劉 娜，張明軍，2，吳翠娥，費(fèi)振樂(lè)，劉苓苓，李兵兵，李 潔

2020年全球癌癥統(tǒng)計(jì)報(bào)告顯示宮頸癌在全球女性的發(fā)病率和病死率中均排第四位，在宮頸癌的治療中，放療在局部控制率和生存率等方面均取得療效[1-2]。在宮頸癌的治療中，調(diào)強(qiáng)放射治療(intensity modulated radiation therapy, IMRT)相比于3D適形放射治療(three-dimensional conformal radiotherapy,3D-CRT)有更好的劑量學(xué)優(yōu)勢(shì)，不僅可以使靶區(qū)劑量分布合理、降低正常器官受照劑量，而且可以減輕腸道術(shù)后毒性反應(yīng)[3-4]。IMRT通過(guò)逆向計(jì)劃進(jìn)行調(diào)節(jié)優(yōu)化，可以達(dá)到最佳劑量分布[5]。但是靜態(tài)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃會(huì)使得子野數(shù)目增多，子野形狀復(fù)雜，機(jī)器跳數(shù)增多，延長(zhǎng)治療時(shí)間從而降低放療計(jì)劃準(zhǔn)確性，影響患者預(yù)后狀況[6]。該研究旨在探討基于Monaco計(jì)劃系統(tǒng)宮頸癌靜態(tài)調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃最小子野面積(the minimum segment area，MSA)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 材料與方法

1.1 病例資料選取2020年4月—2021年3月在中國(guó)科學(xué)院合肥腫瘤醫(yī)院放療中心宮頸癌患者10例，年齡37～75(54.2±16.3)歲，病理診斷均為鱗癌。根據(jù)國(guó)際婦產(chǎn)科聯(lián)合會(huì)FIGO分期標(biāo)準(zhǔn)，其中IA期2例，ⅡA期2例，ⅡB期2例，ⅢB期2例，ⅢC期2例。

1.2 CT定位及靶區(qū)勾畫(huà)患者定位前膀胱充盈，取仰臥位，雙手舉起抱于頭頂環(huán)繞并保持至定位結(jié)束，用熱塑膜快速覆蓋體表，等待成形后，用飛利浦大孔徑CT進(jìn)行掃描定位，掃描參數(shù)為：電壓120 kV,曝光325 mAs,層厚5 mm,掃描范圍為腰1椎體上緣至坐骨結(jié)節(jié)下2 cm，然后導(dǎo)入Monaco 5.11計(jì)劃系統(tǒng)，根據(jù)國(guó)際輻射單位與測(cè)量委員會(huì)(international commission on radiation units & measurements，ICRU)83號(hào)規(guī)范進(jìn)行靶區(qū)勾畫(huà)，勾出臨床靶區(qū)(clinical target volume,CTV)，均勻外放0.5 cm形成計(jì)劃靶區(qū)(planning target volume, PTV)，使用AccuContour 3.0軟件進(jìn)行危及器官(organs at risk，OAR)的自動(dòng)勾畫(huà)，危及器官包括膀胱、直腸、小腸、雙側(cè)股骨頭和脊髓[7]。勾畫(huà)完成后采用Monaco 5.11計(jì)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)放療計(jì)劃。

1.3 計(jì)劃設(shè)計(jì)選用Monaco 5.11放療計(jì)劃系統(tǒng)中的靜態(tài)調(diào)強(qiáng)治療方式，處方劑量為50 Gy/25次，固定5個(gè)射野角度分別為180°、252°、324°、36°和108°。最小機(jī)器跳數(shù)為4 MU, 每個(gè)計(jì)劃的最大子野個(gè)數(shù)為250個(gè)，最小子野寬度為1 cm，通量平滑度選擇Medium，MSA分別為1、2、4、10、20、50、80和100 cm2，每個(gè)患者均得到8個(gè)放療計(jì)劃，除MSA不同外，其余優(yōu)化目標(biāo)和約束條件與MSA為2 cm2的計(jì)劃保持一致。以MSA為2 cm2的放療計(jì)劃為對(duì)照組，比較其他MSA設(shè)置值的放療計(jì)劃。

1.4 計(jì)劃評(píng)估

1.4.1靶區(qū)評(píng)估 根據(jù)劑量體積直方圖的參數(shù)評(píng)估放療計(jì)劃的靶區(qū)分布，評(píng)估參數(shù)包括腫瘤靶區(qū)V47.5、V55、D98%、D2%、D50%,以及均勻性指數(shù) (homogeneity index，HI)和適形性指數(shù)(conformity index，CI)。根據(jù)ICRU 83號(hào)規(guī)范定義，V47.5是指達(dá)到47.5 Gy(95%的處方劑量)的體積占靶區(qū)體積的百分比，V55是指達(dá)到55 Gy(110%的處方劑量)的體積占靶區(qū)體積的百分比。其中HI和CI計(jì)算公式為： HI=(D2%-D98%)/D50%；CI=(VTref/VT)×(VTref/Vref)。其中,D2%為2%的PTV受到的照射劑量，D98%為98%的PTV受到的照射劑量，中位劑量D50%為50%的PTV受到的照射劑量。VT為PTV體積，VTref為參考等劑量線所覆蓋的靶區(qū)體積，Vref為參考等劑量線所覆蓋的體積。

1.4.2危及器官評(píng)估 危及器官評(píng)估包括直腸V50(表示直腸接受50 Gy的照射區(qū)域占直腸總體積的百分比)、直腸平均劑量Dmean、膀胱V50(表示膀胱接受50 Gy的照射區(qū)域占膀胱總體積的百分比)、膀胱平均劑量Dmean、小腸平均劑量Dmean、L-V40及R-V40(分別表示左、右側(cè)股骨頭接受40 Gy的照射區(qū)域占該側(cè)股骨頭體積的百分比)和脊髓接受的最大劑量Dmax。

1.4.3機(jī)器跳數(shù)和子野數(shù)目評(píng)估 評(píng)估內(nèi)容包括各個(gè)治療計(jì)劃的后臺(tái)文件中所生成的機(jī)器跳數(shù)和子野數(shù)目，記錄后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理采用SPSS 22.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(One-way ANOVA)，并用Tamhane′s T2檢驗(yàn)(基于t檢驗(yàn)的保守成對(duì)比較檢驗(yàn))進(jìn)行事后多重比較，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)劑量分布10例宮頸癌患者的全部靜態(tài)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃的劑量靶區(qū)覆蓋率均超過(guò)95%。隨著MSA依次增大，V47.5總體呈減少趨勢(shì)，V47.5在各個(gè)MSA數(shù)值間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)；D98%變化不大，D98%在各個(gè)MSA數(shù)值間的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；V55、D2%和D50%總體均呈增加趨勢(shì)，每個(gè)參數(shù)在各個(gè)MSA數(shù)值間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)。V55和D2%的增大表明靶區(qū)內(nèi)的熱點(diǎn)在增加。隨著MSA依次增大，HI總體增大，均勻性變差，HI在各個(gè)MSA數(shù)值間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)；CI總體減小，適形性變差，CI在各個(gè)MSA數(shù)值間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。進(jìn)一步研究，其余7個(gè)計(jì)劃與對(duì)照組進(jìn)行事后比較，所得各個(gè)參數(shù)結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，與對(duì)照組相比，靶區(qū)V47.5在MSA為80 cm2(P<0.05)和100 cm2(P<0.01)的計(jì)劃中均減少；V55在MSA為50 cm2(P<0.01)、80 cm2(P<0.001)和100 cm2(P<0.001)的計(jì)劃中均增加；D2%在MSA為50 cm2(P<0.05)、80 cm2(P<0.05)和100 cm2(P<0.05)的計(jì)劃中均增加；D50%在MSA為50 cm2(P<0.05)和80 cm2(P<0.05)的計(jì)劃中均增加；D98%在其余7個(gè)計(jì)劃中變化均很小，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；HI在50 cm2(P<0.05)、80 cm2(P<0.05)和100 cm2(P<0.01)的計(jì)劃中均增大；CI在不斷減小，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表1 宮頸癌患者IMRT計(jì)劃在MSA下的靶區(qū)劑量分布

2.2 危及器官受量隨著MSA依次增大，10例宮頸癌患者靜態(tài)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃中的直腸V50、直腸Dmean、膀胱V50、膀胱Dmean、L-V40和R-V40總體均呈先減少后增加的趨勢(shì)，每個(gè)參數(shù)在各個(gè)MSA數(shù)值間的差異都有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)。脊髓Dmax隨著MSA增大呈現(xiàn)先減少后增加趨勢(shì)，脊髓Dmax在各個(gè)MSA數(shù)值間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。小腸Dmean隨MSA變化不大，各個(gè)MSA數(shù)值間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。進(jìn)一步研究，將其余7個(gè)計(jì)劃與對(duì)照組的計(jì)劃進(jìn)行事后比較，所得各個(gè)參數(shù)結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，隨著MSA增大，與對(duì)照組相比，直腸V50在MSA為50 cm2(P<0.01)、80 cm2(P<0.001)和100 cm2(P<0.001)的計(jì)劃中均有不同程度增加，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；直腸Dmean在MSA為80 cm2(P<0.01)和100 cm2(P<0.05)的計(jì)劃中均增加；膀胱V50在MSA為80 cm2(P<0.01)和100 cm2(P<0.01)的計(jì)劃中均增加；膀胱Dmean在MSA為80 cm2(P<0.01)和100 cm2(P<0.01)的計(jì)劃中均增加；脊髓Dmax總體隨MSA增大而增加，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；L-V40和R-V40在MSA為100 cm2(P<0.05和P<0.01)的計(jì)劃中均增加。

表2 宮頸癌患者IMRT計(jì)劃在MSA下的危及器官受量

2.3 機(jī)器跳數(shù)和子野數(shù)目的變化趨勢(shì)隨著MSA依次增大，10例宮頸癌患者靜態(tài)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃中的機(jī)器跳數(shù)和子野數(shù)目總體均呈減少趨勢(shì)，每個(gè)參數(shù)在各個(gè)MSA數(shù)值間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)。見(jiàn)圖1。

圖1 MSA對(duì)宮頸癌患者放療計(jì)劃的機(jī)器跳數(shù)和子野數(shù)目的影響A：機(jī)器跳數(shù)；B：子野數(shù)目

3 討論

本研究基于Monaco計(jì)劃系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)置不同MSA值來(lái)研究此參數(shù)對(duì)靜態(tài)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃的影響。結(jié)果表明，MSA設(shè)置值對(duì)靶區(qū)劑量分布、危及器官受量、機(jī)器跳數(shù)和子野數(shù)目都會(huì)產(chǎn)生影響。當(dāng)MSA在1～20 cm2的范圍內(nèi)，與對(duì)照組相比，靶區(qū)V47.5、V55、D2%、D98%、D50%、HI和CI變化不大，危及器官變化也不大。當(dāng)MSA從50 cm2開(kāi)始，與對(duì)照組相比，靶區(qū)V55明顯增加，表明靶區(qū)內(nèi)熱點(diǎn)增多，落在靶區(qū)外的劑量增加。當(dāng)MSA在80和100 cm2的范圍內(nèi)，與對(duì)照組相比，直腸V50、直腸Dmean、膀胱V50和膀胱Dmean均增加，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。直腸V50在MSA為50 cm2時(shí)增加較快，比對(duì)照組增加了105.12%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；而L-V40和R-V40在MSA為100 cm2時(shí)增加較快，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。與對(duì)照組相比，小腸Dmean隨MSA增大而增加，在100 cm2達(dá)到最大值，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可能是因?yàn)樾∧c在靶區(qū)中體積較少。脊髓Dmax在MSA為80 cm2時(shí)有最大值，比對(duì)照組增加了20.68%，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，原因可能是在CT斷層上靶區(qū)穿過(guò)的脊髓體積并不多，射束穿過(guò)靶區(qū)時(shí)經(jīng)過(guò)脊髓的范圍較小。隨著MSA依次增大，機(jī)器跳數(shù)和子野數(shù)目在不斷減少，在10 cm2和20 cm2的計(jì)劃中，機(jī)器跳數(shù)相比于對(duì)照組分別減少14.66%、21.99%，而子野數(shù)目相比于對(duì)照組分別減少32.65%、57.39%，隨著MSA進(jìn)一步增大，機(jī)器跳數(shù)和子野數(shù)目進(jìn)一步減少，在100 cm2的計(jì)劃中達(dá)到最小值。

與3D-CRT相比，IMRT具有劑量學(xué)優(yōu)勢(shì)，并且可以在確保臨床療效的同時(shí)顯著降低急性毒性反應(yīng)的發(fā)生率[8]。孫海濤 等[9]在Pinnacle39.10計(jì)劃系統(tǒng)的宮頸癌固定七野的自動(dòng)靜態(tài)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃設(shè)計(jì)中研究表明,MSA在14～50 cm2范圍內(nèi)可在滿(mǎn)足臨床要求的同時(shí)減少子野數(shù)目和機(jī)器跳數(shù)，結(jié)果與本文有一點(diǎn)差異，可能是由于在不同的放療計(jì)劃系統(tǒng)中運(yùn)行的算法不同。由于腫瘤發(fā)生的部位不同，可能會(huì)對(duì)MSA的設(shè)置有一定影響，Ayala et al[10]在脊柱立體定向放射外科研究中認(rèn)為子野數(shù)目為5、MSA為4 cm2的參數(shù)設(shè)置可以提高計(jì)劃質(zhì)量、輸送效率和計(jì)劃劑量精確性；伍海瓊[11]在頸段及胸上段食管癌的子野參數(shù)研究中認(rèn)為，當(dāng)腫瘤毗鄰危及器官時(shí)，MSA和最小機(jī)器跳數(shù)分別選擇3 cm2、5 MU較好，當(dāng)腫瘤離危及器官較遠(yuǎn)時(shí)，可以適當(dāng)提高M(jìn)SA和最小機(jī)器跳數(shù)，這些研究結(jié)果均證明了MSA的參數(shù)設(shè)置對(duì)于放療計(jì)劃的優(yōu)化十分重要。機(jī)器跳數(shù)增多不僅會(huì)直接導(dǎo)致治療時(shí)間延長(zhǎng)，增加靶區(qū)劑量的不確定性，而且會(huì)增加周?chē)＝M織低劑量輻射，會(huì)使二次輻射誘發(fā)惡性腫瘤風(fēng)險(xiǎn)變高。該研究中機(jī)器跳數(shù)有一個(gè)明顯下降趨勢(shì)，但是由于兼顧其他方面不能選擇最小值，這在一定程度上沒(méi)有將機(jī)器跳數(shù)的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮徹底。文獻(xiàn)[12-14]報(bào)告，延長(zhǎng)光束照射時(shí)間將會(huì)造成輻射泄露，可能會(huì)導(dǎo)致正常組織最多能夠接收規(guī)定劑量的20%，因此盡量選擇低一點(diǎn)跳數(shù)對(duì)計(jì)劃優(yōu)化是有益的。遲子峰 等[15]認(rèn)為，在臨床可以接受的放療計(jì)劃設(shè)計(jì)中，子野數(shù)目應(yīng)控制在80個(gè)以?xún)?nèi)，這樣可以減少調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃驗(yàn)證時(shí)間，這與本研究結(jié)果相符合——較少的子野數(shù)目可以減少子野的形狀變化，減少葉片移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生射線泄露，提高放療精準(zhǔn)性。

綜上所述，合理增大MSA，保證MSA在10～20 cm2范圍內(nèi)，可以在滿(mǎn)足宮頸癌靜態(tài)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃的靶區(qū)劑量分布和危及器官受量的同時(shí)減少機(jī)器跳數(shù)和子野數(shù)目，有效減少治療時(shí)間，提高放療計(jì)劃精確性，減少正常組織的毒副反應(yīng)。