[9]对此进行过相关研究。

本研究在主野数目确定的情况下，对子野数目进行有效控制，利用Monaco计划进行优化。通过对靶区和OAR照射剂量分布的差异分析，发现对最大子野控制点为150的静态调强计划能够达到比较理想的效果。此时优化后得到的子野数为60～70。此结果与Wahl等[10]的研究结果吻合。因此，Monaco放射治疗计划系统优化时对于子野最大控制点的选择尤为重要。当子野多时，总治疗时间就会增加。随着治疗时间的增加，患者心理状态以及肌肉紧张程度都会使盆腔内各个器官的运动尤为不可控，造成放射治疗的不精确，从而降低疗效[11-12]。本研究表明，当随着子野数目增多时靶区剂量的分布并未显现出优势，只有CI的指标表现出统计学差异，并且P150与其他计划相比的计划有差异。在OAR方面，随着子野数目增多时OAR的保护方面均无差异。

4 结论

本研究在利用Mnaco放射治疗计划系统优化老年女性宫颈癌患者时，认为对子野控制点设为150是较为合理的设置，既可以在剂量学上很好满足临床上的要求，又在治疗时间上适中，减少了患者在高强度射线下的暴露时间，增强了对MU的利用率和减少了对放射治疗设备的耗损率，对临床有很好的参考借鉴意义。