基于RTOG 0813剂量学标准比较网格设定大小对NSCLC立体定向放射治疗计划的影响

徐玥靓，涂 彧

(1.苏州大学医学部放射医学与防护学院，江苏 苏州 215123；2.苏州大学附属第一医院，江苏 苏州 215006)

肺癌中80%为非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)[1]，立体定向放疗(SBRT)已成为早期NSCLC手术的可替代治疗.SBRT是具有靶区高适形度的技术，其能提供靶区内高剂量，在靶区外形成陡峭的剂量梯度，以更好地保护正常组织[2].肺癌的SBRT治疗要求精确的剂量计算[3]，不同的剂量网格设定会直接影响剂量计算的精度[4]，且高剂量梯度区域计算误差受网格大小影响会更明显[5].肿瘤放射治疗组织(RTOG)0813报告[6]要求使用具有组织密度异质性校正的剂量算法来计算SBRT-NSCLC计划的剂量，国内外尚无有关评估网格大小对SBRT-NSCLC计划所产生影响方面的研究.因此，本研究旨在基于RTOG 0813协议规定的剂量学评估参数，定量分析在使用AAA算法时不同网格大小设定对SBRT-NSCLC计划产生的影响，以指导临床使用合适的网格大小用于剂量计算，为临床NSCLC患者SBRT计划设计时网格参数的选择提供参考.

1 资料与方法

1.1 病例选择

随机选取2018年1月—2019年12月在苏州大学附属第一医院接受放疗的13例早期非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)患者，均经病理证实，无纵隔淋巴结转移.其中，男8例，女5例；左肺癌7例，右肺癌6例；患者年龄49～74岁，此前均未接受过放疗.肿瘤体积范围5.2～47.2 cm3，平均(23.72±11.64)cm3.

1.2 CT模拟定位

采用头颈肩热塑膜(8例)或真空垫(5例)进行体位固定，嘱患者仰卧位平静规律呼吸，使用飞利浦16排大孔径CT模拟定位机进行全时相(10个呼吸时相)4D CT扫描，扫描范围从环甲膜至肝脏下缘，扫描层厚3 mm.将10个时相的图像及生成的平均密度投影CTavg图像传输至Eclipse医生工作站.

1.3 靶区勾画与处方设定

由同一名医生在10个呼吸时相上进行实体肿瘤(GTV)的勾画，再将10个时相的GTV通过布尔运算得到的ITV复制到CTavg图像上，各方向均匀外放0.5 cm，生成计划靶区(PTV).按照RTOG 0813报告进行危及器官(主动脉、气管树、脊髓、食管、心脏、肺等)的勾画，剂量分割按照报告设置处方剂量为50 Gy，分割次数为5次.

1.4 计划设计

计划系统为Eclipse 13.6版本(瓦里安公司，美国)，采用容积旋转调强(VMAT)技术，能量选择6 MV的X线无均整器模式(Flatten Filter Free，FFF)，剂量率1 400 Mu/min.采用1～2个共面弧，先用1.25 mm(Fine)网格按目标函数逆向优化计算得出治疗计划及三维剂量分布，优化算法为PRO，按照RTOG 0813剂量标准进行评估，直到获得没有偏差或者只有小偏差的满意计划，再分别用1、2、3、4 mm计算网格计算最终剂量.算法采用组织密度异质性校正的AAA (anisotropic analytic algorithm)算法，并同时记录计算时间，然后按100%的处方剂量覆盖95%PTV体积进行剂量归一.最终以1 mm计算网格计划为参考，将另外3种网格计划分别与它进行剂量计算结果的比较.

1.5 计划评价参数

1.5.1 RTOG 0813报告参数

根据RTOG 0813报告比较以下4个参数：R100%(处方剂量等剂量曲线包绕体积与PTV体积的比值)；R50%(50%处方剂量等剂量曲线包绕体积与PTV体积的比值)；D2 cm(距离PTV外2 cm区域的最大点剂量与处方剂量的比值)；V20(总肺接受20 Gy以上剂量的肺体积百分比).

1.5.2 其他计划参数指标

其他计划参数有计划的机器总跳数、计算时间、γ通过率.其中γ通过率是在瓦里安Edge直线加速器上执行所有计划，用Portal Dosimetry (PD)进行剂量验证，采用3%/1 mm标准对每个计划进行γ通过率分析，通过率在90%以上视为计划通过.

1.6 统计学分析

2 结 果

2.1 RTOG 0813报告参数

13例患者RTOG 0813剂量学参数结果具体见表1～4.

表1 4种网格精度大小计划R100%的比较Tab.1 Comparison of R100% in the four grid size plans

表2 4种网格精度大小计划R50%的比较 Tab.2 Comparison of R50% in the four grid size plans

表3 4种网格精度大小计划D2 cm的比较Tab.3 Comparison of D2 cm in the four grid size plans

表4 4种网格精度大小计划V20的比较Tab.4 Comparison of V20 in the four grid size plans

2.1.1R100%的比较

所有患者R100%均小于RTOG 0813规定的范围(<1.2)，没有偏差，与1 mm网格计划相比，除2 mm网格计划外，3 mm网格计划与4 mm网格计划R100%分别高出了1%和2%，且差异具有统计学意义(P<0.05).在100%的处方剂量覆盖95%PTV体积进行剂量归一的情况下，认为1 mm和2 mm网格计划R100%最低，适形度最好.

2.1.2R50%的比较

13例患者中，R50%有3例出现了小偏差，其中1例1 mm网格计划未出现小偏差，而2 mm以上网格计划均出现了小偏差.统计后结果显示：1 mm网格计划的R50%最低，2～4 mm网格计划与之相比分别高出了2.5%、5.1%、9.1%，差异均具有统计学意义(P<0.05).表明1 mm网格计划靶区外剂量跌落更快.

2.1.3D2 cm的比较

4例患者D2 cm出现了小偏差，并且没有因为网格大小而有所改变.根据统计结果来看，与1 mm网格计划相比，其余计划的D2 cm差异均具有统计学意义(P<0.05)，数值由高到低分别是4、1、3、2 mm网格计划.

2.1.4V20的比较

所有患者的V20均未发生偏差，随着网格大小增加，肺V20受量分别增加1.3%、2.6%、5%，差异均具有统计学意义(P<0.05).结果显示：1 mm网格计划肺受量最低.

2.2 其他计划参数

以1 mm网格计划为参考，将2、3、4 mm网格计划的计算时间、机器跳数(MU)和γ通过率进行比较.

当使用1 mm网格进行计算时，时间明显增加，当使用2 mm以上网格进行计算时，可以大幅减少时间成本.随着网格大小的增加，采用3%/1 mm标准对验证结果进行分析，网格越大，γ通过率就越低.3 mm与4 mm网格计划γ通过率低于90%，视为不通过.见表5.

表5 4种网格精度大小计划计算时间、MU和γ通过率Tab.5 Calculating time，MU and gamma pass rate in the four grid size plans

3 讨 论

国内外学者[7-8]研究网格大小设定对剂量影响的结果表明：网格大小影响着剂量的最终分布和精度.目前，很多治疗计划系统对剂量的算法是通过网格间插值得到结果，而插值计算会产生剂量和位置上的误差[9].对于密度较均匀且体积较大的肿瘤计算精度不会因网格较大而产生太大影响，但是对于小体积肿瘤，网格大小对其计算精度的影响比较大[10].因此，对于小的肿瘤，计算网格大小也应相应减小，避免由于在一个网格中剂量差异较大而产生的误差和不确定性.对于肺部肿瘤，其本身存在组织密度不均匀，且SBRT肿瘤体积一般比较小，同时SBRT技术又具有高剂量梯度的特点，因此对剂量的精确性要求更高.

目前，对于靶区剂量的评估一般采用ICRU83号报告[11]的均匀性指数(HI)、适形度指数(CI)等指标，但SBRT技术是可以接受靶区不均匀性的，它在一定程度上以牺牲靶区均匀性来达到靶区外剂量迅速跌落的目的，这也正是其优势所在.而且剂量的跌落与肿瘤体积大小有关，应根据PTV体积大小的不同来衡量跌落.

本研究基于RTOG 0813的剂量学参数来评估不同网格对NSCLC患者SBRT计划产生的影响，结果显示：4种网格计划都没有出现报告规定中的大偏差，都符合RTOG 0813的剂量学标准，这可能是因为本研究中采用的是VMAT技术，与报告中所用的3D CRT技术相比靶区适形度更高，对靶外正常组织保护更好[12]，比较容易满足报告中的要求.具体来看，1 mm网格计划和2 mm网格计划R100%最低，靶区适形度最好，1 mm网格计划R50%最低，靶区外剂量跌落更明显，但同样可以代表靶区外跌落的D2 cm参数1 mm网格计划却较高，可能是由于此参数记录的是最大点剂量，而网格较小时，原本在较大网格时被抹掉的极小热点被体现出来.此外，1 mm网格计划对肺受量也是最少的.因此，根据RTOG 0813剂量学参数，1 mm网格计划是最推荐的.

在机器跳数方面，1 mm网格计划跳数最少，机器跳数的减少意味着加速器硬件损耗的减少，并能降低散射线和漏射线，这可以减少患者因散射带来的放射诱发肿瘤的概率[13].本研究还用PD进行了γ通过率的分析，结果表明：1 mm网格计划γ通过率最高，2 mm网格也通过了规定的标准.由此可见，1 mm网格计划计算更精确，得到的剂量结果更接近真实值.但与此同时计算时间会增加，效率较低.虽然部分剂量学指标的最大百分比差异较大，但绝对剂量值在临床上并不显著，如果要兼顾临床效率，也可以选择2 mm网格.

综上，在设计非小细胞肺癌SBRT计划时，推荐用1 mm网格进行剂量计算.