鼻咽癌調(diào)強放療計劃設(shè)計中自動勾畫劑量限制結(jié)構(gòu)的初步應(yīng)用

顧科 李成 吳錦昌 胡睿 沈丹青

215001南京醫(yī)科大學(xué)附屬蘇州醫(yī)院放療科，蘇州市立醫(yī)院東區(qū)放療科

鼻咽癌調(diào)強放療計劃設(shè)計中自動勾畫劑量限制結(jié)構(gòu)的初步應(yīng)用

顧科 李成 吳錦昌 胡睿 沈丹青

215001南京醫(yī)科大學(xué)附屬蘇州醫(yī)院放療科，蘇州市立醫(yī)院東區(qū)放療科

目的 鼻咽癌（NPC）調(diào)強適形放射治療（IMRT）（簡稱調(diào)強放療）計劃設(shè)計中，需勾畫一定數(shù)量劑量限制結(jié)構(gòu)（DLSs），傳統(tǒng)的常規(guī)方法只能逐一單個處理，極大浪費了物理師的有效工作時間。本研究利用MIM（V6.5）軟件編譯工作流，根據(jù)NPC計劃優(yōu)化需求，自動生成DLSs，觀察、對比其與常規(guī)方法在不同分期NPC計劃DLSs勾畫上的時間差異，探討其臨床推廣的應(yīng)用價值。方法 對10例不同TNM分期的NPC患者，按統(tǒng)一要求由3名物理師采用Eclipse放射治療計劃系統(tǒng)（TPS，V11.0）提供的勾畫工具逐一處理方法與MIM軟件設(shè)計編譯的工作流批處理方法，分別生成DLSs，觀察工作流自動處理結(jié)果并對比完成時間。結(jié)果 工作流可一鍵自動生成包括計劃靶區(qū)（PTVs）外、PTVs內(nèi)、危及器官（OARs）及輔助等4類最多28個DLSs，所花費時間較逐一處理方法最多可節(jié)省92.8%，平均節(jié)省90.5%，其差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（t=32.14～61.59，P＜0.05）。結(jié)論 在NPC的IMRT計劃設(shè)計中，利用MIM平臺編譯的工作流，可批處理自動生成DLSs，可有效減少勾畫時間，提高了物理師的工作效率。

鼻咽癌； 調(diào)強放療； 工作流； 批處理； 劑量限制結(jié)構(gòu)

Fund program：Clinical Cancer Medical Center Foundation of Suzhou(Szzx201506)

0 引 言

鼻咽癌（nasopharyngeal carcinoma,NPC）是最常見的頭頸部惡性腫瘤之一，嚴重威脅我國人民的身體健康。由于NPC生理解剖位置和周圍淋巴結(jié)分布形式復(fù)雜，且周圍有許多重要器官，如腦干、脊髓、視神經(jīng)、視交叉、晶體、腮腺、顳頜關(guān)節(jié)、顳葉等，難以通過手術(shù)方式進行有效治療，因此臨床上NPC患者多采用放射治療的方式來進行治療，而調(diào)強適形放射治療（intensity modulated radiation therapy, IMRT）（簡稱調(diào)強放療）是目前治療NPC的主流放療技術(shù)。在制作IMRT計劃時，為了獲得更好的靶區(qū)劑量分布和降低重要器官的劑量，物理師需要根據(jù)計劃靶區(qū)（planning target volumes,PTVs）及危及器官（organs at risk,OARs）的劑量限值條件和相對位置，勾畫一定數(shù)量劑量限制結(jié)構(gòu)（dose limited structures,DLSs）輔助計劃的完成。雖然不同的計劃系統(tǒng)均能提供豐富的功能插件[1-3]，但其只能逐一單個進行處理。這種常規(guī)方法極大地浪費了物理師的有效工作時間。筆者采用MIM vision 6.5（美國MIM software公司）的工作流編譯程序，模擬DLSs的生成過程，對多個腳本文件和功能模塊進行批處理，并觀察、對比其與常規(guī)方法在不同分期NPC計劃DLSs勾畫上的時間差異，旨在探討其臨床應(yīng)用價值。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

收集2015年2月～12月在蘇州市立醫(yī)院東區(qū)放療科行放療的不同分期10例NPC患者的定位CT資料，男性6例，女性4例，年齡41～78歲，平均年齡（64.6±14.2）歲，其中 T1-2N2M0分期4例、T2N3M0分期2例、T3N2-3M0分期4例。由放療臨床醫(yī)師按照統(tǒng)一模板勾畫PTVs及相關(guān)OARs。

1.2 方法

1.2.1 PTVs和OARs再處理及DLSs勾畫

對所有PTVs及OARs進行平滑處理。PTVs不應(yīng)超出皮膚外緣，內(nèi)收距皮緣3 mm；重疊PTVs按照位置關(guān)系和劑量梯度進行合并；高危OARs外放，OARs與PTVs交疊部分進行再處理。DLSs按科室劑量要求和優(yōu)化經(jīng)驗分為4類結(jié)構(gòu)：PTVs外DLSs、PTVs內(nèi)DLSs、OARs的DLSs和輔助DLSs。

1.2.2 DLSs生成方法

常規(guī)方法使用TPS Eclipse 11.0（美國Varian Medical Systems）的輪廓勾畫工具，按照勾畫要求對PTVs及OARs進行平滑處理、克隆勾畫、內(nèi)收外放、布爾運算、自動擴展及環(huán)處理完成DLSs的勾畫。另一種采用批處理方法，根據(jù)DLSs的生成過程制定流程表，依照MIM軟件提供的勾畫插件編譯工作流（workflow）生成DLSs，對導(dǎo)入的CT結(jié)構(gòu)自動處理。常規(guī)方法的處理流程如圖1A所示，MIM批處理方法的流程如圖1B所示。

1.2.3 觀察指標

由3名物理師分別選用MIM批處理方法及常規(guī)方法，對10例NPC的DLSs按照勾畫要求進行處理，比較兩種方法完成時間的差異。MIM批處理方法的完成時間為自動生成DLSs，發(fā)回服務(wù)器，并由Eclipse導(dǎo)入DLSs總共所需的時間。

1.3 統(tǒng)計學(xué)方法

圖1 兩種方法生成DLSs流程圖

采用SPSS18.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學(xué)分析，數(shù)據(jù)以均值±標準差（x±s）表示，3名物理師采用兩種方法勾畫DLSs所需時間的3組組內(nèi)數(shù)據(jù)進行配對t檢驗，以P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2.中外小說對比研究。以《紅樓夢》、《裝在套子里的人》等為文本，比較兩者在敘述方式，人物刻畫，情節(jié)發(fā)展等方面的異同。

2 結(jié)果

2.1 兩種方法DLSs的生成結(jié)果

采用MIM批處理，其流程包括查找及重新命名、邏輯計算、平滑處理、刪除空結(jié)構(gòu)及無用結(jié)構(gòu)、屬性及顏色定義、發(fā)回服務(wù)器等6個模塊，共112步操作，生成一個工作流“AUTO NPC DLSs”。一鍵自動生成PTVs外DLSs（4～7個）、PTVs內(nèi)DLSs（2～3個）、OARs的DLSs（9個）、輔助DLSs（5個）及合并靶區(qū)結(jié)構(gòu)（3～4個），共26～28個DLSs。3名物理師采用常規(guī)方法生成相同DLSs，進行功能模塊調(diào)用次數(shù)平均為116次、114次和120次，平均116.7次。MIM批處理方法生成的DLSs發(fā)回服務(wù)器后，由Eclipse導(dǎo)入。在Eclipse中兩種方法生成的DLSs均能滿足計劃優(yōu)化的要求，其輪廓并無明顯差異。具體生成結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.2 兩種方法DLSs生成時間比較

采用MIM批處理及常規(guī)處理方法生成DLSs的平均耗時見表1及圖3。

表1 3名物理師對10例NPC患者勾畫時間分布（x±s）

3 討論與結(jié)論

鼻咽癌（NPC）在我國為最常見的惡性腫瘤，放療是其主要治療方法，目前主流的放療方式是調(diào)強放療（IMRT）。相對傳統(tǒng)放療技術(shù)，IMRT通過對不同方向入射的照射野進行優(yōu)化，形成非均勻的照射野空間強度分布，從而可改善放射劑量在復(fù)雜腫瘤靶區(qū)內(nèi)的分布，同時降低了周圍危及器官（OARs）的照射劑量。因此，IMRT在提高NPC患者臨床治療效果、保護正常組織、減輕放療毒副作用和改善患者療后生存質(zhì)量方面具有很大優(yōu)勢[4-6]。

目前，NPC調(diào)強計劃多采用逆向優(yōu)化，放射治療計劃系統(tǒng)（TPS）根據(jù)不同PTVs和OARs的劑量限制參數(shù)（劑量—體積、最大劑量、最小劑量及平均劑量）和權(quán)重排序依照不同的優(yōu)化算法迭代處理生成最終的射野通量[7]。為達到最佳優(yōu)化結(jié)果并提高工作效率，物理師經(jīng)常要對已勾畫的結(jié)構(gòu)進行處理，如本研究中提到的PTVs距皮緣的內(nèi)收、重疊PTVs的再處理等。靶區(qū)外DLSs有助于提高劑量的適型性及降低正常器官的受量；靶區(qū)內(nèi)DLSs可限制高劑量點的位置；OARs的DLSs可以幫助計劃系統(tǒng)簡化處理PTVs與OARs的重疊；輔助的DLSs均為根據(jù)物理師的優(yōu)化經(jīng)驗和科室的計劃要求而設(shè)置的固定輔助結(jié)構(gòu)。因此，處理DLSs是物理師在開始優(yōu)化工作前的必要步驟?；谙冗M計算機技術(shù)的發(fā)展，近年來放療TPS的運行能力越來越強大，計劃的設(shè)計和操作過程也越便捷和智能化[8]。如基于優(yōu)化參數(shù)的射野角度自動優(yōu)化，基于知識系統(tǒng)的調(diào)強優(yōu)化限制參數(shù)的自動生成等相關(guān)研究的結(jié)果已經(jīng)商業(yè)化，在不同程度保證計劃質(zhì)量的同時節(jié)約了計劃制作時間[9-10]。勾畫DLSs作為NPC患者調(diào)強計劃不可缺少的一個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)其自動勾畫也是趨勢所在和非常必要的。

本研究中單病例最多生成28個DLSs，平均27個。常規(guī)的處理方法耗時最多可達47 min，3位物理師平均耗時為36.3 min。大部分DLSs的處理過程僅是外放、內(nèi)收及平滑等重復(fù)工作。謝朝等[11]采用腳本編譯的方法生成DLSs，其生成的DLSs的輪廓與常規(guī)處理無差別，但實驗并未提及時間及效率。不同的計劃系統(tǒng)也提供了一些腳本編譯功能[11-12]，但這些編程處理既需要掌握復(fù)雜的語言編譯程序，也不方便臨床的個性化處理。MIM軟件提供了圖形化的工作流編譯程序，物理師只需對所要處理的過程進行邏輯排序編譯流程，即可生成固定工作流，一鍵操作方便快捷。此方法無需掌握復(fù)雜的語言程序且可根據(jù)患者和科室要求隨時調(diào)整，極大地提高了工作效率。本研究采用MIM批處理方法平均耗時僅為3.4 min，時間最多可節(jié)省92.8%，平均節(jié)省90.5%。

利益沖突 無

（圖2、3見封三）

參考文獻

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Application of automatic generation of dose limited structures in intensity modulated radiation therapy planning for nasopharyngeal carcinoma

Gu Ke,Li Cheng,Wu Jinchang,Hu Rui,Shen Danqing

Department of Radiotherapy,Affiliated Suzhou Hospital of Nanjing Medical University;Department of Radiotherapy, Suzhou Municipal Hospital(East Branch),Suzhou 215001,China

Shen Danqing,Email:pilipolome@126.com

Objective The contour of dose limited structures(DLSs)are needed for intensity modulated radiation therapy(IMRT)design for nasopharyngeal carcinoma(NPC),while using conventional method will cost lots of time of medical physicist.In this study,workflow was compiled and DLSs were automatically generated based on MIM software(V6.5)for IMRT planning optimization of NPC,in order to compare the time difference of workflow method with that of conventional method.Methods According to the unified requirements of IMRT planning optimization,the DLSs of 10 NPC cases with different tumor node metastasis(TNM)stages were contoured by three medical physicists using two methods.One was delineating with contour tools of Eclipse(V11.0)treatment planning system(TPS)for each procession one by one,and the other was contouring with MIM software to design and compile workflow for batch procession.The effect of workflow automatic processing was observed and the timeconsumption was compared between the two methods.Results The workflow method could automatically generate 4 types of 28 DLSs including out-planning target volumes(PTVs),in-PTVs,organs at risk(OARs)and other subsidiary structures.The contour time-consumption of the workflow method was much lower than that of conventional method, with an average of 90.5%and up to 92.8%of time could be saved(t=32.14～61.59，P＜0.05).Conclusions The workflow compiled with MIM platform can automatically generate batch DLSs,and effectively reduce the time of contour,thus improving work efficiency of medical physicist in IMRT planning for NPC.

Nasopharyngeal carcinoma; Intensity modulated radiation therapy;Workflow; Batch procession;Dose limited structures

沈丹青，Email:pilipolome@126.com

10．3760/cma．j．issn．1673-4181．2016．05．009

蘇州市腫瘤臨床醫(yī)學(xué)中心項目（Szzx201506）

2016-05-20）