黃洋洋，劉宗文，楊軍，董勝楠，田玉龍

(1.鄭州大學(xué)第二附屬醫(yī)院 放療科，河南 鄭州 450014；2.鄭州大學(xué)第三附屬醫(yī)院 設(shè)備科，河南 鄭州 450052；3.復(fù)旦大學(xué)華山醫(yī)院 放療科，上海 200040；4.鄭州大學(xué)第五附屬醫(yī)院 放療科，河南 鄭州 450052)

放射治療是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，其中有許多因素會(huì)影響計(jì)劃的Gamma通過(guò)率[1-2]。本文重點(diǎn)研究靜態(tài)調(diào)強(qiáng)(static intensity modulated radiation therapy，sIMRT)計(jì)劃參數(shù)中的子野數(shù)和總跳數(shù)(monitor units，MUs)等對(duì)Gamma通過(guò)率的影響[3]。在sIMRT計(jì)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中，不同數(shù)量的主射野會(huì)產(chǎn)生不同數(shù)量的子野數(shù)和MUs[4]；不同的子野分割強(qiáng)度也會(huì)產(chǎn)生不同數(shù)量的子野數(shù)和MUs[5]；不同的準(zhǔn)直器角度也會(huì)導(dǎo)致多葉光柵修飾靶區(qū)的能力發(fā)生變化，從而改變子野數(shù)和MUs[6]。不同的子野數(shù)和MUs也會(huì)對(duì)sIMRT計(jì)劃的Gamma通過(guò)率產(chǎn)生影響。本文通過(guò)建立起Gamma通過(guò)率與子野數(shù)和MUs的回歸方程，采用定量分析方法，為實(shí)際工作中Gamma通過(guò)率的采集提供對(duì)照和參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備本研究所用加速器為瑞典Elekta公司Synergy型加速器，該型設(shè)備共有40對(duì)多葉光柵，每片光柵在加速器等中心平面投影寬度為1 cm。本研究使用sIMRT技術(shù)。每次實(shí)驗(yàn)前，對(duì)加速器硬件做質(zhì)控，以保證其工作在最佳狀態(tài)。計(jì)劃系統(tǒng)(Treatment Planning System，TPS)為CMS公司XiO 5.0。劑量驗(yàn)證工具為IBA公司OmniPro I’mRT軟件和二維矩陣MatriXX。

1.2 患者資料和定位回顧性選取鄭州大學(xué)第二附屬醫(yī)院放療科2019—2020年10例鼻咽癌放療患者、14例肺癌放療患者和20例直腸癌術(shù)后放療患者，分期使用AJCC TNM分期標(biāo)準(zhǔn)[7]。鼻咽癌患者T2N1M0、T3N2M0、T3N2M1期患者分別為5、2和3例；患者年齡17～66歲；男7例，女3例。鼻咽癌靶區(qū)周圍危及器官有腦干、脊髓、左右視神經(jīng)、視交叉、垂體、左右晶體、左右眼球、左右顳葉、左右顳頜關(guān)節(jié)、左右腮腺、左右下頜骨、左右甲狀腺、氣管和喉等。肺癌患者T1N1M0期4例，T2N1M0期6例，T3N1M0期3例，T3N2M0期1例；患者年齡33～70歲；男11例，女3例。肺癌靶區(qū)周圍危及器官有雙肺、脊髓、心臟、食管和氣管等。直腸癌術(shù)后患者T2N0M0期8例，T3N1M0期7例，T4N2M0期5例；患者年齡30～75歲；男12例，女8例。直腸癌靶區(qū)周圍危及器官有馬尾、膀胱、小腸和左右股骨頭等。CT定位時(shí)3種疾病體位都是仰臥位，分別使用頭頸肩熱塑膜和體部熱塑膜。鼻咽癌CT掃描層厚為3.0 mm，肺癌和直腸癌CT掃描層厚為5.0 mm。CT圖像經(jīng)局域網(wǎng)傳輸至TPS。

1.3 sIMRT計(jì)劃設(shè)計(jì)為了控制實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的變量，將鼻咽癌計(jì)劃、肺癌計(jì)劃和直腸癌計(jì)劃全部重新設(shè)計(jì)1次，靶區(qū)設(shè)置為計(jì)劃靶區(qū)，單次放療劑量設(shè)為200 cGy，并且所有計(jì)劃統(tǒng)一要求95%的靶區(qū)體積≥處方劑量。

鼻咽癌sIMRT計(jì)劃設(shè)計(jì)為9野均分，射野角度從0°開(kāi)始；肺癌sIMRT計(jì)劃設(shè)計(jì)4～5個(gè)射野，射野方向大致從縱膈照射到靶區(qū)。直腸癌sIMRT計(jì)劃設(shè)計(jì)為5野均分，射野角度也從0°開(kāi)始。每組sIMRT計(jì)劃的逆向條件和子野分割方式等計(jì)劃設(shè)計(jì)條件一致[8-9]。TPS具體設(shè)置為：劑量計(jì)算網(wǎng)格大小為3 mm×3 mm×3 mm，子野收斂強(qiáng)度為8，最小子野跳數(shù)為5 MU，最小子野邊長(zhǎng)為2.0 cm。所有計(jì)劃都使用6 MV X射線。

1.4 采集sIMRT計(jì)劃參數(shù)和Gamma通過(guò)率利用TPS采集每個(gè)sIMRT計(jì)劃的主射野數(shù)、子野數(shù)和MUs等參數(shù)。Gamma通過(guò)率采集參數(shù)依據(jù)美國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)家協(xié)會(huì)第119工作組報(bào)告，其標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為劑量差異3.0%，距離符合度3.0 mm，排除整個(gè)測(cè)量平面上低于中心參考點(diǎn)處10%閾值的數(shù)據(jù)[10]。MatriXX采集數(shù)據(jù)前所有主射野角度歸零，Gamma通過(guò)率≥95.0%被認(rèn)為劑量傳遞準(zhǔn)確[11]。3組sIMRT計(jì)劃的Gamma通過(guò)率采集工作在加速器質(zhì)控后1周內(nèi)完成，以確保實(shí)驗(yàn)過(guò)程中變量盡可能少。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法采用IBM公司SPSS 23.0軟件，對(duì)TPS上讀出的3組sIMRT計(jì)劃的子野數(shù)、MUs，二維矩陣MatriXX測(cè)得的3組計(jì)劃Gamma通過(guò)率數(shù)據(jù)分別做Shapiro-Wilk檢驗(yàn)，將符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)做兩兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。把3組Gamma通過(guò)率數(shù)據(jù)匯集在一起，將子野數(shù)和MUs這2個(gè)自變量因素與Gamma通過(guò)率的關(guān)系做Pearson相關(guān)系數(shù)分析，然后將相關(guān)的因素納入線性回歸模型，定量分析Gamma通過(guò)率與子野數(shù)、MUs之間的線性關(guān)系。

2 結(jié)果

2.1 sIMRT計(jì)劃參數(shù)和Gamma通過(guò)率從表1可知，鼻咽癌sIMRT計(jì)劃的子野數(shù)[(117.50±12.74)個(gè)]和MUs[(860.59±91.61)MU]比其他兩組對(duì)應(yīng)的參數(shù)都大，Gamma通過(guò)率[(96.00±0.55)%]卻是3組中最小的；肺癌的子野數(shù)[(42.71±11.37)個(gè)]和MUs[(491.10±124.68)MU]是3組sIMRT計(jì)劃中最小的，Gamma通過(guò)率[(98.75±0.91)%]卻是3組中最大的。3組sIMRT計(jì)劃子野數(shù)、MUs和Gamma通過(guò)率比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見(jiàn)表1。

表1 3組sIMRT計(jì)劃參數(shù)和Gamma通過(guò)率的比較

2.2 Gamma通過(guò)率與子野數(shù)和MUs的關(guān)系本研究從線性、獨(dú)立性、正態(tài)性和方差齊性4個(gè)方面建立Gamma通過(guò)率與子野數(shù)和MUs這2個(gè)因素的多重線性回歸模型。將Gamma通過(guò)率設(shè)為Y，為因變量；自變量包括子野數(shù)和MUs，分別設(shè)為X1和X2。本研究樣本數(shù)為44。應(yīng)用Shapiro-Wilk檢驗(yàn)分析全部sIMRT計(jì)劃的Gamma通過(guò)率正態(tài)分布情況，檢驗(yàn)結(jié)果P=0.063>0.05，說(shuō)明全部Gamma通過(guò)率數(shù)值符合正態(tài)分布。對(duì)全部sIMRT計(jì)劃Gamma通過(guò)率與其對(duì)應(yīng)的子野數(shù)和MUs這2個(gè)因素分別做散點(diǎn)圖和Pearson相關(guān)系數(shù)分析，以確定因變量和自變量的線性。從圖1可以看出Gamma通過(guò)率分別與子野數(shù)和MUs之間有線性關(guān)系。除了散點(diǎn)圖以外，再做Pearson相關(guān)系數(shù)分析并進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)。Gamma通過(guò)率與子野數(shù)和MUs之間的相關(guān)系數(shù)分別為-0.896和-0.887，對(duì)相關(guān)系數(shù)進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)的結(jié)果都為P<0.001，表明在總體上Gamma通過(guò)率與子野數(shù)和MUs之間具有直線相關(guān)關(guān)系；同時(shí)，2個(gè)相關(guān)系數(shù)都是負(fù)的，表明如果子野數(shù)和MUs增加，Gamma通過(guò)率就會(huì)下降；相關(guān)系數(shù)分別為-0.896和-0.887，數(shù)值都很接近-1，這表示Gamma通過(guò)率與子野數(shù)和MUs之間都有很強(qiáng)的相關(guān)性。

圖1 Gamma通過(guò)率與子野數(shù)和MUs的散點(diǎn)圖

對(duì)2個(gè)自變量做共線性識(shí)別和共線性診斷。共線性識(shí)別中，三維特征值為0.107，表示2個(gè)自變量之間無(wú)共線性；三維條件指數(shù)為17.787，也表示2個(gè)自變量之間無(wú)共線性。綜合以上2個(gè)指標(biāo)，可以認(rèn)為2個(gè)自變量之間無(wú)共線性問(wèn)題。

對(duì)3組sIMRT計(jì)劃的Gamma通過(guò)率與子野數(shù)和MUs做多重線性回歸分析，自變量篩選方法為逐步法。模型總結(jié)顯示擬合的2個(gè)模型決定系數(shù)的改變情況，模型2的復(fù)相關(guān)系數(shù)R為0.912，決定系數(shù)R2為0.832，調(diào)整決定系數(shù)為0.824，估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)誤差為0.561 25。ANVOA分析結(jié)果為F=101.421，P<0.001，可以認(rèn)為Y與X1和X2之間有線性關(guān)系。從表2 模型2結(jié)果得出多重線性回歸方程為：Y=101.126-0.021X1-0.003X2。由多重線性回歸方程可知，Gamma通過(guò)率由子野數(shù)和MUs共同決定，在其他自變量不變的情況下，子野數(shù)越多，Gamma通過(guò)率越低；MUs越多，Gamma通過(guò)率也越低。

表2 多重線性回歸分析結(jié)果

3 討論

sIMRT計(jì)劃包括治療部位、主射野數(shù)、子野數(shù)、MUs等因素，這些因素在不同程度上都會(huì)影響放療計(jì)劃的Gamma通過(guò)率。有研究認(rèn)為sIMRT計(jì)劃的多種參數(shù)中子野數(shù)和MUs最重要[12]。還有研究認(rèn)為只需要MUs就可以表達(dá)出放療計(jì)劃的復(fù)雜性[13]。基于此，本研究探討了Gamma通過(guò)率與子野數(shù)和MUs之間的關(guān)系，并且建立起Gamma通過(guò)率與子野數(shù)和MUs之間的多重線性回歸方程。通過(guò)以上分析，期待尋找到提高sIMRT計(jì)劃Gamma通過(guò)率的方法。

sIMRT計(jì)劃的子野數(shù)和MUs會(huì)影響劑量投射的準(zhǔn)確性。一般使用Gamma通過(guò)率來(lái)描述劑量投射的準(zhǔn)確性。王凱等[14]通過(guò)比較前列腺癌調(diào)強(qiáng)放療劑量驗(yàn)證的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)子野數(shù)越少，Gamma通過(guò)率越高。李成強(qiáng)等[15]隨機(jī)選取211例已驗(yàn)證過(guò)的VMAT計(jì)劃，采用配對(duì)t檢驗(yàn)分析計(jì)劃與測(cè)量劑量分布的Gamma通過(guò)率差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)子野數(shù)和MUs是影響VMAT計(jì)劃Gamma通過(guò)率的主要因素。吳仕章等[16]回顧性分析了924例患者的IMRT計(jì)劃Gamma通過(guò)率與病變部位、MUs，采集劑量最大面積之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)鼻咽癌Gamma通過(guò)率在統(tǒng)計(jì)所有部位中平均通過(guò)率最低，可能是因?yàn)楸茄拾┯?jì)劃射野較多且優(yōu)化后MUs較大。

本研究中，鼻咽癌sIMRT計(jì)劃的子野數(shù)和MUs在3組中最大，Gamma通過(guò)率卻最小，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；肺癌的子野數(shù)和MUs在3組sIMRT計(jì)劃中最小，Gamma通過(guò)率卻最大，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。通過(guò)以上分析可知，減少子野數(shù)和MUs可以提高sIMRT計(jì)劃的Gamma通過(guò)率，提高劑量傳遞的準(zhǔn)確度。建議在以后的工作中，在保證計(jì)劃質(zhì)量的前提下，減少放療計(jì)劃所包含的子野數(shù)和MUs。

有研究發(fā)現(xiàn)，在sIMRT計(jì)劃中，Gamma通過(guò)率與計(jì)劃參數(shù)之間存在某種線性關(guān)系[17]?；诖耍狙芯恳餐瑫r(shí)建立了Gamma通過(guò)率與子野數(shù)和MUs的多重線性回歸方程。分析回歸方程可知，子野數(shù)和MUs前都為負(fù)號(hào)，表現(xiàn)出Gamma通過(guò)率隨著子野數(shù)和MUs的增加而減少的規(guī)律；子野數(shù)的系數(shù)絕對(duì)值是MUs的7倍，說(shuō)明子野數(shù)的變化對(duì)Gamma通過(guò)率的影響要遠(yuǎn)大于MUs。事實(shí)上，MUs是依附于子野的，一般來(lái)說(shuō)，子野數(shù)越多，MUs也越多；反過(guò)來(lái)說(shuō)，MUs越多，則子野數(shù)不一定越多。本回歸方程在一定程度上預(yù)測(cè)了影響sIMRT計(jì)劃Gamma通過(guò)率的相關(guān)因素，因此，對(duì)于建立Gamma通過(guò)率測(cè)量基準(zhǔn)值和發(fā)現(xiàn)加速器潛在故障有重要應(yīng)用價(jià)值[18]。利用回歸方程得到的理論Gamma通過(guò)率與實(shí)際測(cè)得的Gamma通過(guò)率比較，若差異較大，可能預(yù)示著Gamma通過(guò)率采集過(guò)程有誤；若采集過(guò)程經(jīng)反復(fù)檢查無(wú)誤，預(yù)示著加速器硬件有可能出現(xiàn)偏差。

綜上，在sIMRT計(jì)劃執(zhí)行過(guò)程中，Gamma通過(guò)率與子野數(shù)、MUs呈負(fù)相關(guān)。子野數(shù)和MUs是影響sIMRT計(jì)劃Gamma通過(guò)率大小的關(guān)鍵因素。