Monaco通量平滑度对直肠癌术后放疗的剂量学影响

刘 攀，谢清兰，赵文龙，谭洪文△，朱 彤

(1.江西省吉安市中心人民医院肿瘤科 343000；2.吉安职业技术学院医学技术与护理学院，江西吉安 343000)

放射治疗(放疗)是直肠癌治疗的主要手段之一，在术前和术后肿瘤辅助治疗中，能降低肿瘤局部复发风险，明显提高肿瘤控制率[1-2]。调强放疗(intensity modulated radiation therapy,IMRT)基于多叶光栅走位运动[3]，实现靶区剂量分布与靶体积在三维空间上的形状一致，是目前主要放疗技术之一[4]。基于蒙特卡罗模拟算法的医科达Monaco计划系统是放疗领域成熟商用计划系统之一[5]，可出色完成X射线计划的剂量计算，其通量平滑功能在计划设计时包含4种选项(Off、Low、Medium、High)，合适的通量平滑度(fluence-smoothing，FS)选择将直接影响计划设计的最终结果，如何选择FS值对于提高计划质量起着至关重要的作用。本文通过横向比较4种FS等级下直肠癌术后IMRT计划的质量，为直肠癌术后IMRT计划设计提供参考，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性分析2021年4月至2022年3月吉安市中心人民医院治疗的25例直肠癌术后患者资料，年龄41～72岁，中位年龄53岁，T3～T4分期，病理结果为腺癌，且为首次接受放疗，无放疗禁忌证。

1.2 方法

1.2.1定位方法

患者使用带空腹板的俯卧位专用体架，行俯卧位模拟定位。定位前1 h排空大小便，并饮水500 mL使膀胱充盈，以便后续治疗尿量恒定[6]。模拟定位使用飞利浦大孔径CT，扫描层厚5 mm[7]，范围为第3腰椎上缘至坐骨结节下5 cm，螺旋扫描获取患者多层影像，将影像数据经内网上传至Monaco 5.11.03版本放疗计划系统。

1.2.2靶区勾画

所有患者均由同一位高年资临床医师按国际辐射单位和测量委员会 83号报告完成临床靶区勾画，包括切缘阳性及可疑残留区、高危区、一般危险区，临床靶区沿不同方向统一外扩5 mm生成计划靶区(planning target volume，PTV)，并勾画危及器官。

1.2.3物理计划设计

治疗使用的直线加速器型号为Elekta Synergy，配备40对多叶光栅，叶片厚度1 cm，X射线能量选择6 MV。计划设计过程中，保持靶区、危及器官和正常组织的约束函数及参数一致，每例患者依次设置FS等级为Off、Low、Medium和High，得到25组100个物理计划。计划采用七野照射，固定角度为150°、100°、50°、0°、310°、260°、210°，剂量计算网格0.3 cm，最小子野宽度0.6 cm。处方剂量：总剂量50 Gy，单次2 Gy，分25次照射。所有计划均需放疗医师批准且满足临床实际要求。

1.2.4计划评估

计划优化完成后，以50 Gy剂量覆盖95%的PTV体积进行剂量归一，所有计划经放疗医生审核批准满足临床要求。基于剂量体积直方图评估PTV、危及器官及正常组织的剂量学参数[8]，PTV评估参数：最大剂量(D2)、最小剂量(Dmin)、平均剂量(Dmean)、适形指数(conformity index，CI)、均匀性指数(homogeneity index，HI)[9]。危及器官评估参数：膀胱、小肠、股骨头的D2、Dmean、体积剂量。正常组织评估参数：体积剂量。同时统计每个计划的子野数、机器跳数、剂量计算时间、γ通过率随FS的变化规律。CI反映PTV剂量适形性，值越趋近1，表明靶区适形越好；HI反映PTV剂量均匀性，值越趋近0，表明靶区均匀性越好；CI计算采用公式 (1)，HI计算采用公式 (2)[10]，计算公式如下：

(1)

式中，V50为处方剂量50 Gy包绕PTV体积，单位为cm3；VR为处方剂量50 Gy剂量线覆盖体积，单位为cm3；VPTV为PTV体积，单位为cm3。

(2)

式中，DX为PTV X%体积所受最小剂量，单位为cGy。

1.2.5计划验证

验证设备为德国IBA公司MatriXX Evolution平板电离室，验证分析软件为德国IBA公司 My QA myQA patients软件。校准标定电离室后，剂量验证过程采用电影测量模式，得到角度归零方法的剂量验证结果[11-12]，以2%/2 mm(剂量差异设置为2%，距离符合度设置为2 mm)标准计算γ通过率，γ通过率>95%时认为计划通过[13]。

1.3 统计学处理

2 结 果

2.1 PTV和危及器官剂量参数

PTV剂量参数中，FS从Off到High横向比较，Dmin、Dmean均呈增大趋势，差异有统计学意义(P<0.05)。FS从Off到Medium，HI呈递增趋势，High的数值最大，较Low增加8.45%(P<0.05)。危及器官剂量参数中，膀胱Dmean、V40、V50，小肠V20，左股骨头V40比较，差异有统计学意义(P<0.05)，见表1、图1。

图1 不同FS下CI及HI变化趋势

表1 不同FS下PTV和危及器官剂量参数

2.2 正常组织剂量参数

FS从Off到Medium，正常组织V5～V45呈递增趋势，High的正常组织受照剂量最高，除V15外，差异有统计学意义(P<0.05)。与Off比较，High的V5～V45分别增加1.04%、1.36%、0.87%、2.30%、3.47%、4.38%、7.10%、9.15%、17.81%，平均5.28%，见表2。

表2 不同FS下正常组织剂量参数

续表2 不同FS下正常组织剂量参数

2.3 机器参数及计划通过率

FS从Off到Medium，子野数、机器跳数、剂量计算时间呈现递减趋势，差异有统计学意义(P<0.05)，与Off比较，High的子野数减少9.80%、机器跳数减少9.20%、剂量计算时间减少7.89%。FS从Off到Medium，γ通过率均符合计划要求且呈递增趋势，High 的γ通过率最高，较Off增加1.78%，差异有统计学意义(P<0.05)，见表3、图2。

表3 不同FS下机器参数及γ通过率

图2 不同FS下25组计划机器跳数分布

3 讨 论

医科达Monaco计划系统是目前广泛使用的放疗计划系统[14-15]，使用蒙特卡罗标准粒子模拟计算[16-17]，FS是其重要优化计算参数之一，合理的FS设置可以更好地优化射野适形复杂程度及照射面积，快速提升放疗计划计算效率与质量。潘香等[18]关于FS对左乳癌保乳术后放疗的剂量学研究结果表明，FS可以降低子野数、机器跳数及剂量计算时间数，高通量平滑计划质量更有优势，更能提高治疗效率。邱刚等[19]研究了FS对宫颈癌放疗的剂量学影响，结果表明FS通过改变各控制点下射野适形及照射面积，对靶区剂量准确度有较大影响。直肠癌靶区体积较大，为凹形靶，且紧邻膀胱、小肠、股骨头等危及器官，治疗中俯卧体位对膀胱、小肠保护优于仰卧位[20]，而关于FS对直肠癌术后俯卧位治疗的剂量学影响报道较少，同时增加正常组织剂量分析及计划剂量验证，从多方面反映FS对直肠癌术后放疗剂量学影响，为选择最优的FS提供参考。

本研究中，FS从Off到High的横向比较，Dmin、Dmean均呈增大趋势，差异有统计学意义(P<0.05)，主要原因是直肠癌靶区较大，且术后形状不规整，靶区与小肠、膀胱的空间体积存在较多重叠，随着FS由Off至High等级增加，各个控制点下射野构成精准度降低，照射面积增大，低FS子野数多，适形精细，对靶区剂量雕刻力高，能减少射野的照射范围，提高射野执行精度，与之相反，高FS子野精准度降低，照射范围增大，使靶区平均剂量与最小剂量升高。FS从Off到Medium，CI相近，High的数值最小，差异无统计学意义(P>0.05)；而FS从Off到High，HI呈递增趋势，差异有统计学意义(P<0.05)，且High的数值最大，较Low增加8.45%。主要原因是随着FS从Off到High增加，各控制点下射野构成精准度降低，靶区适形性变差，即High的CI值最小，高FS子野精准度降低，系统为满足靶区剂量，增加照射范围以满足预设条件，导致靶区剂量均匀性变差，High的HI值最大。基于以上分析，FS选择Low与Medium时更优。

在危及器官与正常组织剂量评估结果中，膀胱Dmean、V40、V50，小肠V20和左股骨头V40比较，差异有统计学意义(P<0.05)，且各等级FS下的危及器官剂量参数均符合放疗剂量学要求，FS等级改变对危及器官剂量参数影响较小。正常组织剂量参数中，各体积剂量除V15外均有差异，且FS从Off到High，各体积剂量呈现递增趋势，随着FS增加，子野适形变差，照射面积增大，导致正常组织受照剂量增加。High时，正常组织受照剂量最大，与Off比较，High的正常组织各体积剂量平均增加5.28%。

在机器参数及计划通过率方面，FS从Off到High，子野数、机器跳数及剂量计算时间数值呈现递减趋势，差异有统计学意义(P<0.05)，与Off比较，High的子野数减少9.80%、机器跳数减少9.20%、剂量计算时间减少7.89%，这是由于高平滑度计划适形简单，所需子野数较少，计划复杂度降低，机器跳数相应减少，计划计算时间也随之缩短，计划执行效率更高[21]。FS从Off到High，γ通过率呈现递增趋势，与Off比较，High的γ通过率增加1.78%，High的γ通过率最大，计划通过率最高。可以看出在机器参数及计划通过率方面，High等级数据最优，Medium次之。

4种FS下，靶区、危机器官及正常组织的剂量学参数均符合临床治疗要求。分开来看各项参数，靶区剂量适形度及均匀性方面，FS选择Low与Medium时，CI和HI数值更优；机器参数和计划通过率方面，FS为High最优，Medium次之；正常组织体积剂量方面，High的正常组织受照剂量最大，这将增加二次致癌风险[22]。由于不同计划系统，不同限量方法与参数设置均有相应规律，本研究得到的结果只针对Monaco计划系统对直肠癌术后俯卧位患者，所得结论仅供其他计划系统与病种参考。

综上表现，FS选择Medium时可以更好兼顾计划各方面性能，保障计划实施的质量及效率，因此，在直肠癌俯卧位IMRT计划设计时，推荐选择Medium进行计划优化。