自动计划与手动计划在椎体骨转移癌调强放射治疗中的剂量学比较

董海权，李永春，肖锋，薛峰，李云海

复旦大学附属肿瘤医院闵行分院放疗科 （上海 200240）

目前，调强放射治疗（intensity modulated radiation therapy，IMRT）已被广泛应用于各种恶性肿瘤的放射治疗中，对改善患者预后具有重要的意义。临床上30%～70%的恶性肿瘤患者可发生骨转移[好发部位依次为脊柱（69%）、骨盆（41%）、下肢（25%）、颅骨（14%）、上肢（10%～15%）[1]]，尤其以前列腺癌、肺癌、乳腺癌多见。姑息性放射治疗是有效的、重要的治疗手段[2-3]。虽然传统IMRT 可以保证在靶区接受处方剂量的同时降低危及器官的受量，提高放射治疗效果，但是，结果受物理师工作经验的影响较大，尤其是初级物理师，将花费大量时间用于反复试错。作为新兴技术，自动计划可通过自动化的算法或手段生成临床可接受的IMRT 计划[4]，提高IMRT 计划的质量和效率，已引起国内外研究者的重视。自动计划技术是飞利浦公司开发的一种实现自动计划的方式，可通过内置脚本由计划系统生成剂量成型结构，自动优化目标函数[5]。本研究选取10例椎体骨转移癌患者，设计两套计划，通过计划评估，探讨自动计划在椎体骨转癌放射治疗中的应用可行性，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6月在我院接受治疗的10例椎体骨转移癌（Ⅲ～Ⅳ期）患者作为研究对象，年龄39～83岁，中位年龄55岁。本研究已获得医院医学伦理委员会的审核批准，患者均经病理诊断确诊，无放射治疗禁忌证，且已签署研究知情同意书。

1.2 CT 模拟定位及靶区勾画

行CT 模拟定位时，嘱患者平静呼吸，取仰卧位，双手抱肘置于前额，用热塑体膜固定并粘贴铅粒标记；应用飞利浦公司生产的16排Brilliance CT Big Bore 4大孔径CT 模拟定位机采集CT 数据，扫描层厚及重建层间距均设置为5 mm，胸椎转移的扫描范围包括全部胸椎及上下各一部分颈椎、腰椎，腰椎转移的扫描范围包括全部腰椎及一部分胸椎、骶椎，然后将CT 数据传送至飞利浦Pinnacle39.10放射治疗计划系统，由医师勾画靶区和危及器官。

1.3 计划设计

10例患者均使用飞利浦Pinnacle39.10放射治疗计划系统设计手动计划和自动计划，为便于配对检验，两套计划采用一套主野方向相同的射野，射野角度为180°、195°、210°、150°、165° 5野，射线能量为6 MV X线，剂量率为400 MU/min，计算网格为2 mm×2 mm×2 mm；应用美国瓦里安公司生产的IX直线加速器剂量数据计算最终剂量，靶区处方剂量为3 000 cGy，300 cGy/次，1次/d，共照射10次，要求近似靶区最大剂量（D2）<110%，近似靶区最小剂量（D98）>95%，危及器官的剂量体积限值以QUANTEC剂量限值表为准，即脊髓最大剂量≤3 150 cGy，接受20 Gy的双肾相对体积（V20）<30%，肾平均受量（Dmean）≤1 800 cGy，接受20 Gy的小肠相对体积（V20）<30%，物理师按上述剂量限制条件设置优化函数并反复优化直至计划结果无明显改善，则认为取得了最优的计划；需要注意的是，自动计划靶区处方剂量及危及器官剂量体积限值应与手动计划保持一致。

1.4 计划评估

参考ICRU83号报告[6]评估靶区，评估指标包括D2、95%的靶区所受剂量（D95）、D98、靶区最小剂量（Dmin）、靶区最大剂量（Dmax）、Dmean、均匀指数（heterogeneity index，HI）[HI=（D2-D98）/D50，式中Dx为x%的靶区所受剂量]、适形指数（conformity index，CI）[7][CI=（TVri/TV）×（TVri/Vri），式中TVri为处方剂量线所包裹的靶区体积，TV 为靶区体积，Vri为处方剂量线所包裹的体积]，其中，HI 表示靶区剂量分布的均匀度，值越小，说明靶区内剂量分布越均匀；CI 表示靶区形状与处方剂量曲面形状的适形度，值介于0～1之间，越接近于1说明靶区适形度越好。危及器官的评价参数包括脊髓的最大剂量、左右肾的平均剂量、小肠的平均剂量。

1.5 计划效率评估

统计自动计划与人工计划设计总时间[指设计者完成一个放射治疗计划的时间，包括无需人工参与的计划设计时间（主要指系统优化的时间）和人工参与的计划设计时间（主要指人工设定射野参数、输入目标函数等的时间）][8]。

1.6 统计学处理

2 结果

2.1 两套计划靶区的剂量学分布比较

两 套 计 划 靶 区 的D2、D98、Dmin、Dmax、Dmean、HI 比较，差异均无统计学意义（P>0.05）；自动计划靶区的D95低于手动计划，CI 高于手动计划，差异均有统计学意义（P<0.05），见表1。

表1 两套计划靶区的剂量学分布比较（cGy，±s）

表1 两套计划靶区的剂量学分布比较（cGy，±s）

靶区 自动计划 手动计划 t P D2 3 213.55±64.07 3 182.20±25.67 -1.086 0.104 D95 3 008.86±12.73 3 019.62±14.28 4.565 0.001 D98 2 969.16±23.65 2 972.80±29.98 0.789 0.450 Dmin 2 522.31±238.70 2 574.52±280.96 2.142 0.061 Dmax 3 307.72±111.11 3 240.83±47.31 -2.030 0.073 Dmean 3 105.21±24.86 3 097.49±13.77 -1.053 0.320 CI 0.79925±0.05526 0.76275±0.07379 -2.747 0.023 HI 0.07344±0.03424 0.06756±0.01486 -0.708 0.497

2.2 两套计划危及器官的受量比较

自动计划左肾、右肾的平均受量及脊髓的最大剂量均低于手动计划，但差异无统计学意义（P>0.05）；自动计划小肠的平均剂量低于手动计划，差异有统计学意义（P<0.05），见表2。

表2 两套计划危及器官的受量比较（cGy，±s）

表2 两套计划危及器官的受量比较（cGy，±s）

危及器官 自动计划 手动计划 t P左肾 883.78±265.43 1 007.93±353.49 2.213 0.054右肾 817.62±363.03 931.89±499.56 1.728 0.118脊髓 3 186.42±62.78 3 193.16±35.62 0.427 0.679小肠 728.22±313.58 787.39±335.02 2.978 0.016

2.3 两套计划的设计总时间比较

自动计划的设计总时间为（42.10±7.60）min，短于人工计划的（57.60±7.55）min，差异有统计学意义（P<0.05）。

3 讨论

放射治疗计划设计是治疗过程中的关键环节，计划质量的高低决定了疗效的好坏，因此，研究如何提高计划质量对放射治疗的临床应用具有重要的价值[9]。近年来，随着计算机软件技术的发展，各大医疗公司纷纷开发出可以实现自动设计的放射治疗计划软件，在缩短计划设计时间、减少人工干预的同时，提高了计划规范性。Hazell 等[10]将Pinnacle 的自动计划模块用于头颈部肿瘤计划设计中，结果显示，计算出的绝大多数自动计划可被临床接受或优于手动计划；李凯旋等[8]将自动计划模块用于直肠癌容积弧形调强放射治疗计划设计中，结果显示，自动计划在保证计划质量的同时，提高了计划效率。

本研究将Pinnacle 的自动计划模块应用到10例椎体骨转移癌患者的计划设计中，与当前实际临床应用的手动计划结果进行比较，得出的研究结果与上述研究相似。10例患者的自动计划靶区剂量分布均能满足临床要求；自动计划的CI 优于手动计划，提示自动计划在靶区外的剂量跌落较快，照射体积小于手动计划，95%等剂量线贴合靶区更紧密（图1）；此外，自动计划在保护危及器官方面亦优于手动计划，左右肾、脊髓受量相对降低，小肠平均剂量明显降低（图2）。

图1 两套计划的剂量分布比较

图2 两套计划危及器官的受量比较

本研究应用自动计划设计存在的不足为：（1）用于实现自动计划的脚本设计费时，需要耗费大量时间进行反复调试；（2）自动计划设计出的结果有时并不理想，尤其是靶区剂量不足，往往需要在自动结果的基础上进行一两次的手动微调才可被应用于临床。

综上所述，将自动计划应用于椎体骨转移癌调强放射治疗中，可在保证计划质量的前提下缩短计划设计时间，提高效率。

［参考文献］

［1］ 蔡晶，季斌.临床肿瘤放射治疗学[M].北京：科学出版社，2015：348-349.

［2］ 戴建荣，胡逸民.调强放疗的计划设计[J].中国医疗器械信息，2005，11（2）：9-12.

［3］ 侯宇，杨毅.骨转移癌的放射治疗进展[J].现代肿瘤医学，2013，21（12）：2872-2874.

［4］ 范嘉伟.调强放射治疗自动计划技术的研究进展[J].中国癌症杂志，2018，28（6）：435-438.

［5］ 王琳婧，王锐濠，雷怀宇，等.基于Auto-Planning 的宫颈癌调强放疗的剂量学研究[J].中国医疗装备，2017，32（6）：83-85.

［6］ ICRU. Prescribing, recording, and reporting photon-beam intensity modulated radiation therapy (IMRT): Contents [J]. Journal of the ICRU, 2010, 10(1): 1-3.

［7］ Vant Riet A, Mak ACA, Moerland MA, et al. A confrmation number to quantify the degree of conformality in brachytherapy and external beam irradiation:application to the prostate[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 1997, 37(3): 731-736.

［8］ 李凯旋，常熙，王佳舟，等.基于Auto-Planning 技术直肠癌VMAT 计划评估[J].中华放射肿瘤学杂志，2017，26（11）：1318-1312.

［9］ 廖雄飞，李厨荣，李宁山，等.自动和逆向3DCRT 与逆向IMRT计划剂量学比较[J].中华放射肿瘤学杂志，2017，26（4）：437-441.

［10］ Hazell I, Bzdusek K, Kumar P, et a1. Automatic planning of head and neck treatment plans[J]. J Appl Clin Med Phys, 2016, 17(1): 272-282.