不同治疗计划系统在宫颈癌调强放射治疗中的剂量学比较

杨健，刘颖，王胜利，张勇，许新明，王静，杨红霞，董俊峰，刘丹

1沧州市人民医院放疗科，河北 沧州 061000

2黄骅开发区博爱医院普外科，河北 沧州 061100

3河北医科大学第四医院放疗科，石家庄 050011

近年来调强放射治疗（intensity modulated radiation therapy，IMRT）已逐渐成为宫颈癌放疗的常用方法[1-3]。与常规放疗及普通三维适形放疗相比，IMRT技术提高了靶区剂量，同时可以更好地保护正常组织[4-6]。目前已有多家商用计划系统可以完成IMRT计划的制订，其使用的优化算法、叶片排序算法和剂量计算方法各不相同。因此，不同的计划系统优化的计划质量之间会有一定的差异，研究其差异对临床使用具有重要的指导意义。本研究比较了3种治疗计划系统制订宫颈癌IMRT的计划质量，有助于临床确定更加适合的制订宫颈癌治疗计划的商用计划系统，现报道如下。

1 对象与方法

1.1 研究对象

选择2014年5月在沧州市人民医院放疗科接受IMRT的宫颈癌根治术后患者10例。年龄60～74岁，中位年龄67岁；国际妇产科联盟（International Federation of Gynecology and Obstetrics，FIGO）分期：ⅠB期7例，ⅡA期3例；术后病理为中-低分化鳞状细胞癌。本研究经医院伦理委员会审批通过，所有患者均对本研究知情并签署知情同意书。

1.2 体位固定及CT 模拟定位

患者于计算机断层扫描（CT）定位前1.5 h饮水500 ml，以保证膀胱充盈。采用仰卧位，双臂上抬交叉置于额顶，热塑体膜配合体部固定板固定体位。采用西门子SOMATOM Sensation Open大孔径（80 cm）CT机进行盆腔定位增强扫描，层厚及层间距均为3 mm，扫描范围从膈顶至坐骨结节下缘5 cm。

1.3 靶区及危及器官的勾画

根据美国肿瘤放射治疗协作组（Radiation Therapy Oncology Group，RTOG）勾画指南[7]，大体肿瘤体积（gross tumor volume，GTV）包括宫颈局部肿瘤；临床靶体积（clinical target volume，CTV）上界为第4腰椎体下缘，下界为闭孔下缘，包括原发灶、阴道残端和盆腔淋巴结引流区；CTV前后外扩0.5 cm，左右外扩0.7 cm，上下外扩1.0 cm为计划靶体积（planning target volume，PTV）；危及器官包括脊髓、小肠、直肠、膀胱、左右股骨头。

1.4 治疗计划设计

针对10例宫颈癌患者，分别使用3种商用治疗计划系统制订30个IMRT计划。使用的商用计划系统分别为：Pinnacle 9.2计划系统（飞利浦）、Oncentra 4.3计划系统（核通）及Eclipse 10.0计划系统（瓦里安）。IMRT计划均采用7个共面射野，6MV X 线照射，射野角度分别为 210°、260°、310°、0°、50°、100°、150°。IMRT计划全部在瓦里安23EX直线加速器中完成。PTV处方剂量为50.4 Gy/28 f。IMRT计划要求靶区剂量分布满足PTV D95%（95%的靶体积的受照剂量）≥50.4 Gy。各危及器官剂量体积限定条件分别为脊髓＜45 Gy，小肠V3（0接受30 Gy剂量照射的小肠体积占小肠总体积百分比）＜50%，直肠V40＜50%、V50＜20%，膀胱V40＜50%、V50＜20%，左右股骨头V50＜5%。为避免因计划设计者经验水平不同而对研究结果造成影响，所有计划均由1位临床工作经验超过10年的资深物理师进行设计。

1.5 计划评估方法

评估均匀性指数（homogeneity index，HI）和适形指数（conformal index，CI），HI=（D5-D95）/Dmean[8]，CI=（VPTV，ref/VPTV）×（VPTV，ref/Vref）[9]。其中，D5%和 D95%分别为5%和95%靶区的受照射剂量，Dmean为靶区平均受照射剂量；VPTV，ref为处方剂量覆盖的PTV体积，VPTV为PTV体积，Vref为处方剂量包绕的体积。比较 PTV、CTV 的最大剂量（Dmax）、最小剂量（Dmin）、平均剂量（Dmean）以及 D100%、D98%、D95%、D90%、D50%、D2%、110%处方剂量覆盖的体积占靶体积百分比（V110%）、V105%、V100%、V95%、V90%。

对于危及器官，评价正常组织受照指数（healthy tissue coverage index，HCO），HCO=100×（1-VPTV95%/V95%）[10]。其中，VPTV95%为95%处方剂量包绕的PTV体积，V95%为95%处方剂量包绕的体积。比较左右股骨头的Dmean和V50，小肠的Dmean及V30，直肠的 Dmean及 V40、V45、V50，膀胱的 Dmean及 V30、V35、V40、V45、V50。比较3组计划的实施效率，统计机器跳数和子野数。

1.6 统计学方法

采用SPSS 18.0软件对数据进行统计分析，计量资料以均数±标准差（±s）表示，多组间比较采用单因素方差分析，组间两两比较采用q检验。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 靶区剂量分布

使用3种商用治疗计划系统设计的IMRT计划均归一为95%PTV达到处方剂量。结果显示，3种计划系统制订的IMRT计划中PTV的Dmin、Dmax、Dmean及CTV的Dmax、Dmean比较，差异均有统计学意义（F=6.003、29.875、88.041、24.310、96.843，P＜0.05）；PTV的D98%、D90%、D50%、D2%、V110%、V105%比较，差异均有统计学意义（F=19.098、34.198、83.064、84.547、13.839、117.560，P＜0.05）；CTV 的 D98%、D90%、D50%、D2%、V110%、V105%比较，差异均有统计学意义（F=26.315、76.696、93.661、88.558、15.200、105.371，P＜0.05）。3种计划系统制订的IMRT计划的HI、CI、HCO比较，差异均有统计学意义（F=112.323、52.893、17.637，P＜0.01）。与 Pinnacle和Oncentra系统相比，Eclipse系统计算的PTV的Dmean、D50在确保达到处方剂量要求的前提下均较低，且其计划的HI、CI、CHO均较低，差异均有统计学意义（P＜0.05）。Pinnacle系统和Oncentra系统制订的 IMRT 计划中 PTV 的 Dmean、D50、HI、CI和HCO比较，差异均无统计学意义（P＞0.05）。（表1、表2）

表1 3种计划系统制订的IMRT计划中靶区剂量的比较

2.2 危及器官剂量分布

3种计划系统制订的IMRT计划的左股骨头V50，直肠 V40、V45、V50、Dmean，膀胱 V30、V35、V40、V45及小肠Dmax比较，差异均有统计学意义（F=3.421、7.461、9.186、5.909、11.070、10.962、15.571、14.098、4.158、5.910，P＜0.05）。Pinnacle系统和Eclipse系统计算的直肠 V40、V45、V50、Dmean均低于 Oncentra系统计算的结果，差异均有统计学意义（P＜0.05），且Pinnacle系统计算的数值均最小。Pinnacle系统和Eclipse系统计算的膀胱 V30、V35、V40均低于 Oncentra系统计算的结果，差异均有统计学意义（P＜0.05），且Pinnacle系统计算的数值均最小；Oncentra系统计算的膀胱V45高于Pinnacle系统计算的结果，差异有统计学意义（P＜0.05）；3种计划系统计算的膀胱V50和Dmean比较，差异均无统计学意义（P＞0.05）。3种计划系统计算的小肠V30比较，差异无统计学意义（P＞0.05），其中Pinnacle系统计算的结果最大；3种计划系统计算的小肠Dmax比较，差异有统计学意义（P＜0.05），其中Eclipse系统计算的结果最小。（表3）

表2 3种计划系统制订的IMRT计划的HI、CI、HCO比较

表3 3种计划系统制订的IMRT计划中危及器官剂量的比较

2.3 实施效率评价

Pinnacle和Oncentra系统IMRT计划使用的是step and shoot技术，Eclipse系统使用的是sliding window技术，sliding window技术的实施效率不能以子野数和机器跳数作为衡量指标。Pinnacle系统的机器跳数为（811.300±100.581）个，明显少于Oncentra系统的（945.549±65.001）个，差异有统计学意义（t=4.444，P＜0.01）；Pinnacle系统和Oncentra系统的子野数分别为（49.000±1.054）个和（47.800±1.135）个，差异无统计学意义（P＞0.05）。

3 讨论

目前，多种商用治疗计划系统均可设计制订IMRT计划。不同的计划系统使用不同的优化方法可能导致计划质量存在差异，比较其计划质量可为临床选择合适的治疗计划系统提供依据。本研究选择了沧州市人民医院常用的3种治疗计划系统，针对10例宫颈癌患者制订了30个IMRT治疗计划，优化结果均能满足临床标准要求。本研究结果显示，3种商用治疗计划系统各有优势，与Pinnacle和Oncentra系统相比，Eclipse系统计算的PTV的Dmean、D50在确保达到处方剂量要求的前提下均较低，且其计划的HI、CI、HCO均较低，差异均有统计学意义（P＜0.05），说明Eclipse系统在靶区剂量分布方面更具优势。Pinnacle系统和Eclipse系统计算的直肠 V40、V45、V50、Dmean均低于 Oncentra系统计算的结果（P＜0.05），且Pinnacle系统计算的数值均最小；Pinnacle系统和Eclipse系统计算的膀胱V30、V35、V40均低于Oncentra系统计算的结果（P＜0.05），且Pinnacle系统计算的数值均最小，说明Pinnacle系统计算的直肠和膀胱受量最低。3种计划系统计算的小肠Dmax比较，差异有统计学意义（P＜0.05），其中Eclipse系统计算的结果最小，说明Eclipse系统计算的小肠受量最低。迟子锋等[11]使用4种商用治疗计划系统制订前列腺癌的IMRT计划，采用蒙特卡罗方法评估计划质量，结果显示Pinnacle和Eclipse系统更适用于前列腺癌IMRT计划的设计。杨金磊等[12]针对20例肺癌患者分别使用Monaco和Pinnacle计划系统制订了容积旋转调强计划，比较两种计划的计划质量、实施效率和剂量验证精度，结果显示Pinnacle计划系统在肺组织的保护和计划执行方面具有明显的优势，Monaco计划系统在靶区剂量分布、心脏受量和剂量验证方面具有优势。王佳舟等[13]使用Pinnacle和Eclipse计划系统计算了不同几何形状、体积、层数以及CT扫描层厚条件下感兴趣区的体积，比较了两种计划系统对感兴趣区体积计算的差异，结果显示感兴趣区的层数和几何体的大小与体积计算的差异呈显著线性相关。

本研究中Pinnacle和Oncentra治疗计划系统使用的算法都属于卷积算法，是在卷积模型的基础上分别作了进一步的完善。卷积算法是三维的数学模型，不但考虑计算点所在平面内不均匀组织的厚度因子，还考虑所在平面及相邻层面不均匀组织散射对该点剂量的影响，并且考虑r电子侧向失衡问题，因此它在计算非均匀组织及其交界面的剂量时精确度比以往常用的笔形束算法高。但是，该算法尚存在一些问题，例如在两种组织界面该算法虽然考虑了电子侧向失衡问题，但在电子侧向失衡的低密度区域，它对原射线的计算精确度降低[14]。Eclipse系统的各向异性分析算法也是三维数学模型，是三维的笔型束卷积叠加算法，它的模型建立考虑了原射线、电子线污染以及准直器散射的影响，对不均匀介质中的剂量计算与卷积模型类似，考虑计算点所在平面内不均匀组织厚度因子，以及所在平面及相邻层面不均匀组织散射对该点剂量的影响，并考虑了电子侧向失衡问题[15-16]。由此可见，两个模型具有很多共同点，使用这两种模型都能够得到精确的计算结果，但由于算法间的差异，计算结果不完全相同。

综上所述，就宫颈癌IMRT计划而言，在直肠和膀胱受量达到临床要求的前提下，Eclipse系统更具优势；当计划的难点在于降低直肠和膀胱受量时，Pinnacle系统更具优势；当需要提高靶区内低剂量区的剂量时，优先考虑使用Oncentra系统；当需要降低小肠受量时，优先考虑Eclipse系统。