魏敏，陳長(zhǎng)建，葛雙，郗會(huì)珍，程錦繡，魏鵬，朱培軍，葉書(shū)成

濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 放療科，山東 濟(jì)寧 272000

引言

容積弧形調(diào)強(qiáng)放射治療（Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT）作為一種新的調(diào)強(qiáng)放療技術(shù)，能夠在360°的射野方向上調(diào)動(dòng)各種因素來(lái)實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的放射治療，與傳統(tǒng)放療方式相比，VMAT不僅具有較好的劑量學(xué)優(yōu)勢(shì)，而且能更好地保護(hù)靶區(qū)周圍危及器官[1-3]。宮頸癌的靶區(qū)體積較大且較狹長(zhǎng)，當(dāng)計(jì)算網(wǎng)格尺寸改變時(shí)，由于計(jì)算點(diǎn)插值算法和體積平均效應(yīng)的影響，導(dǎo)致計(jì)算誤差可能增大[4-8]。研究表明，劑量梯度與計(jì)算網(wǎng)格的尺寸有關(guān)[9]。本研究旨在通過(guò)設(shè)計(jì)不同計(jì)算網(wǎng)格尺寸下宮頸癌VMAT計(jì)劃來(lái)分析計(jì)算網(wǎng)格的尺寸對(duì)放療劑量的影響，以期確定合適的計(jì)算網(wǎng)格尺寸，為宮頸癌的計(jì)劃設(shè)計(jì)提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2018年3月至2020年6月在我院進(jìn)行放療的15例宮頸癌患者的CT圖像，患者均為女性，年齡36～65歲，中位年齡55歲，所有患者均經(jīng)病理確診，均為首次接受放療，均接受處方劑量為50 Gy/25f（每周5次）的劑量照射。

1.2 CT定位

采用大孔徑CT模擬機(jī)（飛利浦，荷蘭）進(jìn)行定位掃描，將定位獲得的5 mm層厚的CT圖像傳至Monaco5.1計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行三維重建。患者取仰臥位，熱塑體膜進(jìn)行固定。醫(yī)生根據(jù)ICRU 83號(hào)報(bào)告[10]進(jìn)行靶區(qū)勾畫(huà)。放療計(jì)劃選用醫(yī)科達(dá)Versa HD具有80對(duì)多葉光柵的直線加速器進(jìn)行照射，能量為6 MV X線。所有VAMT計(jì)劃選擇旋轉(zhuǎn)弧數(shù)均為2，進(jìn)行360°全弧照射，射束增量為30°，小機(jī)頭（Collimator）角度為15°；每個(gè)弧的最大控制點(diǎn)數(shù)均為180；計(jì)劃的不確定度為1%；最小子野寬度均為1 cm。計(jì)算網(wǎng)格分別為2、3、4、5、6、7、8 mm。

1.3 VMAT計(jì)劃的設(shè)計(jì)

保持Monaco計(jì)劃系統(tǒng)其他條件不變（旋轉(zhuǎn)弧度、最小子野寬度等），只改變計(jì)算網(wǎng)格尺寸的數(shù)值大小對(duì)計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化，即每個(gè)病例得到7個(gè)計(jì)劃，優(yōu)化結(jié)束后，將劑量歸一到滿足包繞處方劑量95%的劑量要求。

1.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)

ICRU 83號(hào)報(bào)告[10]指出，最小劑量定義為98%的計(jì)劃靶區(qū)（Planning Target Volume，PTV）受到的劑量（D98），最大劑量定義為2%的PTV受到的劑量照射（D2）。根據(jù)計(jì)算的劑量體積直方圖（Dose-Volume Histogram，DVH）可得，評(píng)價(jià)指標(biāo)還包括PTV的均勻指數(shù)（Homogeneity Index，HI）、適形指數(shù)（Conformity Index，CI）以及不同計(jì)算網(wǎng)格尺寸下計(jì)劃的機(jī)器跳數(shù)（Monitor Unit，MU），其中PTV的HI越接近1，表明PTV劑量分布的DVH曲線梯度越陡，PTV劑量分布越均勻；CI越接近1，表明優(yōu)化結(jié)果的劑量分布與PTV幾何形狀間的適形度越好。

危及器官的評(píng)價(jià)：小腸V30、V40（V30為30 Gy包繞的小腸體積，V40為40 Gy包繞的小腸體積），結(jié)腸V30、V40，直腸V45，膀胱V45，左股骨頭Dmean（Dmean為所照射劑量的平均值），右股骨頭Dmean。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，服從正態(tài)分布的計(jì)量資料采用±s表示，進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 不同計(jì)算網(wǎng)格尺寸條件下PTV的受量分析

不同計(jì)算網(wǎng)格尺寸條件下PTV的評(píng)價(jià)指標(biāo)如表1所示，以計(jì)算網(wǎng)格尺寸2 mm為參考，對(duì)于PTV劑量D98，計(jì)算網(wǎng)格尺寸為3 mm時(shí)差異顯著（t=-2.425、P=0.029）；對(duì)于PTV的Dmean和D2，計(jì)算網(wǎng)格尺寸為3 mm時(shí)出現(xiàn)明顯差異（t=2.772、P=0.015，t=3.313、P=0.005），且隨著計(jì)算網(wǎng)格尺寸的數(shù)值增大，差異依然存在。計(jì)算網(wǎng)格尺寸為3 mm時(shí)，D2劑量低于計(jì)算網(wǎng)格尺寸為2 mm和4 mm的劑量。對(duì)于PTV的HI，計(jì)算網(wǎng)格尺寸為3 mm時(shí)，與2 mm的相比有明顯差異（t=3.292、P=0.005），隨著計(jì)算網(wǎng)格尺寸數(shù)值的改變，差異顯著（t=3.292、P=0.05）。計(jì)算網(wǎng)格尺寸增大為6 mm時(shí)，PTV的CI較2 mm時(shí)出現(xiàn)顯著差異，且隨著計(jì)算網(wǎng)格尺寸值越大，差異越顯著（t=4.496、P=0.001，t=6.675、P＜0.001，t=7.506、P＜0.001）。 對(duì)于計(jì)劃的MU，計(jì)算網(wǎng)格尺寸為3 mm時(shí)，MU低于計(jì)算網(wǎng)格尺寸為2 mm和4 mm的，計(jì)算網(wǎng)格尺寸為4 mm時(shí)，PTV較2 mm時(shí)出現(xiàn)顯著性差異（t=-3.071，P＜0.05）。

表1 不同計(jì)算網(wǎng)格尺寸條件下靶區(qū)PTV的受量評(píng)價(jià)（±s，Gy）

表1 不同計(jì)算網(wǎng)格尺寸條件下靶區(qū)PTV的受量評(píng)價(jià)（±s，Gy）

注： a表示D98與最小計(jì)算網(wǎng)格尺寸為2 mm相比較：t=-2.425、P=0.029；b表示Dmean與最小計(jì)算網(wǎng)格尺寸為2mm相比較：t=2.772、P=0.015，t=2.419、P=0.030，t=3.322、P=0.005，t=3.372、P=0.005，t=2.340、P=0.035；c表示D2與最小計(jì)算網(wǎng)格尺寸為2 mm相比較：t=3.313、P=0.005，t=2.865、P=0.012，t=4.191、P=0.001，t=3.899、P=0.002，t=2.910、P=0.011；d表示HI與最小計(jì)算網(wǎng)格尺寸2 mm相比較：t=3.292、P=0.005，t=3.154、P=0.007，t=5.123、P＜0.001，t=3.389、P=0.004，t=2.694、P=0.017，t=2.256、P=0.041；e表示CI與最小計(jì)算網(wǎng)格尺寸為2 mm相比較：t=4.496、P=0.001，t=6.675、P＜0.001，t=7.506、P＜0.001；f表示MU與最小計(jì)算網(wǎng)格尺寸為2 mm相比較：t=-3.071、P=0.008，t=-2.697、P=0.017，t=-2.228，P=0.043。

計(jì)算網(wǎng)格尺寸 D98 Dmean D2 HI CI MU 2 mm 49.061±0.307 52.006±0.465 53.867±0.713 1.07±0.013 0.871±0.018 998.645±111.054 984.313±129.590 4 mm 3 mm 49.214±0.204a 51.747±0.336b 53.366±0.440c 1.062±0.009d 0.865±0.032 49.130±0.192 51.825±0.361b 53.523±0.583c 1.064±0.011d 0.873±0.016 1057.655±135.426f 5 mm 49.139±0.167 51.715±0.334b 53.327±0.535c 1.060±0.010d 0.865±0.020 1058.523±137.160f 6 mm 49.167±0.198 51.703±0.335b 53.330±0.521c 1.061±0.0104d 0.839±0.027e 1078.753±168.439 7 mm 48.942±0.409 51.818±0.458 53.472±0.660 1.061±0.016d 0.814±0.030e 1084.135±179.586f 1049.659±160.321 8 mm 49.101±0.264 51.735±0.451b 53.368±0.685c 1.062±0.014d 0.803±0.034e

2.2 不同計(jì)算網(wǎng)格尺寸條件下危及器官的受量分析

不同計(jì)算網(wǎng)格尺寸條件下危及器官的劑量比較如表2所示，與同列最小計(jì)算網(wǎng)格尺寸為2 mm時(shí)比較，當(dāng)計(jì)算網(wǎng)格尺寸增大為5 mm時(shí)，小腸的V40和結(jié)腸的V30、V40出現(xiàn)顯著性差異（t=-2.184、P=0.047，t=-3.558、P=0.003，t=-2.404、P=0.031）；計(jì)算網(wǎng)格尺寸增加為7 mm時(shí)，直腸的V45出現(xiàn)顯著性差異（t=-2.652、P=0.019）；計(jì)算網(wǎng)格尺寸為4 mm時(shí)，膀胱的V45出現(xiàn)顯著性差異（t=-2.570、P=0.022）；不同的計(jì)算網(wǎng)格尺寸優(yōu)化條件對(duì)右股骨頭的Dmean無(wú)顯著性差異（t=2.135、P=0.610）；對(duì)于左股骨頭的Dmean，計(jì)算網(wǎng)格尺寸為8 mm時(shí)出現(xiàn)顯著性差異（t=-3.106，P=0.008）。

表2 不同計(jì)算網(wǎng)格尺寸條件下危及器官的受量評(píng)價(jià)（±s，Gy）

注：a表示小腸V40為與最小計(jì)算網(wǎng)格尺寸為2 mm相比較：t=-2.184、P=0.047，t=-2.253、P=0.041，t=-2.424、P=0.029，t=-3.309、P=0.005；b表示結(jié)腸V30與最小計(jì)算網(wǎng)格尺寸為2 mm相比較：t=-3.558、P=0.003，t=-2.608、P=0.021，t=-2.336、P=0.035，t=-3.320、P=0.005；c表示結(jié)腸V40與最小計(jì)算網(wǎng)格尺寸為2 mm相比較：t=-2.404、P=0.031，t=-2.902、P=0.012，t=-5.013、P＜0.001；d表示直腸V45與最小計(jì)算網(wǎng)格尺寸為2 mm相比較：t=-2.652、P=0.019；e表示膀胱V45與最小計(jì)算網(wǎng)格尺寸2 mm相比較：t=-2.570、P=0.022，t=-2.407、P=0.030，t=-2.910、P=0.011，t=-3.667、P=0.003，t=-3.128、P=0.007；f表示左股骨頭Dmean與最小計(jì)算網(wǎng)格尺寸為2 mm相比較：t=-3.106、P=0.008。

計(jì)算網(wǎng)格尺寸 小腸V30 小腸V40 結(jié)腸V30 結(jié)腸V40 直腸V45 膀胱V45 右股骨頭Dmean 左股骨頭Dmean 2 mm 34.335±10.415 18.526±9.063 35.312±11.596 25.769±10.325 51.957±17.475 45.931±10.252 16.559±2.225 16.545±2.272 3 mm 35.455±9.469 19.341±8.609 36.000±11.423 26.294±10.434 53.935±13.689 47.811±10.691 15.332±4.858 16.922±2.560 4 mm 34.321±10.387 18.987±8.905 35.377±11.267 25.593±9.888 51.849±14.836 47.169±10.773e 15.929±2.591 16.539±2.871 5 mm 16.657±2.719 6 mm 34.933±10.333 19.482±8.865a 37.056±12.168b 26.687±10.359ic 54.976±13.578 47.939±10.195e 16.313±2.453 34.930±10.501 19.768±9.091a 36.956±12.215b 26.989±10.358c 57.672±12.763 48.567±9.893e 16.741±2.474 16.828±2.979 7 mm 17.778±3.242f 17.157±3.250 8 mm 34.799±9.627 19.713±8.684a 37.251±12.369b 26.849±10.505 61.254±12.089d 49.267±9.780e 17.041±2.788 35.265±10.375 20.081±9.085a 38.170±12.708b 27.429±10.757c 61.247±13.843 49.895±8.638e 17.284±2.608

2.3 不同計(jì)算網(wǎng)格尺寸下1例VMAT計(jì)劃的優(yōu)化時(shí)間分析

選取1例典型病例（患者51歲，女性）的VMAT計(jì)劃優(yōu)化的時(shí)間進(jìn)行分析，2、3、4、5、6、7、8 mm計(jì)算網(wǎng)格尺寸下計(jì)劃優(yōu)化時(shí)間分別為1732、965、703、623、562、400、356 s，分析發(fā)現(xiàn)，計(jì)算網(wǎng)格尺寸為2 mm時(shí)，計(jì)劃耗時(shí)為計(jì)算網(wǎng)格尺寸為3 mm時(shí)的1.7倍，且隨著計(jì)算網(wǎng)格尺寸值的增大，計(jì)劃的計(jì)算耗時(shí)呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢(shì)。

3 討論

本研究比較了Monaco計(jì)劃系統(tǒng)中7種不同計(jì)算網(wǎng)格尺寸條件下的計(jì)劃方案，并以計(jì)算網(wǎng)格尺寸2 mm為參考，結(jié)果表明，隨著計(jì)算網(wǎng)格尺寸數(shù)值的改變，PTV和危及器官的劑量也發(fā)生變化。計(jì)算網(wǎng)格尺寸的改變會(huì)影響劑量的計(jì)算，對(duì)于宮頸癌患者來(lái)說(shuō)，雖然PTV體積較大，但危及器官也相對(duì)較多，計(jì)算網(wǎng)格尺寸的改變對(duì)PTV和危及器官產(chǎn)生的影響也會(huì)造成劑量的差異[11]。在計(jì)算中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于PTV周圍的腸道存在部分空腔的計(jì)劃，計(jì)算網(wǎng)格尺寸的改變對(duì)PTV劑量影響較大[12]?？涨坏拇嬖跁?huì)影響劑量的沉積，計(jì)算網(wǎng)格尺寸的改變?cè)谶M(jìn)行插值計(jì)算時(shí)由于計(jì)算點(diǎn)插值和體積平均效應(yīng)的影響會(huì)導(dǎo)致計(jì)算誤差增大[13]。表明計(jì)算網(wǎng)格尺寸的大小對(duì)密度均勻的模體影響相對(duì)較??；對(duì)于宮頸癌患者來(lái)說(shuō)，不僅有可能存在腸道空腔的影響，還有造影劑造成相對(duì)電子密度的改變，以及骨骼等使模體產(chǎn)生不均勻的客觀條件，都會(huì)造成在改變計(jì)算網(wǎng)格尺寸時(shí)劑量的明顯改變[14]。本研究中計(jì)算網(wǎng)格尺寸在3 mm時(shí)MU數(shù)相對(duì)降低，MU數(shù)的降低理論上減少了治療出束的時(shí)間[15]，對(duì)于治療前需要飲水的患者來(lái)說(shuō)，治療時(shí)間的縮短也會(huì)減少治療過(guò)程中的憋尿時(shí)間。MU數(shù)的明顯減少，可以降低加速器輻射頭內(nèi)的散射線，從理論上講，降低了二次致癌的概率[16-18]。

計(jì)算網(wǎng)格尺寸對(duì)放療計(jì)劃的計(jì)算和精度有重要的影響。郭栓栓等[11]在網(wǎng)格精度對(duì)不同腫瘤放療計(jì)劃影響中得出，對(duì)腹部腫瘤建議使用的計(jì)算網(wǎng)格尺寸為2～3 mm，與本研究結(jié)論相似。戴宛庭等[18]在肝癌立體定向放療（Stereotactic Body Radiationtherapy，SBRT）研究中得出計(jì)算網(wǎng)格尺寸為2 mm時(shí)最佳。宮頸癌病例中危及器官體積較大，且多為并聯(lián)危及器官，與SBRT的高精度要求相比，宮頸癌的最大劑量限值的權(quán)重相對(duì)較低。裴運(yùn)通等[9]在Monaco計(jì)劃系統(tǒng)中研究計(jì)算網(wǎng)格尺寸對(duì)頭頸部腫瘤的影響時(shí)也得出，計(jì)算網(wǎng)格尺寸為3 mm時(shí)對(duì)計(jì)劃的優(yōu)化是合適的，兼顧了計(jì)算精度與計(jì)算效率。

計(jì)劃計(jì)算耗時(shí)也是體現(xiàn)工作效率的指標(biāo)之一[19-22]。本研究中，計(jì)算網(wǎng)格尺寸越小，計(jì)劃耗時(shí)越長(zhǎng)。計(jì)劃系統(tǒng)中計(jì)算網(wǎng)格尺寸值為1～8 mm，由于計(jì)算網(wǎng)格尺寸采用1 mm時(shí)計(jì)算耗時(shí)太長(zhǎng)，不適用于臨床實(shí)際工作，因此，本研究未對(duì)計(jì)算網(wǎng)格尺寸為1 mm進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，從計(jì)劃設(shè)計(jì)以及可實(shí)行角度，計(jì)算網(wǎng)格尺寸為3 mm時(shí)對(duì)于宮頸腫瘤較合適，這與郭栓栓等[11]在網(wǎng)格精度對(duì)不同腫瘤放療計(jì)劃影響報(bào)道中得到的結(jié)論類似。

4 結(jié)論

PTV和危及器官的評(píng)價(jià)指標(biāo)隨著計(jì)算網(wǎng)格尺寸的改變表現(xiàn)出統(tǒng)計(jì)學(xué)差異性，因此，在Monaco計(jì)劃系統(tǒng)中設(shè)計(jì)宮頸癌VMAT計(jì)劃時(shí)需對(duì)計(jì)算網(wǎng)格尺寸加以選擇。本研究中計(jì)算網(wǎng)格尺寸為3 mm時(shí)，既能滿足PTV的各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)（D98、Dmean、D2、MU、HI、CI），也能符合臨床對(duì)危及器官的限制要求。因此，在Monaco計(jì)劃系統(tǒng)中對(duì)宮頸癌進(jìn)行VMAT優(yōu)化時(shí)采用計(jì)算網(wǎng)格尺寸為3 mm是可行的，在滿足臨床劑量要求的同時(shí)提高了工作效率。