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(qiáng)放療計(jì)劃設(shè)計(jì)中自動(dòng)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(qiáng)適形放射治療（IMRT）（簡稱調(diào)強(qiáng)放療）計(jì)劃設(shè)計(jì)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(gè)處理，極大浪費(fèi)了物理師的有效工作時(shí)間。本研究利用MIM（V6.5）軟件編譯工作流，根據(jù)NPC計(jì)劃優(yōu)化需求，自動(dòng)生成DLSs，觀察、對(duì)比其與常規(guī)方法在不同分期NPC計(jì)劃DLSs勾畫上的時(shí)間差異，探討其臨床推廣的應(yīng)用價(jià)值。方法 對(duì)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(jì)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(jì)編譯的工作流批處理方法，分別生成DLSs，觀察工作流自動(dòng)處理結(jié)果并對(duì)比完成時(shí)間。結(jié)果 工作流可一鍵自動(dòng)生成包括計(jì)劃靶區(qū)（PTVs）外、PTVs內(nèi)、危及器官（OARs）及輔助等4類最多28個(gè)DLSs，所花費(fèi)時(shí)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(jì)學(xué)意義（t=32.14～61.59，P＜0.05）。結(jié)論 在NPC的IMRT計(jì)劃設(shè)計(jì)中，利用MIM平臺(tái)編譯的工作流，可批處理自動(dòng)生成DLSs，可有效減少勾畫時(shí)間，提高了物理師的工作效率。

鼻咽癌； 調(diào)強(qiáng)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(yán)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(jìn)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(jìn)行治療，而調(diào)強(qiáng)適形放射治療（intensity modulated radiation therapy, IMRT）（簡稱調(diào)強(qiáng)放療）是目前治療NPC的主流放療技術(shù)。在制作IMRT計(jì)劃時(shí)，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(jì)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(duì)位置，勾畫一定數(shù)量劑量限制結(jié)構(gòu)（dose limited structures,DLSs）輔助計(jì)劃的完成。雖然不同的計(jì)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(gè)進(jìn)行處理。這種常規(guī)方法極大地浪費(fèi)了物理師的有效工作時(shí)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(duì)多個(gè)腳本文件和功能模塊進(jìn)行批處理，并觀察、對(duì)比其與常規(guī)方法在不同分期NPC計(jì)劃DLSs勾畫上的時(shí)間差異，旨在探討其臨床應(yīng)用價(jià)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(duì)所有PTVs及OARs進(jìn)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(jìn)行合并；高危OARs外放，OARs與PTVs交疊部分進(jìn)行再處理。DLSs按科室劑量要求和優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)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(duì)PTVs及OARs進(jìn)行平滑處理、克隆勾畫、內(nèi)收外放、布爾運(yùn)算、自動(dòng)擴(kuò)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(duì)導(dǎo)入的CT結(jié)構(gòu)自動(dòng)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(biāo)

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

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

圖1 兩種方法生成DLSs流程圖

采用SPSS18.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）表示，3名物理師采用兩種方法勾畫DLSs所需時(shí)間的3組組內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.中外小說對(duì)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(jì)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(gè)模塊，共112步操作，生成一個(gè)工作流“AUTO NPC DLSs”。一鍵自動(dòng)生成PTVs外DLSs（4～7個(gè)）、PTVs內(nèi)DLSs（2～3個(gè)）、OARs的DLSs（9個(gè)）、輔助DLSs（5個(gè)）及合并靶區(qū)結(jié)構(gòu)（3～4個(gè)），共26～28個(gè)DLSs。3名物理師采用常規(guī)方法生成相同DLSs，進(jìn)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(jì)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(shí)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(shí)見表1及圖3。

表1 3名物理師對(duì)10例NPC患者勾畫時(shí)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(qiáng)放療（IMRT）。相對(duì)傳統(tǒng)放療技術(shù)，IMRT通過對(duì)不同方向入射的照射野進(jìn)行優(yōu)化，形成非均勻的照射野空間強(qiáng)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(shí)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(hù)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(qiáng)計(jì)劃多采用逆向優(yōu)化，放射治療計(jì)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(dá)到最佳優(yōu)化結(jié)果并提高工作效率，物理師經(jīng)常要對(duì)已勾畫的結(jié)構(gòu)進(jìn)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(diǎn)的位置；OARs的DLSs可以幫助計(jì)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(yàn)和科室的計(jì)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(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，近年來放療TPS的運(yùn)行能力越來越強(qiáng)大，計(jì)劃的設(shè)計(jì)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(dòng)優(yōu)化，基于知識(shí)系統(tǒng)的調(diào)強(qiáng)優(yōu)化限制參數(shù)的自動(dòng)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(jì)劃質(zhì)量的同時(shí)節(jié)約了計(jì)劃制作時(shí)間[9-10]。勾畫DLSs作為NPC患者調(diào)強(qiáng)計(jì)劃不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)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(gè)DLSs，平均27個(gè)。常規(guī)的處理方法耗時(shí)最多可達(dá)47 min，3位物理師平均耗時(shí)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(shí)驗(yàn)并未提及時(shí)間及效率。不同的計(jì)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(gè)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(duì)所要處理的過程進(jìn)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(shí)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(shí)僅為3.4 min，時(shí)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）

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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(xiàng)目（Szzx201506）

2016-05-20）