最小子野寬度對食管癌容積調(diào)強弧形治療計劃的影響

鄢佳文，高靖琰，劉旭紅，朱思瑾，陳飛虎

近年來， 容積調(diào)強弧形放射治療 （volumericmodulated arc therapy，VMAT）技術的快速發(fā)展，使其在胸部腫瘤的應用越來越廣泛[1~4]。 VMAT 過程中可實現(xiàn)劑量率可變， 同時調(diào)節(jié)機架速度及葉片運動速度，更好地保護靶區(qū)。VMAT 計劃是先完成通量計算，再將通量優(yōu)化結果轉化為子野切割優(yōu)化，子野優(yōu)化最終結果應用于臨床照射， 其最小子野寬度（minimum segment width，MSW） 對于劑量優(yōu)化的結果起著重要的影響，特別在食管癌的縱向狹長靶區(qū)上。 筆者研究旨在討論MSW 的大小對食管癌VMAT 計劃劑量學的影響，以期為臨床治療提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選擇2019 年1 月至2020 年10 月于昆明醫(yī)科大學第三附屬醫(yī)院行VMAT 的15 例中晚期食管癌患者，其中男性11 例，女性4 例；年齡45~68 歲，中位年齡59 歲；病例分期為鱗癌；根據(jù)美國癌癥聯(lián)合委員會（American Joint Committee on Cancer，AJCC）第6 版分期為Ⅱa ～Ⅲb 期患者。

1.2 方法

1.2.1 CT 定位

患者均取仰臥位，熱塑體膜固定，于德國西門子大孔徑CT 模擬機上行平掃加增強掃描，層厚3 mm，重建CT 圖像后傳輸至Monaco 5.12 計劃系統(tǒng)。

1.2.2 靶區(qū)勾畫與劑量限定

靶區(qū)勾畫依據(jù)國際輻射單位與測量委員會（Internation Commission on Radiation Units and Measure ments，ICRU）62 號 和83 號 報 告[5，6]要 求，腫 瘤 靶 區(qū)（gross tumor volume，GTV） 包括食管腫瘤原發(fā)灶和區(qū)域腫大淋巴結，臨床靶區(qū)（clincal target volume，CTV）在GTV 范圍縱向上下外擴2.5 cm， 軸向方向外擴0.5 cm。計劃靶區(qū)（planning target volume，PTV）考慮呼吸運動、擺位誤差等在CTV 上外擴0.5 cm。 計劃處方為PTV 60 Gy/30 次，GTV 處方為66 Gy/30 次。

1.2.3 計劃設計

采用Monaco 計劃系統(tǒng)設計VMAT 計劃，6 MV的X 射線能量，機架角度為順時針方向181°到179°，準直器角度為0°。 優(yōu)化參數(shù)設置如下：采用2beam 選項，MC（Monte Carlo）算法的統(tǒng)計計劃不確定為1%，計算網(wǎng)格大小為3 mm，最大控制點數(shù)為150，設置3種MSW 分別為0.5 cm、1.0 cm、1.5 cm。

1.2.4 指標評價

根據(jù)不同MSW 的食管癌計劃進行相關劑量學比較，包含Dmean、均勻性指數(shù)（homogeneity index，HI）、適形度指數(shù)（conformity index，CI）、機器跳數(shù)（monitor unit，MU）、控制點數(shù)（control point，CP）、計劃驗證通過率（Gamma passing rates，GPR）及各危及器官的劑量。HI= （D2%-D98%）/D50%，CI= （VT,ref×VT,ref）/（VT×VP），其中：VT,ref、VP為95%處方劑量線包圍的靶區(qū)體積和總體積；VT是靶區(qū)體積。HI 值越小表示靶區(qū)劑量均勻性越好，CI 值范圍為0 ～1，數(shù)值越大，靶區(qū)適形度越好，CI 值為1 表示靶區(qū)形狀與等劑量曲線覆蓋區(qū)域完全一致。計劃驗證采用Gamma 分析方法，評價標準為劑量閾值為10%，3%/3 mm 的標準。

1.3 統(tǒng)計學方法

采用SPSS 22.0 對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析。 數(shù)據(jù)采用配對t 檢驗，部分采用Bonferroni 調(diào)整α 水平。 P<0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 不同最小野寬度下靶區(qū)劑量的比較

隨著MSW 的變大，GTV Dmean減低，PTV Dmean升高，GTV 在MSW 0.5 cm 時Dmean與MSW 1.0 cm 比較，差異有統(tǒng)計學意義（P<0.05）。 PTV 在MSW 1.0 cm 時Dmean與MSW 1.5 cm比較，差異有統(tǒng)計學意義（P<0.05）。GTV 和PTV 的CI 均隨MSW 變大而降低， 適形度變差；HI 隨MSW 變大而變小。 見表1。

表1 不同大小的MSW 靶區(qū)劑量學的比較Tab.1 Comparison of dosimetric parameters of target area under different MSW

2.2 不同最小野寬度下危及器官劑量學比較

隨著MSW 的變大，各危及器官的整體照射劑量的Dmean上升。 左肺MSW 0.5 cm 時V20與MSW 1.5 cm比較，差異有顯著統(tǒng)計學意義（P<0.01）。 右肺MSW 1.0 cm 時V20與MSW 1.5 cm 比較， 差異有顯著統(tǒng)計學意義（P<0.01）；余均差異無統(tǒng)計學意義。 見表2、圖1。

圖1 1 例食管癌患者不同MSW 典型的劑量-體積直方圖Fig.1 Typical dose-volume histogram of different MSW in 1 patient with esophageal cancer

表2 不同大小的MSW 危及器官劑量學的比較Tab.2 Comparison of differences doses of organs at risk under different MSW

2.3 不同最小子野寬度下機器跳數(shù)、 控制點數(shù)和計劃驗證通過率比較

MSW 0.5 cm、1.0 cm、1.5 cm 時CP 分別為229.3±2.7、195.4 ± 6.4、173.2 ± 7.0，MU 分 別 為1 205.1 ±168.1、866.3±151.6、763.2±125.8，可見隨著MSW 的增加， 食管癌管VMAT 計劃的CP 及MU 逐漸減少。MSW 1.0 cm、1.5 cm 分別與MSW 0.5 cm 計劃相比，總MU 和CP 的平均減少量分別為（12.5±4.1）%、（13.9±4.8）%和（28.5±5.4）%、（18.4±3.4）%。

MSW 0.5 cm、1.0 cm、1.5 cm 時GPR 分 別 為（96.73±0.27）%、（96.98±0.32） %、（97.25±0.42）%。在3 mm/3%的評價標準下，計劃驗證通過率下降，但差異無統(tǒng)計學意義 （t0.5cm與1.0cm=-4.213，t0.5cm與1.5cm=-3.226，t1.0cm與1.5cm=-3.688，P=0.21、0.34、0.08）。

3 討論

對于食管癌的VMAT 計劃采用Monaco 系統(tǒng)優(yōu)化，首先完成基于理想通量的優(yōu)化，將靶區(qū)體積結構分割成立方體體素計算，計算機根據(jù)弧形照射的射線扇區(qū)形成模擬通量，該通量為理想通量，以達到快速優(yōu)化的目的；其次，進行子野形狀優(yōu)化，將理想通量轉化為加速器的子野控制點， 以完成通量到子野的轉化。 其過程主要考慮加速器多葉準直器葉片速度，漏射線，葉片到位精度及機器劑量率等，以此形成對應機器能執(zhí)行完成的投照劑量。在行子野形狀優(yōu)化過程中，MSW 的大小也決定了通量到子野轉化的結果。研究表明較小的MSW 值能提高靶區(qū)覆蓋率同時能更好保護危及器官，但據(jù)此對機器的執(zhí)行精度如多葉準直器的位置要求更高，投照時間更長[7，8]。 因此選擇合適的MSW 在食管癌的VMAT 計劃設計中有著重要的影響，在已有研究中，較多對比在不同的MSW 對計劃質(zhì)量或執(zhí)行效率上，較少同時關注計劃的執(zhí)行效率和計劃通過率的影響。

筆者研究通過比較不同的MSW 的VMAT 計劃方案，評價HI、CI、PTV、危及器官劑量和計劃控制點及計劃驗證通過率，3 種不同的MSW 計劃均能滿足臨床需要，劑量學上差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05），使用MSW 1.0 cm 優(yōu)化的VMAT 計劃與MSW 0.5 cm 的VMAT 計劃有著相似的劑量分布， 優(yōu)于MSW 1.5 cm的VMAT 計劃。

計劃的CP 和MU 會隨著MSW 的增加而減少，與MSW 0.5 cm 的相比，MSW 1.0 cm、1.5 cm 時平均CP 分別降低超過平均13%，據(jù)此可以提升機器的照射效率[9~11]。 Nithiyanantham K 等[7]研究MSW 對不同部位腫瘤的立體定向放射治療中的影響中得出，對于體積較小的靶區(qū)在不同MSW 對于MU 的改變比較大，1.0 cm 和1.5 cm 時CP 和MU 較0.5 cm 的平均減少（12.7±6.0）%和 （17.5±7.2）%。 計劃驗證采用ArcCHECK 驗證模體完成Gamma 分析，在3%/3 mm標準下，隨著MSW 的增加，小射野減少，計劃驗證通過率增加，但3 組計劃的驗證通過率差異無統(tǒng)計學意義，3 種不同的MSW 計劃驗證率均能滿足臨床需求，這與其他研究結果相似[12]。筆者研究因選擇的病例數(shù)較少及未比較不同Gamma 分析條件下的計劃通過率的情況與MSW 的相關性，將在后期的研究中增加病例數(shù)，探討更多關于劑量驗證與MSW 的關系，完善關于MSW 對食管癌VMAT 計劃影響的研究。

綜上所述， 食管癌VMAT 計劃在使用MSW 為1.0 cm 時較為合適， 既可以滿足臨床劑量學的要求，也可以提升計劃效率和節(jié)約機器成本。