中间剂量计算模式对食管癌容积旋转调强放射治疗计划的影响.pdf

15医疗装备 2024 年 2 月第 37 卷第 4 期 Medical Equipment,February.2024,Vol.37,No.4中间剂量计算模式对食管癌容积旋转调强放射治疗计划的影响刘卫东，张燕慧，孙力军，叶书成，魏鹏（通信作者）济宁医学院附属医院（山东济宁272029）摘要目的探讨中间剂量计算（IDC）模式对食管癌容积旋转调强放射治疗（VMAT）计划的影响。方法选取 2021 年 12 月至 2022 年 8 月医院收治的 18 例食管癌患者，在 Eclipse15.6 治疗计划系统上重新设计 VMAT 计划，分为未应用 IDC 模式计划和应用IDC 模式计划，比较两种计划的靶区和危及器官（OARs）的剂量学差异。结果两种计划靶区的 D98、D2、Dmean、适形度指数（CI）和均匀性指数（HI）等参数比较，差异有统计学意义（P0.05），但应用 IDC 模式计划的心脏 V30、V40、Dmean均低于未应用 IDC 模式计划，差异有统计学意义（P0.05）。结论应用 IDC 模式计划较未应用 IDC 模式计划具有更好的靶区适形度和均匀性，同时降低了 OARs 剂量，因此，应用 IDC 模式计划可以提高食管癌VMAT 计划的质量。关键词食管癌；容积旋转调强放射治疗；中间剂量计算；剂量学中图分类号R815.6 文献标识码B 文章编号1002-2376（2024）04-0015-04DOI10.3969/j.issn.1002-2376.2024.04.005基金项目：济宁医学院附属医院“苗圃”科研计划项目（MP-MS-2019-019）；白求恩.精医求精-晚期实体瘤科研项目（STLKY0022）；济宁医学院附属医院“主诊医师团队专项临床研究计划”项目（ZZTD-MS-2023-13）收稿日期：2023-09-25论著Effect of Intermediate Dose Calculation Module on Volumetric Modulated Arc Therapy Planning for Esophageal CancerLiu Weidong,Zhang Yanhui,Sun Lijun,Ye Shu Cheng,Wei Peng(Corresponding Author).Affiliated Hospital of Jining Medical University,Jining Shandong 272029,China【Abstract】ObjectiveTo investigate the effect of the use of intermediate dose calculation(IDC)module on volumetric modulated arc therapy(VMAT)planning for esophageal cancer.MethodsEighteen patients with esophageal cancer who received radiotherapy in hospital from December 2021 to August 2022 were selected retrospectively,and two group plans were designed for each patient in the Eclipse 15.6 treatment planning system:without and with IDC module,respectively.The dosimetric difference in planning target volume(PTV)and organs at risk(OARs)between two groups were compared.ResultsThere were significant differences in D98,D2,Dmean,CI and GI of targets among plans optimized with without IDC module and with IDC module(P0.05).Plans with IDC module achieved less V30,V40 and Dmean of heart，the difference was statistically significant(P0.05).ConclusionsCompared with the plans without IDC module,the plans with IDC module demonstrates superior target conformity and homogeneity,and reduces the dose of OARs.Therefore,the use of IDC module in VMAT plans of esophagus cancer patients improves the plans quality.【Key words】Esophageal cancer;Intermediate dose calculation;Volumetric modulated arc therapy;Dosimetry16医疗装备 2024 年 2 月第 37 卷第 4 期 Medical Equipment,February.2024,Vol.37,No.4食管癌是临床最常见的恶性肿瘤1，放射治疗为治疗食管癌的常用方法2-3。容积旋转调强放射治疗（volumetric modulated arc therapy，VMAT）是一种现代放射治疗技术。VMAT 在加速器出束时通过机架、多叶准直器使剂量率获得较高的自由度，且出束时间短，目前被广泛应用于食管癌的治疗4-6。然而 VMAT 计划在优化过程中，最终剂量计算结果与优化过程中的最优剂量不同，因此瓦里安Eclipse 15.6 治疗计划系统新增加了中间剂量计算（intermediate dose calculation，IDC）模式，以解决此问题7。目前，国内关于 IDC 模式对放射治疗计划影响的研究报道较少。本研究旨在探讨 IDC 模式对食管癌 VMAT 计划的影响，现报道如下。1 资料与方法1.1 一般资料回顾性分析 2021 年 12 月至 2022 年 8 月于我院接受放射治疗的 18 例食管癌患者的临床资料。患者病理类型均为鳞癌；男 16 例，女 2 例；年龄 5383 岁，平均（68.09.0）岁。本研究经医院医学伦理委员会审批通过（伦理审批号：2023-03-C016）。纳入标准：食管癌首次放疗患者；有完整的临床病历资料。排除标准：有其他部位转移病灶；有放疗禁忌证。1.2 仪器与方法仪器：CT 模拟机（飞利浦医疗公司，型号：Brilliance Big Bore）、医用电子直线加速器（瓦里安医疗系统公司，型号：Clinac iX）、Eclipse 15.6 治疗计划系统（瓦里安医疗系统公司，型号：Eclipse 15.6）。方法：采用定位热塑膜进行体位固定，患者双手交叉自然抱头，在平静呼吸状态下，使用 CT模拟机进行 CT 定位扫描。扫描范围为上界至颅底，下界至下肺静脉下缘，包含整个双肺。扫描条件电压值为 120 kV，电流时间积为 220 mAs，层厚为 5 mm。扫描后将 CT 定位图像传送至 Eclipse 15.6 治疗计划系统。1.3 靶区与危及器官勾画由肿瘤科主管医师参考国际辐射单位与测量委员会 62 号报告8，在 Eclipse 15.6 治疗计划系统进行大体肿瘤靶区（gross tumor volume，GTV）、临床靶区（clinical target volume，CTV）、计划靶区（planning target volume，PTV）和危及器官（organs at risk，OARs）勾画。OARs 包括双肺、心脏、脊髓等。CTV 为 GTV 头脚方向外扩 30 mm、左右前后方向外扩 5 mm。PTV 为 CTV 头脚方向外扩 10 mm、左右前后方向外扩 5 mm。1.4 治疗计划设计应用 Eclipse 15.6 治疗计划系统进行计划设计，包括 PTV 处方剂量为 50.4 Gy/28 次，要求 50.4 Gy剂 量 包 绕 95%的 PTV 体 积。光 子 线 为 6 MV，计算网格为 2.5 mm，光子剂量计算算法（acuros external beam algorithm，AXB）。Clinac iX 型 医 用电子直线加速器具有 60 对多叶准直器（中间 40 对叶片在等中心宽度为 5 mm，两边各 10 对叶片在等中心宽度为 10 mm）；采用 VMAT 模式，机架旋转角度为 181 179、179 181；对应小机头角度为 15、345，治疗计划优化前采用 Avoidance Sectors 屏蔽出束模块，规避双弧水平左右两侧各809。计划分为未应用 IDC 模式计划和应用 IDC模式计划，其中未应用 IDC 模式计划组选择直接进行计划剂量计算，应用 IDC 模式计划组选择 IDC模式进行中间剂量计算，然后再计算最终剂量，2种计划的其他优化参数保持一致。1.5 治疗计划评价参数包括 D98、D2、Dmean、适形度指数（conformity index，CI）和 均 匀 性 指 数（heterogeneity index,HI）。其中 Dx为包围 PTV 体积的 x%的最小剂量；Dmean为 PTV 的平均剂量；CI=VRI/TV，式中 VRI为 95%的处方剂量线所包围的靶区体积，TV 为 PTV体积，CI 值越接近 1，表明靶区适形度越好10；HI=（D2-D98）/D50，HI 值越接近 1，表明靶区均匀 性 越 好11。评 价 双 肺 的 V5、V10、V20、V30、Dmean，心脏的 V30、V40、Dmean及脊髓 Dmax。其中Vm为 mGy 剂量照射 OARs 的相对体积，Dmean为平均剂量，Dmax 为最大剂量12。1.6 统计学处理采用 SPSS 22.0 统计软件进行数据分析。计量资料以 x-s 表示，符合正态分布的采用 t 检验；不符合正态分布的计量资料以中位数（四分位数间距）表示，采用 Wilcoxon 符号秩检验。P0.05 为差异有统计学意义。2 结果2.1 靶区剂量学参数比较图 1 示同一患者 2 种计划的剂量分布图。2 种计划靶区 D98、D2、Dmean、CI、HI 比较，差异有统计学意义（P0.05）；未应用 IDC 模式计划的心脏 V30、V40、Dmean均高于应用 IDC 模式计划，差异有统计学意义（P0.05），见表 2。注：A 为未应用 IDC 模式计划，B 为应用 IDC 模式计划图 1治疗计划横断面剂量分布图表 118 例食管癌患者 2 种计划的靶区剂量学参数比较（x-s）参数未应用 IDC模式计划组（18 例）应用 IDC模式计划组（18 例）tP D98（Gy）49.040.3449.330.32-6.5230.05D2（Gy）56.170.7054.770.7018.8660.05Dmean（Gy）53.430.5452.810.4312.3790.05CI 1.320.10 1.300.09 4.7230.05HI 0.130.02 0.100.0214.6620.05注：Dx为包围PTV体积的x%最小剂量；Dmean为平均剂量；CI 为适形度指数，HI 为均匀性指数，IDC 为中间剂量计算表 218 例食管癌患者两种计划的 OARs 剂量参数比较（x-s）参数未应用 IDC模式计划组（18 例）应用 IDC模式计划组（18 例）t/Z P 双肺V5（%）44.0311.94 43.8411.69 0.892 0.385V10（%）31.478.9531.619.05-1.057 0.305V20（%）15.065.6315.245.78-0.874 0.394V30（%）3.70（6.00）3.80（6.00）-0.920 0.357Dmean（Gy）8.702.43 8.732.45-1.124 0.277心脏V30（%）8.80（22.63）8.15（21.58）-2.8330.05V40（%）3.55（10.20）3.30（9.68）-3.1490.05Dmean（Gy）12.06（19.97）11.81（19.70）-3.006x Gy 部分的相对体积；Dmean为平均剂量；Dmax为最大剂量；OARs 为危及器官，IDC 为中间剂量计算3 讨论食管癌是我国高发的消化道恶性肿瘤，发病率和病死率分别居恶性肿瘤第 6 位和第 5 位。放射治疗是食管癌综合诊疗的重要手段，在保护食管形状和功能方面发挥重要作用。食管癌靶区形状多变，周围 OARs 较多，提高了放射治疗计划的设计难度。VMAT 计划可以获得高度适形的剂量分布，最大限度保护正常组织。研究证实，VMAT 计划可在提高靶区剂量的同时降低 OARs 剂量13。Tanaka 等14研究了功能保护 VMAT 计划在食管癌中的应用，与常规 VMAT 计划相比，功能保护 VMAT 计划降低了左心室剂量，而靶区和 OARs 比较，差异无统计学意义（P0.05）。在许多治疗计划系统中，通常使用快速剂量计算算法在优化过程中提供重复剂量计算，以确保快速完成优化。为达到剂量计算目的而采用简化的剂量计算算法，在非均匀组织或靶区可能会导致最终剂量计算出现误差。在计划优化过程中使用 IDC 模式计算非常有效，尤其在与最终剂量计算产生剂量体积分布偏差的情况下。本研究使用 Eclipse 15.6 治疗计划系统，探讨了 IDC 模式对 18 例食管癌患者 VMAT 计划的影响，结果显示，2 种 PTV 的 D98、D2、Dmean、CI 和 HI等参数比较，差异有统计学意义（P0.05），说明应用 IDC 模式计划较未应用 IDC 模式计划提高了D98剂量，降低了 D2剂量，同时具有更好的计划适形度和均匀性；同时，应用 IDC 模式计划的心脏V30、V40、Dmean 参数明显优于未应用 IDC 模式计划，差异有统计学意义（P0.05），降低了心脏相关并发症的发生率。Akbas 等15研究了 IDC 模式在非均匀区域固定野调强放射治疗计划的影响，应用 IDC 模式固定野调强放射治疗计划与不应用 IDC 模式固定野调强放射治疗计划的 CI 和 HI 分别为 1.142、0.090 和1.055、0.067,说明 IDC 模式的应用提高了头颈部肿瘤的计划质量。ErgIn 等16对 10 例腹部食管癌和10 例胸部食管癌患者 VMAT 计划在使用 AAA 算法下 IDC 模式对放射治疗计划的影响，结果显示，应用 IDC 模式计划在 CI 和 HI 等参数显著降低的同时，靶区的 D2、Dmean和机器跳数等参数明显改善，且 IDC 模式应用也显著降低了心脏 V30、脊髓 Dmax参数。Park 等17对 30 例不同部位的肿瘤患者进行IDC 模式的剂量学研究，结果显示，应用 IDC 模式可以获得更好的靶区适形度。综上所述，应用 IDC 模式可提高食管癌 VMAT计划质量，同时降低心脏等正常组织的照射剂量。因此，推荐临床选择应用 IDC 模式对食管癌 VMAT计划进行剂量计算。参考文献1 Zheng RS,Zhang SW,Zeng HM,et al.Cancer incidence and mortality in China,2016J.J Nat Cancer Center,2022,2(1):1-9.2 中华人民共和国国家卫生健康委员会医政医管局.食管癌诊疗指南（2022年版）J.中华消化外科杂志，2022，21（10）：1247-1268.（下转第 22 页）22医疗装备 2024 年 2 月第 37 卷第 4 期 Medical Equipment,February.2024,Vol.37,No.49 张轴，陈文，周选明.高场强核磁共振和 CT与小肝癌疾病检出率及病理分期的关系研究 J.实用医院临床杂志，2020，17（3）：95-98.10 王海筠，吴景玲，吕晓娟，等.超声造影鉴别诊断原发性肝癌和肝血管瘤及肿瘤发生转移的危险因素 J.分子影像学杂志，2021，44（3）：536-540.11 蒿景龙，于建奇，赵丹蕾，等.DCE-MRI 功能成像参数对原发性肝细胞癌和肝转移瘤的鉴别诊断价值 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