宫颈癌VMAT计划中不同收敛模式的剂量学差异

张向学，张 谦，孙春堂，尹如铁，李清丽，陈亚正

（四川大学华西第二医院妇产科，成都 610041）

0 引言

全球约80%的宫颈癌患者需要进行放疗，而照射剂量准确性是放疗质量控制的重要组成部分[1-2]。目前宫颈癌放疗中使用的容积旋转调强放疗（volumetric modulated arc therapy，VMAT）是一种常见的技术，其剂量均由放疗计划系统中的优化条件及剂量计算模型计算所得[3-5]。Eclipse计划系统提供了一个新的计算选项——收敛模式（convergencemode，CM），允许用户通过更改优化器中的收敛模式设置来增强调制量，还允许用户请求优化器时对解决方案执行更广泛的抽样，并对空间的收敛设置了严格的优化准则[6]。这使得用户能够定义优化参数的目标函数在最小化程度上持续优化，在更长的时间内目标函数可能会产生更好的危及器官保护和更高的靶区适形性和均匀性，同时实现更加精确的剂量照射。目前国内对收敛模式的研究报道相对较少，在宫颈癌放疗计划方向使用收敛模式的研究更少。本研究通过使用2种不同的收敛模式，即打开（ON）和关闭（OFF）进行宫颈癌术后放疗计划设计，比较其剂量学差异，并做验证计划，通过电子射野影像系统（electronic portal imaging device，EPID）验证2种收敛模式所做计划的通过率，为临床应用提供参考。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选取四川大学华西第二医院2020年3—11月接受放疗的20例宫颈癌术后患者，年龄33～67岁，中位年龄48岁。纳入标准：（1）经活组织病理检查证实为宫颈癌；（2）年龄≤75岁；（3）分期为ⅠB～ⅡA期（2018年国际妇产科联盟分期标准）；（4）病理类型均为鳞状细胞癌；（5）宫颈癌术后患者；（6）临床医生确认其有中危因素，需要接受术后盆腔放疗；（7）临床资料完整。排除标准：（1）继发性宫颈癌者；（2）妊娠或哺乳期妇女；（3）未按要求完成放疗者。

1.2 设备

使用飞利浦大孔径CT模拟定位机获取患者图像，采用Eclipse 15.5计划系统制订放疗计划，加速器选择Varian Trilogy，60对多叶光栅，最大开野40 cm×40 cm。

1.3 CT定位

所有患者均采用仰卧位，双上肢抱头，在CT模拟定位机上进行平静状态下扫描，扫描层厚3 mm，扫描范围为上界T10至下界股骨中段。

1.4 靶区勾画和处方剂量

由高年资医师参考ICRU 50报告、ICRU 62报告及其他影像资料（MRI、PET-CT等）勾画计划靶区（planning target volume，PTV）和危及器官[7]。PTV范围包括阴道残端、宫旁组织、淋巴结引流区，处方剂量为45 Gy/25次。危及器官包括膀胱、小肠、直肠、左右股骨头及其他骨组织（髂骨和骶骨）。

1.5 计划设计

在Eclipse 15.5计划系统中进行VMAT计划设计，X射线能量均为6 MV，剂量率600 MU/min，射野设计为2个全弧（逆时针：179°～181°，准直器角度357°；顺时针：181°～179°，准直器角度3°），双弧均为共面照射，剂量计算网格为2.5mm×2.5mm×2.5mm。同时在相同优化限制条件下设置收敛模式，采用ON和OFF 2种模式分别进行优化设计，选择Sliding－Window模式进行剂量传输，并采用各向异性分析算法（anisotropic analytical algorithm，AAA）进行剂量计算。

1.6 计划评估

PTV剂量学参数：将2种收敛模式的PTV剂量归一至D95%45 Gy。从剂量-体积直方图（dose-volume histogram，DVH）中提取PTV最大剂量Dmax、最小剂量Dmin、平均剂量Dmean，以及体积剂量参数：D2%、D5%、D50%、D95%、D98%；计算PTV剂量均匀性指数[8-10]（homogeneity index，HI）、适形性指数[7-9]（conformity index，CI）。比较以上剂量学参数在2种计划中的统计学差异。HI计算公式为

式中，D2%、D98%、D50%分别为DVH中2%、98%、50%的靶区体积所对应的剂量。HI越接近于0，说明靶区均匀性越好。CI计算公式为

式中，VT95为95%处方剂量线所包绕的靶区体积；VT为靶区体积；V95为95%处方剂量线所包绕的所有区域的体积。CI值越大，表示适形性越好。

危及器官剂量学参数：收集小肠、直肠、膀胱、骨（髂骨和骶骨）、左股骨头和右股骨头的V10、V20、V30、V40、Dmean和Dmax，其中V10、V20、V30、V40分别为照射剂量为10、20、30、40 Gy的体积百分比[11-13]。

比较2种收敛模式下的优化时间和EPID验证计划的通过率。

1.7 统计学分析

采用SPSS24.0统计软件，数据以均数±标准差表示[14-16]。对以上剂量学参数进行配对t检验分析，P<0.05表示差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 PTV剂量学参数比较

从表1可以看出，宫颈癌术后VMAT计划中收敛模式ON与OFF对于PTV存在剂量学差异，其中Dmax有统计学差异（P<0.05）。对于Dmin、Dmean、D2%、D5%、D50%、D95%、D98%而言，无统计学差异（P>0.05）。对于HI和CI而言，ON和OFF模式HI分别为0.055±0.005和0.059±0.006，差异有统计学意义（P<0.05），ON和OFF模式CI分别为0.778±0.024和0.771±0.022，差异无统计学意义（P>0.05）。

表1 2种不同收敛模式PTV剂量学参数比较（n=20）

2.2 危及器官剂量学参数比较

收敛模式ON和OFF的小肠、膀胱、直肠、骨（髂骨和骶骨）、左股骨头和右股骨头的V10、V20、V30、V40、Dmean和Dmax差异无统计学意义（P>0.05），详见表2。

表2 2种不同收敛模式危及器官剂量学参数比较（n=20）

2.3 优化时间比较

OFF模式平均优化时间为（1 127±107）s，而ON模式则为（3 782±200）s，2种模式的优化时间比较具有统计学差异（P<0.05）。

2.4 验证计划的γ通过率比较

由表3可知，2种收敛模式在进行EPID计划验证时，γ通过率均高于95%，满足临床治疗要求。就单个全弧来看，逆时针（179°～181°）和顺时针（181°～179°）方向全弧的γ通过率比较差异均无统计学意义（P>0.05）。而对整个计划而言，2种收敛模式的γ通过率比较差异也无统计学意义（P>0.05）。

表3 2种不同收敛模式EPID验证计划γ通过率比较（n=20）单位：%

3 讨论

治疗计划设计是放疗的核心部分，计划质量直接影响放疗的疗效，因此研究如何进一步提高计划质量对于放疗技术的临床应用有着重要的意义[17-18]。收敛模式是Eclipse计划系统中的一个新计算选项，对优化的收敛性设置了严格的标准，同时允许优化器对解空间进行广泛的采样，找到更优解，从而改善优化结果，改善计划的剂量质量分布，实现更精确的放疗。国内暂时没有对于Eclipse计划系统中收敛模式的相关研究，但各医院在收敛模式使用上有所不同。国外Rossi等[19]比较了前列腺、胸部和头颈部使用不同收敛模式放疗计划的剂量学差异，结果显示ON模式可以提高计划质量和靶区的均匀性，但优化时间增加2～3倍，与本研究结果具有良好的一致性。

本研究结果显示，2种收敛模式下PTV和危及器官剂量学参数是有差异的，靶区的Dmax有统计学差异（P<0.05），由于收敛模式ON允许优化器最小程度使优化运行时间延长，对于靶区热点控制得会更好，从而导致靶区上剂量最大值更低，靶区受照剂量更均匀。收敛模式ON和OFF的HI有统计学差异（P<0.05），ON模式的HI优于OFF模式，同时ON模式的CI平均值也比OFF模式的更大，说明其适形性相对更好。2种收敛模式下危及器官小肠、直肠、膀胱、骨（髂骨和骶骨）、左右股骨头的剂量学参数没有统计学差异，然而收敛模式ON的大部分危及器官的Dmax和V40平均值都比收敛模式OFF低，但相差不大，均满足临床治疗需求。由优化时间可知，收敛模式OFF更优，大大地提高了工作效率。由EPID验证结果可知，收敛模式ON和OFF的γ通过率无统计学差异（P>0.05），且均达到临床质量控制要求。

综上所述，收敛模式ON靶区适形性、均匀性及危及器官的保护相对更好一些，但优化时间相对较长，影响工作效率。虽然2种收敛模式的宫颈癌VMAT计划存在一定的剂量学差异，但均符合剂量学和临床要求，对使用Eclipse计划系统做宫颈癌等胸腹部肿瘤放疗计划设计提供了有效的技术参考。由于所选用对比计划均只是达到临床要求时便不再继续优化，优化结果并不都是最优，存在一定的差别，同时，所选用靶区大小各异，对研究结果会有一定影响，后续还需进一步探讨。