Pinnacle3 计划系统计算网格对肺癌靶区及危及器官的剂量学影响

王君，乌晓礼

（内蒙古医科大学附属医院，内蒙古 呼和浩特 010000）

0 引言

当前肿瘤放射治疗计划设计一般通过调制能力很强的IMRT（intensity modulated radio therapy）或VMAT（volumetric modulated arc therapy ）技术，在保证靶区剂量的同时，最大限度地降低周边正常器官的照射剂量。为了很好地控制患者的受照剂量，计划系统的精确性很重要，而计算网格的大小是影响计划质量的重要因素之一[1-3]。裴运通[4]等研究了Monaco计划系统计算网格对头颈部肿瘤小体积危及器官的剂量学影响，谢陈[5]等研究了Pinnacle3计划系统中，鼻咽癌和宫颈癌的靶区和危及器官的吸收剂量受网格大小的影响。而肺癌计划存在密度不均匀性，并且涉及到脊髓、食管等重要的危及器官。本文研究pinnacle3计划系统中网格精度对肺癌肿瘤IMRT计划的影响，旨在为临床应用提供一定的剂量学参考依据。

1 材料与方法

1.1 病例选择

选取2019年10月-2020年10月在内蒙古医科大学第一附属医院接受IMRT放射治疗的10例肺癌患者，均经病理证实，未接受过放射治疗。

1.2 CT 定位

用体膜将患者按仰卧位进行固定，手抱头，在大孔径 CT模拟定位机上行5mm薄层扫描，CT扫描图像经局域网传输到靶区勾画系统。

1.3 靶区勾画

医生根据每位患者的C T 图像勾画原发肿瘤（GTV），GTV均匀外放0.5～0.8cm后，再由医生修改得到CTV，计划靶区PTV由CTV均匀外扩0.5cm得到。危及器官在连心自动勾画系统中进行，勾画完成后传输至三维治疗计划系统Pinnacle3中，临床医生按照ICRU62号、83号报告检查危及器官勾画的准确性。

1.4 计划设计

使用Pinnacle3治疗计划系统的9.16版本分别为10例患者设计IMRT治疗计划。设计放疗计划的网格大小为4mm，靶区剂量要求95%PTV接受60Gy处方剂量，肺部照射体积占总体积百分比V5≤60%、V20≤30%，脊髓Dmax≤40Gy。然后复制计划将计算网格改为1、2、3、5mm重新计算得到新计划，每个病例得到5个不同计算网格的计划。

1.5 计划评价

①靶区剂量参数统计：Dmax、Dmean、靶区均匀性指数（HI）、靶区适形度指数（CI）。HI=（D2%-D98%）/D50%，HI 值越小，D2%值越接近于D98%，表明靶区分布越均匀；CI=（V1/V）×（V1/V2），其中，V1为参考等剂量线面所包围的靶区体积，V为靶区体积，V2为参考等剂量线面所包围的所有区域的体积，CI 值越接近1，说明靶区适形度越好；②危及器官物理参数统计：左右肺（V5、V20），心脏、食管、脊髓、气管的最大值和平均值；③剂量偏差（Deviation）：Deviation=|Ref-Eval|/Ref×100%，Ref代表1mm的剂量参考值，Eval代表待评估的其他网格的剂量参考值。

1.6 统计学方法

采用SPSS 22.0软件对以上所有结果进行配对t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 靶区的剂量参数比较

与1mm网格相比，随着网格的增大，靶区Dmax逐渐减小，差异具有统计学意义（P＜0.05），3mm与1mm相比，剂量偏差为1.22%，4mm与1mm相比，剂量偏差为2.08%。同样2、3、4、5mm网格与1mm相比，靶区的HI、CI差异均具有统计学意义（P＜0.05），其值都逐渐增大；靶区Dmean不具有统计学意义（P＞0.05），剂量偏差很小，如表1所示。

表1 不同网格大小的靶区剂量统计

2.2 危及器官物理参数比较

如表2和表3所示：除脊髓在5mm网格计算外，所有危及器官的Dmax均具有统计学意义；3mm与1mm相比，剂量偏差在1.4%以内；4mm与1mm相比，剂量偏差在2%以内；5mm与1mm相比，脊髓和靶区剂量偏差超过2%。除心脏在和脊髓在5mm外，所有危及器官的Dmean均不具有统计学意义，剂量偏差均在1%以内。除右肺在2mm网格外，左右肺V5均具有统计学意义；除V5在5mm外，V5、V20剂量偏差均在1%以内。

表2 不同网格大小的危及器官剂量统计

表3 4mm、3mm、2mm网格与1mm网格的剂量差异

2.3 重新计算时间随网格的变化

通过表4 可以看出，随着计算网格的增大，计算时间越来越短。2mm、3mm、4mm、5mm与1mm相比，均具有统计学意义。

表4 不同网格大小的计算时间统计

3 讨论

关于放射治疗计划剂量参数随网格的变化，国内学者[4,6,7]侧重于统计学意义的研究，国外学者[8-9]将统计学和剂量偏差相结合进行研究。近期徐玥靓等[10]将统计学和剂量偏差相结合对NSCLC立体定向放射治疗受网格大小的影响进行了研究，而肺癌IMRT计划随网格大小的变化鲜有报道。王文婷等[11]和CHOW J C[12]等认为，剂量计算结果通过相邻两个体间的剂量线性插值得到，网格越小其计算的精度就越高，本文从统计学意义和剂量偏差两个方面，探讨Pinnacle3计划系统中，相比于1mm网格，利用较大网格计算对肺癌靶区及危及器官的剂量参数的影响。

研究结果表明，除脊髓在5mm网格计算外，靶区和所有危及器官的Dmax均具有统计学意义；3mm与1mm相比，剂量偏差在1.4%以内，4mm与1mm相比，剂量偏差在2%以内，5mm与1mm相比，剂量偏差超过2%。计算网格越小，HI越小，靶区分布越均匀，危及器官剂量计算越准确，但从计算时间随网格大小的变化可以看出，4mm重新计算时间约为1mm网格的1/34，大大缩短了计划计算时间。ICRU（international commission on radiation units）推荐放射治疗患者的吸收剂量精确性要控制在5%以内，AAPM（american association of physicists in medicine）推荐放疗计划系统的精确性要控制在2%以内。综合考虑计算效率和计算精度，4mm网格尺寸能满足一般的肺癌放疗计划。但在肺癌IMRT放疗计划中，经常出现食管和脊髓这些重要的小体积器官离靶区特别近，而IMRT计划靶区附近剂量跌落特别快[11]，稍大的网格尺寸也会引起这些器官的计算出现较大的误差，使得放射性脊髓炎、脊髓穿孔等放疗副作用发生的概率增大。3mm重新计算时间约为1mm网格的1/23，但3mm比4mm的网格精度整体提高0.6%，增加了小体积器官的计算准确性，这种情况下可以选择3mm作为放疗计划的网格尺寸。

左右肺的V5随着网格大小的变化存在统计学意义，而V20随着网格的大小变化不存在统计学意义，这与文献[6]的研究结果一致，V5体积参数值随网格大小变化幅度较小，除5mm外，剂量偏差在1%以内，不影响临床治疗计划的评估，这说明Pinnacle3计划系统采用的CCC算法对非均匀介质的修正受网格变化影响较小。

综上所述，Pinnacle3计划系统中，一般肺癌计划采用4mm网格计算即能满足要求，如果脊髓、食管、气管等离靶区较近，可以采用3mm网格获得较高的计算精度；双肺V5、V20值随网格大小的改变基本不受密度不均匀的影响。