旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療角間距對(duì)于深淺部靶區(qū)劑量?jī)?yōu)化的影響*

吳曉輝　許敬輝　黎 杰　陳亞正*

容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)(volumetric-modulated arc technique，VMAT)作為調(diào)強(qiáng)放射治療當(dāng)中的一種高端技術(shù)在臨床中被廣為采用，對(duì)于體積較小且孤立的靶區(qū)有明顯的治療優(yōu)勢(shì)。影響VMAT計(jì)劃劑量分布的因素有很多，包括多葉準(zhǔn)直器的葉片寬度、多葉準(zhǔn)直器形成的子野寬度、旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)機(jī)架運(yùn)動(dòng)角度間距、準(zhǔn)直器角度、弧的數(shù)量以及劑量計(jì)算的優(yōu)化算法等。其中旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)的弧長(zhǎng)等于治療計(jì)劃的控制點(diǎn)個(gè)數(shù)與角間距度數(shù)設(shè)置的乘積?；诠潭ǖ南到y(tǒng)算法，計(jì)劃參數(shù)設(shè)置的差別會(huì)對(duì)計(jì)劃的質(zhì)量有部分影響，不同的參數(shù)計(jì)劃結(jié)果產(chǎn)生不同程度的影響。綜合各種影響條件的改動(dòng)，治療計(jì)劃的劑量分布會(huì)有明顯的差異，評(píng)估計(jì)劃時(shí)根據(jù)劑量的分布情況與靶區(qū)適形度指數(shù)(conformity index，CI)和均勻性指數(shù)(homogeneity index，HI)，可以找到針對(duì)固定病種最合適的固定參數(shù)條件設(shè)置。

目前，在放射治療的發(fā)展進(jìn)程下，圖像引導(dǎo)下調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)(image guided radiation therapy，IGRT)與調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)(intensity modulated radiation therapy，IMRT)等放射治療都可采用VMAT技術(shù)[1-5]。此技術(shù)在放射治療實(shí)施中有明顯的優(yōu)勢(shì)，可在提高靶區(qū)適形度和均勻性的同時(shí)，降低正常組織的體積受量，縮短放射治療時(shí)間，提高了治療師的工作效率，在放射生物效應(yīng)方面有明顯的改善[6-8]?；诖?，本研究探討分析治療計(jì)劃系統(tǒng)中的角間距參數(shù)對(duì)VMAT計(jì)劃的影響，尋求針對(duì)固定病種最合適的固定參數(shù)條件設(shè)置，為腫瘤放射治療旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)技術(shù)的實(shí)施提供了參考。

1　材料與方法

1.1　一般資料

選取2015年6月至2016年2月四川省腫瘤醫(yī)院收治的25例腫瘤放射治療患者；按照病種將其分為鼻咽癌組(10例)，肺癌組(10例)和乳腺癌組(5例)，所有入組患者的CT數(shù)據(jù)傳輸至Oncentra4.3計(jì)劃系統(tǒng)上，靶區(qū)與危及器官由同1名醫(yī)師勾畫。

1.2　儀器設(shè)備

計(jì)劃系統(tǒng)：Oncentra 4.3加速器(瑞典醫(yī)科達(dá))。

1.3　放射治療計(jì)劃

(1)每個(gè)病例設(shè)計(jì)3個(gè)放射治療計(jì)劃，角間距度數(shù)分別為2°、3°和4°。除此之外同病例的優(yōu)化不改變其他設(shè)置參數(shù)。醫(yī)科達(dá)直線加速器自動(dòng)添加光柵，直線加速器射線能量值統(tǒng)一使用6 MV。3組計(jì)劃對(duì)比VMAT計(jì)劃建立一致參數(shù)，同病例的全部計(jì)劃弧長(zhǎng)一致，采用相同的計(jì)算網(wǎng)格為0.3 cm×0.3 cm×0.3 cm，迭代次數(shù)設(shè)置為30，每例計(jì)劃旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)采用雙弧。計(jì)劃設(shè)計(jì)以2°角間距的旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃為模板拷貝，修改參數(shù)僅為角間距度數(shù)?；诓煌牟》N之間采用不同的弧長(zhǎng)設(shè)置，鼻咽癌與肺癌采用全弧照射(角度從181°開始，旋轉(zhuǎn)弧長(zhǎng)為356°)。乳腺癌采用半弧照射(起始角度為220°，旋轉(zhuǎn)弧長(zhǎng)170°)。鼻咽癌、肺癌與乳腺癌的控制點(diǎn)個(gè)數(shù)與弧長(zhǎng)的關(guān)系見表1。

表1　弧長(zhǎng)與控制點(diǎn)個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)(個(gè))

(2)在弧長(zhǎng)與控制點(diǎn)個(gè)數(shù)關(guān)系中遵守旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)的數(shù)據(jù)公式。所有的計(jì)劃在同一病例中靶區(qū)劑量的D95全部歸一至相同劑量，靶區(qū)劑量臨床標(biāo)準(zhǔn)接受誤差范圍是3%[9]。并且同一病例的3個(gè)計(jì)劃靶區(qū)體積覆蓋值和優(yōu)化方案與算法全部保持一致，最終的劑量-體積直方圖(dose-volume histogram，DVH)各項(xiàng)線性指數(shù)與劑量在CT斷層面上的分布都將由專業(yè)人員進(jìn)行審核，評(píng)價(jià)符合正常的放射治療要求的計(jì)劃將作為入組數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

1.4　評(píng)價(jià)指標(biāo)

三種角間距參數(shù)做出的計(jì)劃數(shù)據(jù)分別進(jìn)行測(cè)試比較，根據(jù)結(jié)果中的P值判斷角間距度數(shù)對(duì)治療計(jì)劃產(chǎn)生的影響力度[10]。對(duì)比危及器官劑量作用于衡量不同的角間距度數(shù)對(duì)正常器官的保護(hù)力度是否有偏差；對(duì)比CI值與HI值作用于比較不同的角間距度數(shù)對(duì)于提升和覆蓋靶區(qū)劑量是否有影響。上述兩點(diǎn)主要作用于衡量和評(píng)價(jià)一個(gè)計(jì)劃的質(zhì)量，研究靶區(qū)的CI與HI可以直接影響到放射治療計(jì)劃在臨床中的治療效果；減少危及器官的劑量覆蓋可以減小患者在治療過程中產(chǎn)生的副作用，因此衡量和評(píng)價(jià)放射治療計(jì)劃尤為重要。

1.5　統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

分析過程中使用SPSS 18.0軟件進(jìn)行3組數(shù)據(jù)同步分析，其結(jié)果作為計(jì)劃優(yōu)劣衡量標(biāo)準(zhǔn)之一；另外截取3組計(jì)劃的斷層劑量分布圖，對(duì)比靶區(qū)同一層的劑量線分布，以2°角間距做出的計(jì)劃作為模板進(jìn)行單層劑量分布面積比較，其比較結(jié)果作為第二項(xiàng)計(jì)劃衡量標(biāo)準(zhǔn)。綜上兩項(xiàng)計(jì)劃評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)劃對(duì)比，針對(duì)鼻咽癌、肺癌作為深部靶區(qū)計(jì)劃的評(píng)價(jià)；乳腺癌作為淺層靶區(qū)計(jì)劃的評(píng)價(jià)，分析結(jié)果即是三種角間距度數(shù)在當(dāng)前研究的深淺部靶區(qū)計(jì)劃中產(chǎn)生的影響大小，以及為不同的角間距度數(shù)在不同深度靶區(qū)放射治療計(jì)劃中的合理應(yīng)用提供參考。

2　結(jié)果

2.1　鼻咽癌數(shù)據(jù)

(1)統(tǒng)計(jì)對(duì)比鼻咽癌組的靶區(qū)的劑量，CI與HI，其結(jié)果顯示，靶區(qū)D98、D50、D02、CI以及HI差異均無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=4.521，F(xiàn)=18.399，F(xiàn)=11.652，F(xiàn)=22.584，F(xiàn)=5.786；P＞0.05)，見表2。

(2)統(tǒng)計(jì)對(duì)比鼻咽癌組的脊髓和口咽的劑量，對(duì)比跳數(shù)，其結(jié)果顯示，脊髓Dmean、脊髓Dmax、跳數(shù)、口咽Dmean以及口咽Dmax差異無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=6.547，F(xiàn)=12.542，F(xiàn)=8.907，F(xiàn)=15.366，F(xiàn)=33.520；P＞0.05)，見表3。

(3)統(tǒng)計(jì)對(duì)比鼻咽癌組的腦干和雙側(cè)腮腺劑量，其結(jié)果顯示，腦干Dmean、腦干Dmax、左腮腺Dmean、左腮腺D33、右腮腺Dmean以及右腮腺D33差異無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=56.657，F(xiàn)=40.544，F(xiàn)=19.232，F(xiàn)=5.877，F(xiàn)=16.456，F(xiàn)=33.660；P＞0.05)，見表4。

2.2　肺癌數(shù)據(jù)

(1)統(tǒng)計(jì)對(duì)比肺癌組的靶區(qū)劑量，CI與HI，其結(jié)果顯示，靶區(qū)D98、D50、D02、CI以及HI差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=11.669，F(xiàn)=2.674，F(xiàn)=1.599，F(xiàn)=2.984；P＞0.05)，但靶區(qū)D98差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=9.768，P＜0.05)，見表5。

(2)統(tǒng)計(jì)對(duì)比肺癌組脊髓、跳數(shù)和心臟的劑量，其結(jié)果顯示，脊髓Dmean、心臟D33以及心臟Dmean差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=4.658，F(xiàn)=3.897，F(xiàn)=14.896；P＞0.05)；但跳數(shù)具有明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(F=5.667，P＜0.05)，見表6。

表2　鼻咽癌靶區(qū)劑量、CI與HI對(duì)比(x-±s)

表3　鼻咽癌脊髓、跳數(shù)與口咽劑量對(duì)比(x-±s)

表4　鼻咽癌腦干與雙側(cè)腮腺劑量對(duì)比(x-±s)

表5　肺癌靶區(qū)劑量、CI與HI對(duì)比(x-±s)

(3)統(tǒng)計(jì)對(duì)比肺癌組的雙肺劑量，其結(jié)果顯示，V10、V20、V30、V40、V50以及Dmean差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=23.533，F(xiàn)=31.665，F(xiàn)=3.896，F(xiàn)=5.901，F(xiàn)=12.766，F(xiàn)=7.998；P＞0.05)；但雙肺的V5具有明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=6.878，P＜0.05)，見表7。

2.3　乳腺癌數(shù)據(jù)

(1)統(tǒng)計(jì)對(duì)比乳腺癌組靶區(qū)劑量，CI與HI值，其結(jié)果顯示，靶區(qū)D50、D02、CI及HI差異均具有明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=61.029，F(xiàn)=50.95，F(xiàn)=10.363，F(xiàn)=40.504；P＜0.05)，但靶區(qū)D98差異無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=1.155，P＞0.05)，見表8。

(2)統(tǒng)計(jì)對(duì)比乳腺癌組肺劑量，跳數(shù)與健側(cè)乳腺劑量，其結(jié)果顯示，肺V20與跳數(shù)差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=7.212，F(xiàn)=19.464；P＜0.05)，但肺V5、Dmean、健側(cè)乳腺Dmean及Dmax無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=0.44，F(xiàn)=3.521，F(xiàn)=0.851，F(xiàn)=0.305；P＞0.05)，見表9。

(3)統(tǒng)計(jì)對(duì)比乳腺癌組心臟劑量，脊髓劑量，其結(jié)果顯示，心臟D33、Dmean、脊髓Dmean、Dmax差異均無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=1.465，F(xiàn)=2.582，F(xiàn)=0.779，F(xiàn)=0.779；P＞0.05)，見表10。

表6　肺癌脊髓、跳數(shù)與心臟劑量對(duì)比(x-±s)

表7　肺癌雙肺劑量對(duì)比(x-±s)

表8　乳腺癌靶區(qū)劑量，CI與HI對(duì)比(x-±s)

表9　乳腺癌肺劑量、跳數(shù)與健側(cè)乳腺的劑量對(duì)比(x-±s)

表10　乳腺癌心臟與脊髓劑量對(duì)比(x-±s)

3　討論

綜合上述各項(xiàng)對(duì)比結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，在角間距度數(shù)的設(shè)置中，針對(duì)不同腫瘤部位的計(jì)劃可以產(chǎn)生不同的影響力度。在過去的非調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃中，放射治療計(jì)劃的適形度差，不能對(duì)危及器官進(jìn)行足夠的保護(hù)，產(chǎn)生的放射治療副作用反應(yīng)較為明顯，治療效果較差。而容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)不僅可以良好地保護(hù)正常組織，提高靶區(qū)劑量覆蓋度，在放射治療實(shí)施過程中的效率也得到大幅度提高[11]。在旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃的設(shè)計(jì)過程中，由于涉及參數(shù)較多，計(jì)劃系統(tǒng)的劑量?jī)?yōu)化時(shí)間一般在2 h以上，但是在加速器上出束的時(shí)間僅為2～4 min，醫(yī)護(hù)人員在腫瘤放射治療技術(shù)領(lǐng)域可更多地應(yīng)用旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃[12-13]。

在本研究的25例患者的計(jì)劃對(duì)比中發(fā)現(xiàn)，鼻咽癌與肺癌等腫瘤部位分布較深層的計(jì)劃，在同等的參數(shù)制作過程中更適用于大角度的角間距，如4°的角間距度數(shù)設(shè)置。在旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)過程中，加速器機(jī)頭所經(jīng)過路徑弧長(zhǎng)中都會(huì)出射線，而深部腫瘤的周圍保護(hù)組織更多，劑量穿過人體到達(dá)深部的路徑更長(zhǎng)，所以大角度的角間距參數(shù)設(shè)置可以使得系統(tǒng)在優(yōu)化劑量的時(shí)候射線出束自由度更高，通過手動(dòng)補(bǔ)償?shù)奶摂M擋塊與采用權(quán)值對(duì)于危及器官的限量壓制，可以更好地規(guī)避危及器官，使得計(jì)劃的劑量分布效果和實(shí)施都達(dá)到最優(yōu)化。在淺部腫瘤的計(jì)劃制作過程中，如乳腺癌等近皮膚的靶區(qū)劑量?jī)?yōu)化則更適用于小角度角間距設(shè)置，如2°角間距。淺層靶區(qū)靠近人體表面，射線可直接到達(dá)靶區(qū)而無需穿過人體的正常組織器官，所以采用小角度的角間距設(shè)置會(huì)讓計(jì)劃系統(tǒng)在進(jìn)行計(jì)量?jī)?yōu)化的過程中更精細(xì)，優(yōu)化效果更好。各項(xiàng)對(duì)比參數(shù)更有說服力地證明這一點(diǎn)，由于劑量?jī)?yōu)化的結(jié)果影響參數(shù)眾多，角間距只是眾多影響因子中的一個(gè)，因此在同等制作放射治療計(jì)劃的過程中，這一項(xiàng)參數(shù)的改動(dòng)對(duì)放射治療計(jì)劃的整體影響不會(huì)造成實(shí)質(zhì)性的變化。

本研究結(jié)果為腫瘤放射治療旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)技術(shù)的實(shí)施提供了參考，深部腫瘤適合采用4°角間距制定放療計(jì)劃，淺部腫瘤適用于采用2°角間距來進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

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