廖超龙 秦 俭 吴丹玲

(广西壮族自治区人民医院肿瘤放疗科，南宁市 530021)

*通信作者

·论 著·

自动计划在宫颈癌调强放疗中的应用研究

廖超龙 秦 俭 吴丹玲*

(广西壮族自治区人民医院肿瘤放疗科，南宁市 530021)

目的 通过对比宫颈癌调强中自动计划(AP)方式与手工计划(MP)在计划靶区(PTV)和危及器官(OAR)的剂量学差异，探讨宫颈癌自动计划方式的可行性。方法 选取接受术前调强放射治疗的10例宫颈癌患者，进行CT模拟定位、靶区和危及器官勾画，用Pinnacle39.10治疗计划系统(TPS)对每一组CT图像同时设计AP与MP。在PTV的95%体积达到处方剂量的前提下，比较两种调强计划的剂量体积直方图(DVH)，分析靶区均匀性指数(HI)、适形度指数(CI)、OAR受照剂量以及计划时间。结果 AP与MP计划相比，在肿瘤区计划靶区(PGTV)的平均剂量Dmean稍有优势、在临床计划靶区(PCTV)的适形度上稍差，差异有统计学意义(P<0.05)。两种计划所有OAR的剂量学参数比较，差异无统计学意义(P>0.05)。在优化时间上AP明显优于MP，差异有统计学意义(P<0.05)。结论 AP在保证了计划一致性的同时节省了优化时间，能够提高计划效率。

宫颈癌；调强放疗；自动计划；手动计划

宫颈癌是妇科常见的恶性肿瘤，将近80%的宫颈癌患者需要接受放射治疗(简称放疗)[1]。调强放射治疗已经成为目前国内放疗的主要方式，在提高靶区剂量的同时能够很好地保护正常器官，降低危机器官的受照剂量[2]。以往静态调强治疗计划主要以手工设计射野角度、子野数量、最小子野面积、靶区剂量及权重因子、危机器官耐受量及权重因子等，该方式极大地考验物理师或剂量师的经验，投入的时间与精力直接影响计划的优异。近年开始出现带自动计划(AP)功能的治疗计划系统(TPS)，目前能够实现AP的方式主要有：①基于计算机循环优化算法，如pinnacle auto planning；②基于经验计划的AP[3]，如瓦里安的eclipse rapid plan；③通过自编程序使用脚本程序达到AP的功能[4-5]。本文基于pinnacle39.10 TPS，通过对10例宫颈癌患者的计划，对比分析AP与手工计划(MP)的截面剂量、剂量体积直方图(DVH)差异以及优化时间对比，讨论AP的可行性。

1 资料与方法

1.1 研究对象 选取2016年2月1日至2017年3月1日在广西壮族自治区人民医院接受术前调强放射治疗的10例同步加量治疗的宫颈癌患者，且经过至少3位有放疗资质的医生审核靶区与评估计划。根据FIGO分期，ⅠB 2期1例、ⅡA期2例、ⅡB期6例、ⅢB期1例。

1.2 CT模拟定位 患者采用俯卧头脚位，使用俯卧腹部体架，胸腹热塑膜，手臂上举于头顶。定位前2 h口服肠道显影造影剂，90 min后饮用清水500 mL，憋尿0.5 h以上，待膀胱充盈时用CT模拟定位机进行增强扫描。扫描层厚4 mm，范围自第二腰椎(L2)上缘至坐骨结节下缘2～5 cm。

1.3 靶区 勾画宫颈肿瘤区(GTV)临床靶区(CTV)涵盖GTV及淋巴引流区，包括髂内、髂外、闭孔和骶前淋巴结区域。GTV、CTV外扩5 mm作为计划靶区PGTV(Plan GTV)和PCTV(Plan CTV)。危及器官(OAR)包括膀胱、小肠、直肠、骨髓、左右股骨头。

1.4 剂量及评价 处方剂量及OARs限量靶区处方剂量如下：PGTV 5 300 cGy/25次；PCTV 4 500～4 750 cGy/25次。要求靶区95%以上靶区体积达到处方剂量。OARs评价指标参考QUANTEC[6]标准，评价平均剂量Dmean，体积评价指标采用V10、V20、V40和V45(接受xGy照射的体积)。

1.5 计划设计

1.5.1 AP 所有AP基于Elekta Synergy加速器设计。在TPS中打开模板库调取已经设计好的AP流程模板，模板中规定靶区单次处方剂量为PGTV 200 cGy, 95%体积达到，共25次；采用5野照射，角度分别为：220、280、0、80、140；X射线能量为6 MV，总子野数≤30个，最小子野面积≥10 cm2，最小子野跳数≥6 MU；计算网格为0.4×0.4×0.4 cm3； 剂量算法为自适应卷积算法，优化方式为直接机器参数优化(DMPO)。靶区及OAR优化参数设置如图1。

图1 优化参数设置

1.5.2 MP 所有MP由一名经验丰富的物理师完成。射野角度、子野总数、最小子野面积、子野跳数与AP相同；目标参数根据临床经验设置，并在计划过程中反复修改，然后反复再优化，直到继续优化至再无十分明显的改善为止。

1.6 计划评估 由主任医师对计划的截面剂量分布以及DVH进行评估，以确定所有计划的靶区以及OARs限量都能达到临床要求。然后根据ICRU83号报告文件，使用靶区最大受照剂量Dmax、最小受照剂量Dmin、平均受照剂量Dmean计算靶区剂量均匀指数(HI)，公式如下：

HI=(Dmax-Dmin)/Dmean

Dmax定义为2%靶区体积所接受的照射剂量，Dmin定义为98%靶区体积所接受的照射剂量，Dmean定义为50%靶区体积所接受的照射剂量。HI数值越小说明靶区均匀性越好。

计算适形指数(CI)：

CI=(VTref/VT) ×(VTref/Vref)

VTref为参考等剂量线所包绕的靶体积，VT为靶体积，Vref为参考等剂量线下的总体积，CI值区间范围0～1，越接近1表示靶区适形度越好。

膀胱与直肠V50≤50%；小肠(包含肠系膜)V45≤195cc；骨髓V10≤90%，V20≤80%；左右股骨头V50≤5%；同时评估所有靶区的平均剂量Dmean。

1.7 统计学方法 采用SPSS 20.0统计学软件进行数据分析。两种调强计划剂量差异采用独立样本t检验方法，数据结果用(x±s)表示。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 靶区和危及器官截面剂量分布 如图2所示为中心截面等剂量线分布，AP与MP相比较，对比4 000 cGy(浅蓝色)、4 600 cGy(玫红色)等剂量线发现适形度基本相同，PGTV(红色靶区)处方剂量5 300 cGy(黄色)，在AP中的适形度要略好于MP。

图2 某患者AP(左)计划与MP(右)计划中的剂量线分布

AP与MP对比，发现PGTV、PCTV、膀胱、骨髓的曲线基本重合，AP中直肠的保护效果更好，小肠在3 000 cGy～4 000 cGy区间稍差于MP，4 000 cGy以下左右股骨头稍高于MP。见图3。

注：-代表AP；…代表MP

图3 AP与MP中靶区与危及器官DVH图对比

2.2 两种计划方式的靶区剂量参数比较 AP与MP相比，靶区PGTV在平均剂量差异中有统计学意义(P<0.05)，相比之下AP的靶区均值Dmean更高，表明AP能够更好地达到靶区剂量；靶区PCTV在CI差异中有统计学意义(P<0.05)，表明MP中PCTV靶区适形度更好；其余对比项比较，差异无统计学意义(P>0.05)。见表1、表2。

表1 AP与MP两种方式对靶区PGTV受照剂量比较 (x±s)

表2 AP与MP两种方式对靶区PCTV受照剂量比较 (x±s)

2.3 两种计划方式的危及器官剂量参数比较 AP与MP相比，所有危及器官的剂量学参数结果比较，差异均无统计学意义(P>0.05)。见表3。

表3 AP与MP两种方式对危及器官受照剂量比较 (x±s)

2.4 两种计划方式的优化时间比较 AP的优化时间为(40.2±7.7)min，远少于MP的(108.5±22.0)min，差异有统计学意义(t=9.264，P<0.001)，且AP没有进行人工再次修正。

3 讨 论

调强技术应用在宫颈癌治疗中能够很好地满足靶区的适形度，且使靶区剂量分布均匀,能够很好地保护正常组织并减少并发症的发生[7]。AP功能是一种不断进行优化的算法，能够自动生成靶区、危及器官的辅助结构，并根据用户设定的优先级以及靶区与OAR之间的妥协关系来自动确定所有参数的权重值,在反复的运算中找到一个较为平衡的解，其模板参数可以在使用中随时修改保存，提高计划的效率。

本研究结果表明，AP与MP相比，PGTV在Dmax、Dmin、HI和CI方面差异无统计学意义(P>0.05)，在Dmean的差异有统计学意义(P<0.05)；PCTV在Dmax、Dmin、Dmean和HI方面，差异无统计学意义(P>0.05)；在CI方面，差异有统计学意义(P<0.05)；说明AP对于PGTV高剂量靶区具有更好的效果；但在PCTV靶区适形度上，MP稍有优势。OAR中膀胱V50、Dmean，直肠V50、Dmean，小肠V40、V45、Dmean，骨髓V10、V20、Dmean和左右股骨头V50、Dmean，其受照剂量比较，差异均无统计学意义(P>0.05)。

AP相比于MP可以在保证计划质量的前提下极大地减少计划优化时间。Kusters等[8]研究认为AP计划在头颈部肿瘤中的计划时间能从MP计划的4 h缩减至0.5 h以内。Hazell等[9]研究认为在头颈部计划中AP能在提高计划质量的同时节省优化时间,AP能够得到可以接受的DVH结果，但是建议继续进行MP调整以达到更好效果。

综上所述，AP不同于基于数据库模型的自动计划系统，其不需要建立数据库模型，同一个模板可以随时修改使用，在保证了计划效果一致性的前提下优化的时间更少，提高了计划的效率。本研究的AP没有进行MP再优化，而在实际工作中需要根据使用者的经验来判断是否需要在AP优化完成之后进一步进行MP调整，以达到最佳的计划效果。

[1] 杜霄勐，安菊生，吴令英，等.子宫颈癌体外放疗新进展[J].中华妇产科杂志，2013，48(9)：710-713.

[2] 肖 锋，李云海，王洪林，等.宫颈癌术后保护骨髓的调强放疗剂量学研究[J].中国癌症杂志，2013，23(3)：200-206.

[3] 黄付静，马长升，祝爱峰，等.基于先验知识的宫颈癌调强计划自动优化的可行性研究[J].中华肿瘤防治杂志,2015,22(23):1833-1836.

[4] 何垠波，张隆彬，肖江洪，等.鼻咽癌自动调强放疗计划设计的可行性[J].生物医学工程学杂志,2015,32(6):1288-1293.

[5] 柏朋刚.基于数据驱动的鼻咽癌调强计划自动化设计[J].医疗装备，2013,26(2):6-9.

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[7] 李兴兰,盛修贵.子宫颈癌调强放疗的研究进展[J].中华妇产科杂志,2014,49(9):710-712.

[8] Kusters M,Bzdusek K,Kumar P,et al. SU-E-T-590：Automate IMRT Planning in Pinnacle: A Study in Head‐And‐Neck Cancer[J].Med Phys,2013,40(6 Part 20):341.

[9] Hazell I,Bzdusek K, Kumar P,et al. Automatic planning of head and neck treatment plans[J].J Appl Clin Med Phys,2016,17(1):5901.

Application of automatic planning to intensity-modulated radiotherapy for cervical cancer

LIAOChaolong,QINJian,WUDanling*

(DepartmentofOncologyandRadiation，thePeople′sHospitalofGuangxiZhuangAutonomousRegion,Nanning,Guangxi530021,China)

Objective To compare the dosiology of planning target volume(PTV)and organ at risk (OAK) between automatic planning(AP) and manual planning(MP)of intensity-modulated radiotherapy (IMRT), thus to explore the feasibility of AP for cervical cancer.Methods Ten patients with cervical cancer who

preoperative IMRT were enrolled. CT simulation, target and OAR delineation were conducted. AP and MP were designed at the same time in each set of CT images using Pinnacle3 9.10 therapy planning system. On the basis of 95% PTV receiving prescription dose, the dose volume histogram was compared between the two intensity-modulated plans. Homogeneity index(HI), conformity index(CI), radiation dose of OAR and planning time were analyzed. Results The mean dose of the planning gross target volume was slightly superior but the conformity of planning clinical target volume was worse in AP compared to MP(P<0.05). There were no significant differences in the dosiology parameters of all OARs between the two plans(P>0.05). The optimization time of AP was significantly superior to that of MP(P<0.05). Conclusion AP not only maintains the conformity of planning but also can shorten the optimization time and improve the planning effectiveness.

Cervical cancer；Automatic planning； Manual planning

R 737.33

A

1673-6575(2017)04-0455-05

10.11864/j.issn.1673.2017.04.02

2017-04-22

2017-06-20)