曹洋森 李健 于春山 孫永健 居小萍 朱曉斐 耿楊楊 湯寅 張火俊

Fundprogram：China Health Promotion Foundation(THC2015001)

共同第一作者：李健，廣東省農(nóng)墾中心醫(yī)院

胰腺癌是消化系統(tǒng)中最常見的惡性腫瘤，但大多數(shù)胰腺癌患者確診時已經(jīng)是局部晚期或者發(fā)生遠處轉(zhuǎn)移[1]。胰腺癌對放療敏感性較差，通常需要較高的劑量才能達到局部控制的目的，但易危及胰周眾多器官，限制了放療對于腫瘤靶區(qū)可以給予的處方劑量。射波刀作為新一代立體定向放射治療的代表，具有邊緣劑量銳減的優(yōu)勢特點，其同步追蹤的治療方式可以實現(xiàn)對隨呼吸運動的腫瘤進行治療時的實時追蹤，使治療射束一直追蹤腫瘤運動[2]。該技術(shù)減少了擺位誤差和呼吸運動造成的誤差，縮小了內(nèi)靶區(qū)的外放，腫瘤照射劑量得以進一步提高。射波刀MultiPlan?治療計劃系統(tǒng)配備了順序優(yōu)化模塊，獨立并按既定順序執(zhí)行優(yōu)化步驟，按照每個優(yōu)化步驟定義目標和舒張值以及步驟的執(zhí)行順序。順序優(yōu)化結(jié)合Auto-shells和感興趣區(qū)域劑量限值功能可以提高靶區(qū)適形性、減少低劑量區(qū)分布和靶區(qū)外熱點。針對存在較多危及靶區(qū)周圍器官的現(xiàn)象，Blanck等[3]提出了一種4 shells的3步優(yōu)化方法，本研究結(jié)合長海醫(yī)院射波刀中心臨床經(jīng)驗提出一種7 shells的1步優(yōu)化方法，旨在比較兩種優(yōu)化方法的劑量學分布差異。

資料與方法

一、臨床資料

回顧性分析2017年8月至11月期間行射波刀治療的20例胰腺癌患者。入組標準：(1)病理活檢確診為胰腺癌；(2)年齡18～80歲，無法手術(shù)或拒絕手術(shù)的患者；(3)病灶位于胰頭，最大徑≤4 cm，預計生存期>6個月；(4)美國東部腫瘤協(xié)作組評分≤2分。排除有放療史、多發(fā)病灶、局部淋巴結(jié)及遠處轉(zhuǎn)移的患者。

20例患者中男性12例，女性8例，平均年齡65歲。計劃靶區(qū)(planning target volume, PTV)的處方劑量均為37.5 Gy/5分次。

二、方法

1．定位：患者取仰臥位，雙手自然放置于身體兩側(cè)，采用真空墊固定患者。使用荷蘭飛利浦16排大孔徑CT模擬定位機掃描定位。掃描條件為120 kVp、400 mAs、1.5 mm層厚無間隔螺旋掃描，掃描螺距為0.938。主圖像為平掃，在患者吸氣末屏氣的情況下掃描，界限范圍為腫瘤上下界各自增加15 cm；輔助圖像為碘造影劑增強掃描，在患者呼氣末屏氣的情況下掃描，界限范圍為腫瘤上下界各自增加5 cm。

2．靶區(qū)和危及器官勾畫：射波刀數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)導入患者CT影像，影像配準融合后，由腫瘤科臨床醫(yī)師完成腫瘤靶區(qū)(gross tumor volume, GTV)和危及器官的勾畫。危及器官要求包括脊髓、肝臟、腎臟、胃、十二指腸、空回腸。對于無法放置金標、采用脊柱追蹤的患者，需要同時兼顧吸氣末和呼氣末的主、輔圖像。勾畫完成后對GTV外放3 mm為PTV，若與胃腸道貼近則不外放[4]。

3．治療計劃設計：采用美國Accuray公司的MultiPlan?計劃系統(tǒng)4.0.2版本。20例患者全部采用XsightTMSpine追蹤模式，利用順序優(yōu)化模塊進行計劃優(yōu)化。按Blanck方案(Blanck法),患者使用Auto-Shells工具生成2、7、18、40 mm共4個shell，優(yōu)化第1步為針對PTV行OCO(optimize coverage)優(yōu)化，第2步為針對shell 2行OCI(optimize conformality)優(yōu)化，第3步為針對shell 3行OCI。按本研究方案(Cao法)，患者使用Auto-Shells工具生成2、5、10、15、30、60、100 mm共7個shell，僅1步針對PTV行OCO優(yōu)化。優(yōu)化算法為Ray-Tracing，優(yōu)化過程使用射野刪減工具控制計劃射野數(shù)。每例患者均擁有相同射野數(shù)以減少射野差異造成的計劃劑量學差異。計劃優(yōu)化完成后拉大計算框覆蓋的范圍，使其覆蓋患者所有CT影像體素。使用monte carlo算法及高精度網(wǎng)格計算并歸一，monte carlo算法的不確定度設置為1%。計劃要求PTV的覆蓋率>90%，處方劑量線歸一>70%[5-6]。

4．靶區(qū)劑量評估：評估參數(shù)包括PTV的適形指數(shù)(conformity index, CI)、新適形指數(shù)(new conformity index, nCI)、均勻指數(shù)(heterogeneity index, HI)、梯度指數(shù)(gradient index, GI)、覆蓋率、100%處方劑量(prescription dose, PD)包繞體積[PD(cc)]、50%[PD(cc)]、30%[PD(cc)]、機器的輸出跳數(shù)(monitor unit, MU)。CI=PIV/TIV，PIV(prescription isodose volume)為處方劑量所包繞的體積，TIV(target isodose volume)為處方劑量所包繞的靶區(qū)體積，單位均為cm3。nCI=CI/覆蓋率，覆蓋率為靶區(qū)接受的超過處方劑量的體積占靶區(qū)總體積的百分比。HI=Dmax/RxDose，Dmax為全局最大受照劑量，RxDose為處方劑量，單位均為cGy。GI=50%PD/100% PD[7]。危及器官受照劑量評估參數(shù)包括胃、十二指腸、空回腸和脊髓的最大點劑量(Dmax)和體積劑量以及腎臟的平均劑量，其中Dmax定義為0.035 cm3體積劑量，胃觀察10 cm3體積劑量(D10cc)，十二指腸觀察5、10 cm3體積劑量(D5cc、D10cc)，空回腸觀察5 cm3體積劑量(D5cc)，脊髓觀察0.35 cm3體積劑量(D0.35cc)，劑量標準均參照美國醫(yī)學物理學家協(xié)會101號報告給出的限定值[8]。

三、統(tǒng)計學處理

結(jié)果

一、一般資料

20例患者的GTV體積平均值為29.79 cm3，中位值27.01 cm3；PTV體積平均值為35.79 cm3，中位值37.09 cm3；所有計劃均使用單一限光筒，大小為7.5～25 mm，中位值15 mm；射野數(shù)為160～270，平均值203。

二、兩種方法PTV的劑量學差異

所有計劃處方劑量歸一均為70%(HI=1.43)。與Blanck法比較，Cao法的PTV適形性變好， CI、nCI值減小，劑量跌落梯度變差，GI值增大，靶區(qū)覆蓋率減小，100%PD及30%PD減小，MU減小，差異均有統(tǒng)計學意義(P值均<0.05)。50%PD也減小，但差異無統(tǒng)計學意義(表1)。

三、兩種方法危及器官的劑量學差異

與Blanck法比較，Cao法空回腸Dmax增加，胃D10cc、十二指腸D5cc和D10cc、脊髓D0.35cc均降低，差異均有統(tǒng)計學意義(P值均<0.05)；其余危及器官觀測指標差異均無統(tǒng)計學意義(表2)。

參數(shù)Blanck法Cao法t值P值CI(cm3)1．15±0．051．11±0．05-5．79<0．001nCI(cm3)1．23±0．061．20±0．06-5．78<0．001HI(cGy)1．43±0．001．43±0．00--GI3．11±0．193．22±0．199．21<0．001覆蓋率(%)93．53±2．1592．48±1．85-3．360．003100%PD(cc)38．19±17．6836．46±16．64-4．69<0．00150%PD(cc)117．82±53．34116．10±51．07-1．620．12330%PD(cc)320．93±154．82286．19±126．52-4．130．001MU57814±2053156369±20019-4．54<0．001

危及器官Blanck法Cao法t值P值胃Dmax20．30±3．1420．44±2．940．600．553胃D10cc13．11±2．4312．78±2．57-2．850．010十二指腸Dmax18．34±3．9518．18±3．93-0．640．529十二指腸D5cc11．50±3．2511．01±3．45-2．770．012十二指腸D10cc9．78±3．179．30±3．31-2．520．021空回腸Dmax20．63±3．1321．17±2．902．930．009空回腸D5cc14．90±2．6415．00±2．390．700．491脊髓Dmax7．08±1．036．79±1．01-1．350．193脊髓D0．35cc6．59±0．926．09±0．98-3．050．007腎Dmean3．34±0．863．31±0．82-0．580．571

討 論

Auto-shells的生成是以PTV為基礎，生成的shell形狀也是在PTV的形狀基礎上做的不同半徑的放大。MultiPlan?計劃系統(tǒng)(4.0.2)最多支持生成8個shell?？拷黀TV的shell可以用來提高劑量分布的適形性，遠離PTV的shell可以用來限制遠離靶區(qū)外部的劑量分布，尤其是對未勾畫危及器官區(qū)域的劑量分布，避免這些區(qū)域出現(xiàn)熱點及高劑量分布。

Blanck等[3]通過多中心計劃評分總結(jié)出一套MultiPlan?計劃設計共識，建議生成4 shell。第1個為1～3 mm的shell，用以限制鄰近PTV外的高劑量；第2個為5～10 mm的shell，用以優(yōu)化處方劑量的適形性；第3個為15～20 mm的shell，用以優(yōu)化鄰近劑量跌落；第4個為30～50 mm的shell，用以優(yōu)化皮膚劑量及靶區(qū)外的熱點劑量。結(jié)合入組胰腺癌患者PTV體積大小，4 shell分別按照2、7、18、40 mm的外放半徑進行生成。在優(yōu)化步驟上，Blanck等提出對于毗鄰較多危及器官的靶區(qū)，首先使用OCO參數(shù)優(yōu)化提高PTV的處方劑量覆蓋率，其次分別對第2和第3個shell使用OCI參數(shù)用以約束shell處的劑量分布，提高適形性。但是基于Schlaefer等[9]和Treuer等[10]的研究，在MultiPlan?計劃系統(tǒng)中使用順序優(yōu)化模塊設計時不建議采用過多的優(yōu)化步驟，步驟過多可能導致后續(xù)優(yōu)化結(jié)果變差。

本研究的Cao法設計僅使用一步優(yōu)化，無需擔心后續(xù)優(yōu)化步驟造成的靶區(qū)劑量劣化影響。此外，通過設置生成7個不同半徑的shell用以限制靶區(qū)外的劑量分布，結(jié)合一步優(yōu)化，可以同時約束所有感興趣區(qū)域，達到并行優(yōu)化的目的。本研究結(jié)果顯示，相比較Blanck法(2、7 mm)，Cao法在靠近PTV的邊緣附近設置了3個shell(2、5、10 mm)，使得100% PD的分布情況更加貼合PTV的勾畫，CI值和nCI值均優(yōu)于Blanck法。在適形性提升的同時使100% PD線更加收緊，雖然PTV的覆蓋率有所下降，但都達到了既定的處方標準。Blanck法劑量跌落直接由2 mm至7 mm，故劑量梯度優(yōu)于Cao法劑量跌落通過2 mm至5 mm再至10 mm，但Cao法最外層shell為60、100 mm，較最外層shell為40 mm的Blanck法能更好地控制遠離PTV的低劑量區(qū)域的體積。因低劑量體積分布的大小與患者的長期生存質(zhì)量具有一定相關(guān)性，故Cao法劑量分布優(yōu)于Blanck法。

在危及器官方面，雖然優(yōu)化時各個危及器官均采用了相同的約束限制劑量，但由于shell的約束不同導致兩種方法計劃最終危及器官的受量有所差異。Blanck法的空回腸Dmax劑量優(yōu)于Cao法，但胃D10cc、十二指腸D5cc和D10cc、脊髓D0.35cc均差于Cao法?？紤]胰腺腫瘤的位置更加貼近胃和十二指腸，且空回腸5分次Dmax的限制劑量為35 Gy，Blanck法的平均結(jié)果為20.63 Gy，Cao法的平均結(jié)果為21.17 Gy，均遠小于限定值。

總之，設置不同auto-shells并結(jié)合不同優(yōu)化步驟可以獲得不同劑量分布的計劃。使用較少分布間距較大的shell可以降低劑量梯度指數(shù)，降低PTV危及器官的劑量?；谳椛浞雷o最優(yōu)化原則，本研究提出的7 shells的1步優(yōu)化方法在制定胰腺癌射波刀治療計劃時可以得到更優(yōu)的劑量分布。

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