弧参数设置对宫颈癌容积旋转调强放疗计划的影响研究

王伟大，高 瀚，孙 丽，蒋明华

（江苏省肿瘤医院，江苏省肿瘤防治研究所，南京医科大学附属肿瘤医院，南京 210009）

0 引言

宫颈癌是一种严重威胁妇女生命的癌症类型，也是第二大最常见的癌症类型，约有90%的宫颈癌死亡病例发生在发展中国家[1]。放疗是宫颈癌的一种基本治疗手段，高达60%的宫颈癌患者需要进行放疗[2]。20世纪90年代末，三维适形放疗（three-dimensional conformal radiation therapy，3D-CRT）成为宫颈癌的标准治疗方法。然而，该技术不能显著降低危及器官的照射剂量[3]。调强放疗（intensity-modulated radiation therapy，IMRT）能满足肿瘤区域达到处方剂量要求的同时最大限度地保护危及器官的要求[4-6]，但是IMRT需要大量的机器跳数[7]，且准直器的散射辐射可能导致继发性癌症的风险增加[8]。容积旋转调强放疗（volumetric modulated arc therapy，VMAT）是另一种调强治疗技术[9]，在获得与IMRT计划相同的剂量分布的同时能够减少计划的机器跳数，从而缩短治疗时间[8-9]。不同弧参数的设置会影响放疗计划的剂量分布、机器跳数和计划复杂度。国内关于宫颈癌VMAT计划中不同弧参数设置对计划影响的研究报道较少，为此本文研究弧参数设置对宫颈癌VMAT计划的影响，为临床放疗计划设计提供依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性选取2021年1月在我院接受放疗的30例宫颈癌患者的放疗资料。纳入标准：（1）宫颈癌首次放疗患者；（2）靶区长度小于40 cm的患者；（3）未有其他部位转移灶的患者。排除标准：（1）既往参加过其他临床试验，仍未终止试验的患者；（2）合并其他肿瘤；（3）存在任何重度和/或未能控制的疾病的患者；（4）具有精神类药物滥用史且无法戒除或有精神障碍者。利用大孔径CT（Somatom Definition AS，西门子公司）获取患者平静呼吸下定位CT影像，层厚为0.5 cm。将获得的定位CT影像导入到Monaco计划系统（5.51版本，医科达公司）中设计放疗计划。

1.2 方法

1.2.1 靶区勾画和计划设计

靶区和危及器官均由副主任或主任医师勾画，经各医疗组组长审核通过后确定放疗处方和危及器官限值，计划靶区（plan target volume，PTV）放疗处方为4 500～4 940 cGy/24～26次。物理师在Monaco计划系统上根据弧参数设置不同设计3组VMAT计划，分别为单野双弧共面计划（DA组），机架由181°顺时针转到179°后再由179°逆时针转到181°，准直器角度为15°，每弧控制点数为180个；单野单弧共面计划（SA1组），机架由181°顺时针转到179°，准直器角度为15°，每弧控制点数为180个；单野单弧共面计划（SA2组），机架由181°顺时针转到179°，准直器角度为15°，每弧控制点数为360个。除弧参数设置不同外，3组计划所有设置（包括弧的起始角度、方向，射线类型、能量，光栏角度，治疗床角度）均相同。3组计划使用相同的计划优化参数进行优化，且靶区处方归一原则相同，确保计划只受不同弧参数影响。

1.2.2 评价参数

评价参数包括PTV的D1、适形性指数（conformity index，CI）、均匀性指数（homogeneity index，HI），膀胱、直肠、右侧股骨头、左侧股骨头的V20、V30、V40和Dmean，机器跳数和子野数。CI=VT，ref×VT，ref/（VT×Vref），其中，VT，ref为参考等剂量曲面（取95%的剂量线）所包绕的靶区体积，VT为靶区体积，Vref为参考等剂量曲面（取95%的剂量线）所包绕的三维空间体积，CI越大适形度越好。HI=（D1-D99）/DP，其中，DP为处方剂量，HI越小靶区剂量越均匀。

1.3 统计学方法

采用SPSS 20.0软件对3组计划中各参数行正态分布检验，符合正态分布的参数用x¯±s表示，采用配对样本t检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 靶区剂量学分布比较

DA组PTV的D1相比SA1组和SA2组均具有统计学优势（DA组vs SA1组：t=-4.06，P=0.001；DA组vs SA2组：t=-6.03，P=0.000），而SA1组PTV的D1要比SA2组小（t=-2.17，P=0.043）。在PTV的均匀性方面，DA组优于SA1组和SA2组（DA组vs SA1组：t=-4.57，P=0.000）；DA组vs SA2组：t=-6.91，P=0.000），SA1组相较于SA2组PTV剂量分布更均匀（t=-3.07，P=0.006）。SA2组的CI在3组计划中最优，而DA组和SA1组的CI差异没有统计学意义（t=-0.99，P=0.334）。详见表1。3组的PTV剂量分布比较如图1所示。

图1 3组的PTV剂量分布

表1 3组的PTV剂量学分布比较（x¯±s）

2.2 危及器官剂量比较

3组计划中，DA组膀胱V30、Dmean，直肠V30、右侧股骨头V20均优于SA1组和SA2组（P均＜0.05），DA组右侧股骨头V30高于SA1组和SA2组（P均＜0.05），此外DA组膀胱V20和左侧股骨头V20均优于SA1组（P均＜0.05），DA组直肠Dmean和右侧股骨头Dmean优于SA2（P均＜0.05）组。SA1组与SA2组相比，仅右侧股骨头V20差异存在统计学意义（P＜0.05）。详见表2。

表2 3组的危及器官剂量比较（x¯±s）

2.3 机器跳数和子野数比较

在3组计划的机器跳数比较中，DA组和SA1组相比差异没有统计学意义，但DA组和SA1组与SA2组相比均有统计学意义的减少（DA组vs SA2组：t=-2.94，P=0.008；SA1组vs SA2组：t=-3.44，P=0.003）。在3组计划的子野数比较中，DA组显著多于SA1组和SA2组（DA组vs SA1组：t=39.17，P=0.000；DA组vs SA2组：t=24.65，P=0.000），而SA2组较SA1组有所增加（t=-7.46，P=0.000）。详见表3。

表3 3组的机器跳数和子野数比较（x¯±s）

3 讨论

宫颈癌放疗面临的挑战是靶区接近直肠、膀胱、肠道和股骨头等许多正常组织，放疗可能会导致患者发生放射性毒性反应。随着技术的进步，3D-CRT和IMRT被广泛应用于宫颈癌的治疗[10-11]，且IMRT比3D-CRT更有优势。然而，IMRT的治疗时间更长[12]，这可能会导致患者不适，从而增加患者运动的可能性（外部运动和内部器官如小肠和直肠的排空），从而影响剂量的准确投递。VMAT技术在一定程度上弥补了这些缺陷。在设计治疗宫颈癌的VMAT计划时，计划优化时往往会产生一些狭长的子野，这些子野可能会对计划的实施产生显著影响，甚至中断计划。设置合理的宫颈癌VMAT计划的弧参数能够在保证剂量学分布符合要求的前提下减少患者治疗时间，使宫颈癌放疗患者获益。

本研究设计了3组计划来探索弧数和控制点数对宫颈癌放疗计划的影响，所有计划均能满足临床剂量学要求。DA组的靶区剂量分布在3组计划中是最优的，且SA1组的靶区剂量分布要优于SA2组。在对危及器官的保护方面，DA组对膀胱、直肠和左侧股骨头的保护均优于SA1组和SA2组，而SA1组和SA2组在危及器官保护上没有太大差异。在子野数方面，DA组显著多于SA1组和SA2组，而SA2组多于SA1组。DA组和SA1组的机器跳数没有统计学差异，但均少于SA2组。

不难发现，本研究中随着弧数的增加，靶区的剂量分布逐渐变好，这与龙雨松等[13]的研究结论一致。此外，随着弧数的增加，危及器官能够得到更好的保护，这与杨金磊等[14]的研究结果相似。刘光波等[15]的研究显示，随着控制点数增加，靶区剂量分布变好，本研究中SA1组和SA2组的比较显示，增加控制点数能改善靶区剂量适形性，但增加了靶区最大剂量，且降低了靶区剂量分布均匀性。刘光波等[15]研究中显示控制点数的增加有改善危及器官剂量分布的迹象，但本研究中控制点数增加一倍后并未能获得改善危及器官剂量分布的效果。

本研究发现，不论是弧数增加还是控制点数增加都会导致计划的子野数增加。此外，SA1组和SA2组的比较显示，控制点数的增加还将会增加计划的机器跳数。因此，单纯增加控制点数会导致子野数和机器跳数都增加，使计划执行时间延长，对计划执行的准确性也会造成消极的影响。而DA组和SA2组的比较显示，控制点数相同的情况下增加弧数能够减少机器跳数，但并不能减少子野数。

综上所述，在宫颈癌VMAT计划中，增加弧数能降低靶区最大剂量、改善靶区剂量分布均匀性和更好地保护正常组织，但单纯增加控制点数并不能使宫颈癌放疗计划获益。本研究的不足之处在于没有对加速器执行时间和计划通过率进行比较，后续会进一步研究。