最小子野宽度对IV 期非小细胞肺癌大分割容积旋转调强放射治疗计划质量的影响

魏鹏，王丽芳，王梦雅，吕敏，刘卫东，杨君东，叶书成，（通信作者）

1 济宁医学院附属医院放疗科 （山东济宁 272000）；2 济宁医学院附属医院肿瘤科（山东济宁 272000）；3 济宁医学院临床医学院 （山东济宁 272067）

肺癌是目前临床上最为常见的恶性肿瘤之一，其在我国的发病率和病死率居所有癌症首位[1-2]。超过80%的肺癌为非小细胞肺癌[3]，其中40 %左右的患者确诊时已有远处转移，即处于疾病的Ⅳ期。放射治疗是目前治疗非小细胞肺癌患者的重要手段[4]。容积旋转调强放射治疗（volumetric modulated arc therapy， VMAT）在出束时通过调节机架运动速度、多叶准直器运动和剂量率来获得更高的自由度[5-6]，可在不影响靶区剂量和危及器官（organs at risk， OARs）受量的前提下缩短治疗时间，提高治疗效率，已逐渐被广泛应用于非小细胞肺癌的放射治疗中[7-9]。Monaco 治疗计划系统在VMAT计划优化时，提供了最小子野宽度（minimum segment width，MSW）选项，范围为0.0～2.0 cm。MSW 对于限制窄的子野具有重要作用，可有效提高多叶准直器位置的精度。本研究旨在比较不同MSW 在Ⅳ期非小细胞肺癌大分割VMAT 中的剂量学差异，以期选取最优的MSW，为该参数的临床应用提供参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料

随机选取2016年1月至2018年12月在济宁医学院附属医院放射治疗科接受大分割VMAT 的12例IV 期非小细胞肺癌患者作为研究对象，其中男6例，女6例；年龄52～87岁，中位年龄68岁；左侧肺癌2例，右侧肺癌10例；均在医科达Monaco 5.11.03治疗计划系统重新进行计划设计，由高年资放射治疗医师在肺窗下勾画各时相的肿瘤靶区（gross target volume，GTV）并生成内靶区（internal target volume，ITV），将ITV 在三维方向上均匀外扩0.5 cm 得到计划靶区（planning target volume，PTV）， PTV 平均体积为34.16（5.43～79.22）cm3。

1.2 设计方案

CT 模拟定位时患者取仰卧位，采用立体定向固定体架联合真空负压袋和腹压板固定体位，腹压板压至腰肋三角下3 cm，在患者平静呼吸下采用荷兰飞利浦公司大孔径CT模拟定位机对其进行全时相（10个时相）四维CT 扫描，扫描层厚均为0.3 cm，扫描范围从环状软骨到第12胸椎，包括全胸廓的所有区域；扫描后的CT 图像传输到Monaco 5.11.03治疗计划系统，由高年资医师勾画GTV 和OARs，OARs 包括右肺、左肺、脊髓、心脏等；放射治疗计划选用医科达Versa HD 直线加速器，能量为6 MV 的X 线，计算网格0.25 cm,计划不确定度为1%，双弧VMAT 计划，分别设计MSW 为0.5、1.0、1.5 cm 的3组大分割VMAT 计划（MSW0.5 cm、MSW1.0 cm、MSW1.5 cm），3组计划除MSW 不同外，其他所有目标优化参数一致，PTV 的处方剂量为60 Gy/12次，单次剂量5 Gy。

1.3 计划评估

靶区评估采用2% PTV体积的剂量D2、平均剂量Dmean、98% PTV体积的剂量D98、适形度指数（conformity index，CI）、均匀性指数（homogeneity index，HI）、靶区覆盖率（target coverage，TC）。其中，CI=（TVPV）2/（TV×PV）[10]，式中TVPV为处方剂量所覆盖的PTV的体积，TV为PTV的体积，PV为处方剂量线所覆盖的总体积，CI越接近于1，表示靶区适形度越好；HI=D5/D95[11]，式中D5为5% PTV体积的剂量，D95为95% PTV体积的剂量，HI越接近与1，表示靶区的均匀性越好；TC（%）=（TVPV/TV）×%。OARs评估采用双肺V20、平均剂量Dmean，患侧肺V20、V12.5、V5、平均剂量Dmean，健侧肺V5，心脏Dmax、Dmean，脊髓Dmax，其中Vn

1.4 统计学处理

采用SPSS 22.0统计软件数据分析，计量资料以x-±s表示，采用配对t检验，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 3组计划的靶区剂量学比较

3组计划的靶区D2和CI比较，差异无统计学意义（P>0.05）；MSW1.0 cm、MSW1.5 cm 计划的靶区Dmean、D98、TC均低于MSW0.5 cm 计划，HI高于MSW0.5 cm 计划，差异有统计学意义（P<0.05）；MSW1.5 cm 计划的靶区的D98、TC均低于MSW1.0 cm 计划，HI高于MSW0.5 cm 计划，差异有统计学意义（P<0.05），见表1。

表1 3组计划的靶区剂量学比较（x-±s）

2.2 3组计划的OARs 剂量学比较

MSW1.5 cm 计划的双肺V20、Dmean和患侧肺V20、V12.5、V5、Dmean均低于MSW0.5 cm 计划和MSW1.0 cm 计划，差异有统计学意义（P<0.05）；MSW1.0 cm 计划与MSW1.5 cm 计划的健侧肺V5、心脏Dmean均低于MSW0.5 cm 计划，差异有统计学意义（P<0.05），见表2。

表2 3组计划的危及器官剂量学比较（x-±s）

2.3 3组计划的控制点数、机器跳数与计划验证通过率比较

MSW1.0 cm 计划和MSW1.5 cm 计划的控制点数、机器跳数均低于MSW0.5 cm 计划，且MSW1.5 cm 计划的控制点数低于MSW1.0 cm 计划，差异均有统计学意义（P<0.05）；3组计划的验证通过率均>90%，但组间差异无统计学意义（P>0.05），见表3。

表3 3组计划的控制点数、机器跳数与计划验证通过率比较（x-±s）

3 讨论

Monaco 治疗计划系统采用蒙特卡罗算法，提高了剂量计算的准确性，被越来越多地应用于放射治疗计划的设计中[12-13]。Monaco 治疗计划系统在计划设计时需要设置众多优化参数，如MSW、统计不确定度、通量平滑度、优化模式及能量等，不同的优化参数将会影响计划的质量和执行效率，针对非小细胞肺癌大分割VMAT 如何选择最好的优化参数，需要通过临床剂量学数据作为指导。

本研究比较了3种不同MSW 在Ⅳ期非小细胞肺癌大分割VMAT 中的应用，结果表明，MSW1.0 cm 的计划可以获得与MSW0.5 cm 类似的计划质量，并且可以提高治疗效率；随着MSW 的增加，D98、HI、TC等指标差异显著，且MSW1.5 cm 计划的TC平均值小于95%，不满足计划要求；对于OARs，MSW0.5 cm 计划与MSW1.0 cm 计划的双肺V20、Dmean和患侧肺V20、V12.5、V5、Dmean及心脏与脊髓的Dmax均无统计学差异，但两者的健侧肺V5与心脏Dmean差异有统计学意义；与MSW0.5 cm 计划相比，MSW1.0 cm 计划和MSW1.5 cm 计划在计划控制点数方面分别减少了22.48%和41.42% ；另外，在机器跳数方面，与MSW0.5 cm 计划相比，MSW1.0 cm 计划和MSW1.5 cm 计划分别减少了26.01%和21.03%，显著提高了计划的执行效率。

对于实施大分割VMAT 的非小细胞肺癌患者，治疗的准确性与治疗效率非常重要。随着治疗时间的延长，治疗的准确性将不断降低，因此临床上采取了一系列方法来缩短治疗时间以提高治疗的准确性。Hrbacek 等[7]比较了有无均整器对Ⅰ期非小细胞肺癌立体定向放射治疗剂量的影响，结果显示，与均整射束相比，无均整射束可以产生相同的计划质量，而且显著缩短了治疗时间。本研究结果显示，随着MSW的增加，机器跳数随之减小，缩短了治疗时间，与Wang 等[14]研究结果相似。在计划验证通过率方面，本研究3组计划的验证通过率无显著性差异，与Wang 等[14]研究结果不同，这可能是由于靶区体积大小、计划复杂度、验证设备等因素的影响造成的。Moon 等[15]对不同MSW 对VMAT 计划验证通过率的影响进行了研究，结果显示随着MSW 的增大，计划验证通过率随之增高。下一步我们将采用更为精准的三维验证设备研究非小细胞肺癌VMAT 计划不同优化参数对验证通过率的影响。

综上所述，与0.5、1.5 cm 的MSW 相比较，1.0 cm 的MSW 在保证计划质量的同时可减少控制点数、机器跳数并缩短治疗时间，有助于提高治疗效率，因此，推荐在Ⅳ期非小细胞肺癌大分割VMAT 计划设计时选择1.0 cm 作为MSW。