鼻咽癌调强放疗计划设计中自动勾画剂量限制结构的初步应用

顾科 李成 吴锦昌 胡睿 沈丹青

215001南京医科大学附属苏州医院放疗科，苏州市立医院东区放疗科

鼻咽癌调强放疗计划设计中自动勾画剂量限制结构的初步应用

顾科 李成 吴锦昌 胡睿 沈丹青

215001南京医科大学附属苏州医院放疗科，苏州市立医院东区放疗科

目的 鼻咽癌（NPC）调强适形放射治疗（IMRT）（简称调强放疗）计划设计中，需勾画一定数量剂量限制结构（DLSs），传统的常规方法只能逐一单个处理，极大浪费了物理师的有效工作时间。本研究利用MIM（V6.5）软件编译工作流，根据NPC计划优化需求，自动生成DLSs，观察、对比其与常规方法在不同分期NPC计划DLSs勾画上的时间差异，探讨其临床推广的应用价值。方法 对10例不同TNM分期的NPC患者，按统一要求由3名物理师采用Eclipse放射治疗计划系统（TPS，V11.0）提供的勾画工具逐一处理方法与MIM软件设计编译的工作流批处理方法，分别生成DLSs，观察工作流自动处理结果并对比完成时间。结果 工作流可一键自动生成包括计划靶区（PTVs）外、PTVs内、危及器官（OARs）及辅助等4类最多28个DLSs，所花费时间较逐一处理方法最多可节省92.8%，平均节省90.5%，其差异具有统计学意义（t=32.14～61.59，P＜0.05）。结论 在NPC的IMRT计划设计中，利用MIM平台编译的工作流，可批处理自动生成DLSs，可有效减少勾画时间，提高了物理师的工作效率。

鼻咽癌； 调强放疗； 工作流； 批处理； 剂量限制结构

Fund program：Clinical Cancer Medical Center Foundation of Suzhou(Szzx201506)

0 引 言

鼻咽癌（nasopharyngeal carcinoma,NPC）是最常见的头颈部恶性肿瘤之一，严重威胁我国人民的身体健康。由于NPC生理解剖位置和周围淋巴结分布形式复杂，且周围有许多重要器官，如脑干、脊髓、视神经、视交叉、晶体、腮腺、颞颌关节、颞叶等，难以通过手术方式进行有效治疗，因此临床上NPC患者多采用放射治疗的方式来进行治疗，而调强适形放射治疗（intensity modulated radiation therapy, IMRT）（简称调强放疗）是目前治疗NPC的主流放疗技术。在制作IMRT计划时，为了获得更好的靶区剂量分布和降低重要器官的剂量，物理师需要根据计划靶区（planning target volumes,PTVs）及危及器官（organs at risk,OARs）的剂量限值条件和相对位置，勾画一定数量剂量限制结构（dose limited structures,DLSs）辅助计划的完成。虽然不同的计划系统均能提供丰富的功能插件[1-3]，但其只能逐一单个进行处理。这种常规方法极大地浪费了物理师的有效工作时间。笔者采用MIM vision 6.5（美国MIM software公司）的工作流编译程序，模拟DLSs的生成过程，对多个脚本文件和功能模块进行批处理，并观察、对比其与常规方法在不同分期NPC计划DLSs勾画上的时间差异，旨在探讨其临床应用价值。

1 资料与方法

1.1 临床资料

收集2015年2月～12月在苏州市立医院东区放疗科行放疗的不同分期10例NPC患者的定位CT资料，男性6例，女性4例，年龄41～78岁，平均年龄（64.6±14.2）岁，其中 T1-2N2M0分期4例、T2N3M0分期2例、T3N2-3M0分期4例。由放疗临床医师按照统一模板勾画PTVs及相关OARs。

1.2 方法

1.2.1 PTVs和OARs再处理及DLSs勾画

对所有PTVs及OARs进行平滑处理。PTVs不应超出皮肤外缘，内收距皮缘3 mm；重叠PTVs按照位置关系和剂量梯度进行合并；高危OARs外放，OARs与PTVs交叠部分进行再处理。DLSs按科室剂量要求和优化经验分为4类结构：PTVs外DLSs、PTVs内DLSs、OARs的DLSs和辅助DLSs。

1.2.2 DLSs生成方法

常规方法使用TPS Eclipse 11.0（美国Varian Medical Systems）的轮廓勾画工具，按照勾画要求对PTVs及OARs进行平滑处理、克隆勾画、内收外放、布尔运算、自动扩展及环处理完成DLSs的勾画。另一种采用批处理方法，根据DLSs的生成过程制定流程表，依照MIM软件提供的勾画插件编译工作流（workflow）生成DLSs，对导入的CT结构自动处理。常规方法的处理流程如图1A所示，MIM批处理方法的流程如图1B所示。

1.2.3 观察指标

由3名物理师分别选用MIM批处理方法及常规方法，对10例NPC的DLSs按照勾画要求进行处理，比较两种方法完成时间的差异。MIM批处理方法的完成时间为自动生成DLSs，发回服务器，并由Eclipse导入DLSs总共所需的时间。

1.3 统计学方法

图1 两种方法生成DLSs流程图

采用SPSS18.0软件对数据进行统计学分析，数据以均值±标准差（x±s）表示，3名物理师采用两种方法勾画DLSs所需时间的3组组内数据进行配对t检验，以P＜0.05为差异具有统计学意义。

2.中外小说对比研究。以《红楼梦》、《装在套子里的人》等为文本，比较两者在叙述方式，人物刻画，情节发展等方面的异同。

2 结果

2.1 两种方法DLSs的生成结果

采用MIM批处理，其流程包括查找及重新命名、逻辑计算、平滑处理、删除空结构及无用结构、属性及颜色定义、发回服务器等6个模块，共112步操作，生成一个工作流“AUTO NPC DLSs”。一键自动生成PTVs外DLSs（4～7个）、PTVs内DLSs（2～3个）、OARs的DLSs（9个）、辅助DLSs（5个）及合并靶区结构（3～4个），共26～28个DLSs。3名物理师采用常规方法生成相同DLSs，进行功能模块调用次数平均为116次、114次和120次，平均116.7次。MIM批处理方法生成的DLSs发回服务器后，由Eclipse导入。在Eclipse中两种方法生成的DLSs均能满足计划优化的要求，其轮廓并无明显差异。具体生成结构如图2所示。

2.2 两种方法DLSs生成时间比较

采用MIM批处理及常规处理方法生成DLSs的平均耗时见表1及图3。

表1 3名物理师对10例NPC患者勾画时间分布（x±s）

3 讨论与结论

鼻咽癌（NPC）在我国为最常见的恶性肿瘤，放疗是其主要治疗方法，目前主流的放疗方式是调强放疗（IMRT）。相对传统放疗技术，IMRT通过对不同方向入射的照射野进行优化，形成非均匀的照射野空间强度分布，从而可改善放射剂量在复杂肿瘤靶区内的分布，同时降低了周围危及器官（OARs）的照射剂量。因此，IMRT在提高NPC患者临床治疗效果、保护正常组织、减轻放疗毒副作用和改善患者疗后生存质量方面具有很大优势[4-6]。

目前，NPC调强计划多采用逆向优化，放射治疗计划系统（TPS）根据不同PTVs和OARs的剂量限制参数（剂量—体积、最大剂量、最小剂量及平均剂量）和权重排序依照不同的优化算法迭代处理生成最终的射野通量[7]。为达到最佳优化结果并提高工作效率，物理师经常要对已勾画的结构进行处理，如本研究中提到的PTVs距皮缘的内收、重叠PTVs的再处理等。靶区外DLSs有助于提高剂量的适型性及降低正常器官的受量；靶区内DLSs可限制高剂量点的位置；OARs的DLSs可以帮助计划系统简化处理PTVs与OARs的重叠；辅助的DLSs均为根据物理师的优化经验和科室的计划要求而设置的固定辅助结构。因此，处理DLSs是物理师在开始优化工作前的必要步骤。基于先进计算机技术的发展，近年来放疗TPS的运行能力越来越强大，计划的设计和操作过程也越便捷和智能化[8]。如基于优化参数的射野角度自动优化，基于知识系统的调强优化限制参数的自动生成等相关研究的结果已经商业化，在不同程度保证计划质量的同时节约了计划制作时间[9-10]。勾画DLSs作为NPC患者调强计划不可缺少的一个环节，实现其自动勾画也是趋势所在和非常必要的。

本研究中单病例最多生成28个DLSs，平均27个。常规的处理方法耗时最多可达47 min，3位物理师平均耗时为36.3 min。大部分DLSs的处理过程仅是外放、内收及平滑等重复工作。谢朝等[11]采用脚本编译的方法生成DLSs，其生成的DLSs的轮廓与常规处理无差别，但实验并未提及时间及效率。不同的计划系统也提供了一些脚本编译功能[11-12]，但这些编程处理既需要掌握复杂的语言编译程序，也不方便临床的个性化处理。MIM软件提供了图形化的工作流编译程序，物理师只需对所要处理的过程进行逻辑排序编译流程，即可生成固定工作流，一键操作方便快捷。此方法无需掌握复杂的语言程序且可根据患者和科室要求随时调整，极大地提高了工作效率。本研究采用MIM批处理方法平均耗时仅为3.4 min，时间最多可节省92.8%，平均节省90.5%。

利益冲突 无

（图2、3见封三）

参考文献

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[2]RayStation 3.0 reference manual[M].Stockholm:RaySearch Laboratories AB,2012.

[3]Pinnnacle 3 planning reference guide[M].Fitchburg:Philips Medical System,2008.

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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

苏州市肿瘤临床医学中心项目（Szzx201506）

2016-05-20）