铅门设置对宫颈癌术后VMAT计划的剂量学影响

张向学，张谦，孙春堂，尹如铁，李清丽，曾靖，陈亚正

四川大学华西第二医院 妇产科，四川 成都 610041

引言

宫颈癌是人类高发癌症之一[1-2]，容积旋转调强放疗（Volumetric Modulated Arc Therapy, VMAT）计划作为成熟的宫颈癌放射治疗技术已在临床上得到广泛应用[3-4]。该技术与固定野调强相比，具有计划靶区（Planning Target Volume，PTV）剂量均匀性好、危及器官（Organ at Risk，OAR）受量低、患者治疗时间短、射野总跳数低等优势，在头颈部、胸部和腹部放疗中得到广泛应用。VMAT计划设计与剂量率、多叶光栅（Multi-Leaf Collimator，MLC）宽度、铅门位置与角度、剂量限值条件等参数密切相关，放射治疗计划设计是放疗的重要环节，计划质量直接影响放疗疗效，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重要意义[5]。铅门大小与位置是影响VMAT计划的重要因素[6]，本文根据临床需要，对铅门进行了3种不同设置，旨在分析不同计划的剂量学差异，以期为临床应用提供一定的理论参考依据。

1 资料与方法

1.1 临床资料

随机选取2021年9—12月于四川大学华西第二医院接受放射治疗的14例宫颈癌术后患者作为研究对象，患者年龄29～60岁，中位年龄43岁。依据国际妇产科联盟分期（2018年）[7]，宫颈癌为ⅠB～ⅡA期，病理类型为鳞状细胞癌，医生确认患者均存在中危因素，需要接受术后盆腔放疗。

1.2 实验设备

使用飞利浦大孔径（Brilliance Big Bore）CT模拟定位机（飞利浦，荷兰）获取患者图像，并采用Eclipse 15.5（Varian，美国）计划系统制定放疗计划，加速器为Trilogy（Varian，美国）。

1.3 CT定位方法

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

1.4 PTV勾画和处方剂量

剂量处方为45 Gy/25次。临床医师根据勾画指南及相关影像资料（MRI、PET/CT 等）勾画PTV和OAR[6]。PTV范围包括宫旁组织、淋巴结引流区和阴道残端，OAR包括膀胱、直肠、小肠、左右股骨头、骨（髂骨和骶骨）。

1.5 计划设计

使用Varian Eclipse 15.5计划系统，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°），6MV X射线，剂量率600 MU/min，计算网格设置2.5 mm×2.5 mm×2.5 mm，并采用各向异性分析算法（Anisotropic Analytical Algorithm，AAA）进行剂量计算。每个VMAT计划在设计参数和优化条件一致的情况下，对X方向铅门进行3种设置，Y方向铅门设置保持一致，其中X方向铅门由X1和X2 2个值组成，在确保X1完全包裹了PTV后，设定X1、X2的大小，生成对称野。X方向铅门（X1，X2）具体设计如下：Plan1：逆时针（N，2 cm），顺时针（-2 cm，-N）；Plan2：逆时针（N，3cm），顺时针（-3 cm，-N）；Plan3：逆时针（N，4 cm），顺时针（-4 cm，-N）。其中N值大小是根据X1方向完全包裹住靶区决定的，并且同一例患者不同计划的N值固定不变。铅门设置如图1所示。

图1 3种计划铅门设置

1.6 计划评估

PTV剂量学参数：将不同PTV剂量归一至D9545 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（Homogeneity Index，HI）[8-11]、适形度指数（Conformity Index，CI）[8-11]。HI计算方式如公式（1）所示，CI计算方式如公式（2）所示。OAR剂量学参数：收集骨（髂骨和骶骨）、膀胱、直肠、小肠、左右股骨头的V20、V30、V40、Dmean和Dmax（Vx表示照射剂量为x Gy的体积百分比[12-13]），以及比较不同计划的机器跳数。

式中，D2%、D98%、D50%分别为DVH图上2%、98%、50%的靶区体积所对应的剂量；HI越接近于0，表示靶区均匀性越好。

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值越趋近于1，表示适形度越好。

1.7 统计学分析

采用SPSS 24.0统计软件对本文数据进行分析，剂量学参数用±s表示，采用一般线性模型的方差分析方法，以P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 3种计划PTV参数比较

由表1可知，3种治疗计划均满足临床治疗要求，3种计划PTV的Dmax、Dmin、D2%、D5%、D95%、D98%比较差异无统计学意义（P＞0.05），其中Plan1和Plan3的Dmax比较具有统计学意义（P=0.034）；3种计划的Dmean和D50%比较差异具有统计学意义（P＜0.05），其中Plan1和Plan3的Dmean比较差异具有统计学意义（P=0.010），Plan3分别与Plan1、Plan2的D50%比较差异具有统计学意义（P=0.002、P=0.041）。3种计划的HI和CI比较差异无统计学意义（P＞0.05）。

表1 3种计划PTV参数

2.2 3种计划OAR剂量学参数比较

由表2可知，3种治疗计划均可满足所有OAR剂量限制要求，3种计划直肠的Dmax比较差异具有统计学意义（P=0.038）；3种计划左股骨头的Dmax和V40比较差异均具有统计学意义（P=0.006、0.049）；3种计划其余剂量学参数均无统计学意义（P＞0.05）。

表2 3种计划OAR剂量学参数

2.3 3种计划机器跳数比较

由表3可知，3种计划的逆时针跳数、顺时针跳数和总跳数比较差异均有统计学意义（P＜0.001）。Plan1逆时针跳数、顺时针跳数和总跳数均高于Plan2、Plan3。

表3 3种计划机器跳数

3 讨论

本文研究了不同的铅门设置对宫颈癌VMAT计划的剂量学影响，同时考虑到瓦里安加速器铅门大小超过14.5 cm时MLC对于PTV和OAR的通量调制能力下降[14-17]，使PTV剂量分布不均，达不到对OAR的最佳保护效果，因此本研究所有计划铅门大小都在14.5 cm以内。Kim等[18]研究表明，在VMAT计划中通过设置铅门大小可以起到保护OAR的作用，铅门和MLC相互配合可以得到最理想的结果。

本研究结果显示，3种计划所得的PTV和OAR剂量学有差异。3种计划的Dmean和D50%比较差异具有统计学意义，且Plan1优于Plan2和Plan3，与Clemente等[19]、Losasso等[20]的研究结果一致，表明更大的铅门会提高对靶区剂量的贡献，从而使靶区的Dmean和D50%增大。3种计划直肠的Dmax差异具有统计学意义，宫颈癌计划直肠都是紧贴靶区的，甚至部分直肠包裹在靶区里，由于较大铅门的机器跳数更少，导致靶区周围剂量收缩性降低，为了降低直肠受量，将导致直肠热点更大。3种计划左股骨头的Dmax和V40比较差异均具有统计学意义，通过解剖学分析，左右股骨头位于宫颈癌靶区的左右侧，较小的铅门包裹住的左右股骨头体积更小，进而使受照射体积和受照射量降低，这与陈宁等[21]、吴凡等[22]的研究结果一致。3种计划的逆时针跳数、顺时针跳数和总跳数比较差异具有统计学意义，这与方春锋等[23]、Chen等[24]的研究结果一致，由于铅门更大，直接受照射靶区的体积更大，提高了射线利用率，从而减少了机器跳数，但较少的机器跳数，会影响靶区的HI、CI，因此临床上在提升肿瘤控制率时，对HI和CI也应有一定的要求，以保证治疗效果。此外，照射野的大小可能与靶区体积存在某种联系，其能否进一步提高剂量利用率，更好的保护OAR，还需进一步研究探讨。

4 总结

Plan1、Plan2和Plan3 3种铅门设置在宫颈癌VMAT中虽然存在一定的剂量学差异，但均符合剂量学和临床要求。铅门较大的Plan2和Plan3虽然机器跳数更少，提高了工作效率，但在OAR的整体保护上略弱于较小铅门设置的Plan1。本研究为使用Eclipse计划系统制定宫颈癌放疗计划提供了有效的技术参考。