马天斌，蒋振东，俞海东，张汉雄，胡丹，陈意标

梅州市人民医院（黄塘医院）放射治疗室，广东梅州514031

前言

鼻咽癌是我国常见恶性肿瘤之一，放疗为首选治疗方式［1］，其所在位置解剖结构复杂，靶区周围重要器官较多，且靶区形状复杂［2］。经过数十年放疗设备和放疗技术的更新，以及临床经验的累积，鼻咽癌放疗后5年生存率由15%～25%提高到80%左右［3］。调强放射治疗（Intensity-Modulated Radiation Therapy,IMRT）技术是目前鼻咽癌放疗的主要技术，其中多叶准直器（Multi-Leaf Collimator,MLC）是医用直线加速器的重要组成部分，是实现三维适形和三维调强放射治疗的重要设备［4］。目前放疗医用直线加速器中使用MLC 宽度（等中心处投影）主要有1.0 和0.5 cm，而0.5 cm MLC 是各加速器厂家新开发的产品，正在被各放疗中心推广使用。本研究主要比较本院同一厂家（医科达）两种规格MLC（等中心处投影0.5 和1.0 cm）在鼻咽癌静态调强计划设计中剂量学方面差别，总结新款0.5 cm MLC 在鼻咽癌患者计划中是否有显著优势。

1 资料与方法

1.1 患者资料

随机选取本院2016年至2018年间鼻咽部原发肿瘤放疗患者31 例治疗方案进行回顾性研究，其中男24 例，女7 例，年龄31～68 岁，中位年龄53 岁。所有患者采用RTOG2008分期：T1期4例，T2期7例，T3期13 例，T4 期7 例，均无远处转移（M=0）；使用Pinnacle3计划系统22 例，Monaco 计划系统9 例，全部首次接受放射治疗。所有治疗方案的选择都告知患者，取得患者知情同意。

1.2 设备

本次使用射野模型1 对应医科达加速器Precise，配备40对1.0 cm 宽多叶准直器系统MLCi；射野模型2 对应医科达加速器Synergy-S，配备80 对0.5 cm 宽新型多叶准直器系统Agility。计划设计采用飞利浦公司计划系统Pinnacle39.8 版本和医科达计划系统Monaco 5.11 版本。图像扫描采用GE 公司大孔径CT590 RT。

1.3 靶区和危及器官勾画

所有患者采用仰卧位，双手置于体侧，使用头颈肩膜固定，图像采用同一大孔径CT 扫描，扫描层厚2.5 mm，范围自头顶到锁骨下约5 cm，分平扫和增强两个序列，所有靶区和危及器官由医生根据ICRU 83号报告标准勾画，包括鼻咽部原发灶肿瘤（Gross Tumor Volume,GTVnx）、左侧高危颈淋巴结（GTVnd1）、右侧高危颈淋巴结（GTVnd2）、临床靶区（Clinical Tumor Volume,CTV）（肿瘤周围极可能受侵的邻近区域或极可能转移的区域，高位区）、临床靶区CTV2（根据肿瘤生物学行为推断可能会出现淋巴结转移的区域，选择照射区）和对应的计划靶区PGTVnx、PGTVnd1、PGTVnd2、PCTV、PCTV2 及危及器官晶体、视神经、视交叉、脑干、颞叶、颞颌关节、中耳、脊髓、腮腺、喉等。

1.4 计划设计

所有患者原计划全部经主治医师验收合格用于患者治疗，由同一物理师设计，采用6 MV 高能X 射线、9 野（160°、120°、80°、40°、0°、320°、280°、240°、200°）共面等中心设计，拷贝原计划保留原计划射野参数、目标函数和优化条件，分别使用两种加速器射野模型重新优化计算，不做局部二次优化，子野总数、最小子野面积和最小子野跳数统一使用80 个、5 cm2和5 MU。靶区处方剂量PGTVnx（T3-T4 期）：73.92 Gy/33 f；PGTVnx（T1-T2 期）：69.96 Gy/33 f；PCTV：60.06 Gy/33 f；PCTV2：50.96 Gy/28 f，放疗每周5 次，保留原计划处方归一值，处方位置PGTVnx，覆盖体积范围95%～99%，均值96.2%。其中9 例患者颈部二三区有淋巴结所以没有PCTV2。

1.5 数据记录

记录每个计划跳数（Monitor Unit,MU），通过剂量体积直方图（Dose Volume Histogram,DVH）和等剂量曲线记录靶区体积、处方剂量体积和处方剂量覆盖靶区体积，计算适形度指数（Conformal Index,CI）和均匀性指数（Homogeneity Index,HI），记录晶体等危及器官的最大剂量（Dmax）、体积剂量、平均剂量（Dmean）。CI=Vtref2/(Vt×Vref)，其中，Vtref表示处方剂量覆盖靶区体积，Vt表示靶区体积，Vref表示处方剂量体积，CI 值范围0～1，CI 值越大，适形度越高。HI=D5/D95，其中，D5表示覆盖靶区5%体积的剂量，D95表示覆盖靶区95%体积的剂量，HI 值范围≥1，HI 值越小，均匀性越好。

1.6 统计学方法

使用SPSS22.0 软件对全样本和每个计划系统（Pinnacle3,Monaco）样本分别进行处理分析，符合正态分布的计量资料用均数±标准差表示，两组间比较采用独立样本t检验，P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 全样本分析结果

两组计划靶区（PGTVnx、PCTV2）CI差异有统计学意义（P=0.000、0.004），模型2 计划优于模型1 计划；靶区（PGTVnx、PCTV、PCTV2）HI 差异有统计学意义（均P=0.000），模型2 计划优于模型1，如表1所示，其中靶区PCTV的CI差异无统计学意义（P=0.075），但模型2 均值优于模型1。即在相同处方要求、射野参数、目标函数和优化条件下，Agility 0.5 cm MLC可以显著提升靶区适形度和均匀性；危及器官中右侧视神经和视交叉Dmax、左侧颞叶和右侧颞颌关节Dmean、左右腮腺V30、气管和脊髓及脊髓PRV（Planning Risk Volume,PRV）的Dmean差异有统计学意义（P＜0.05），模型2 优于模型1（对应P=0.032、0.001、0.000、0.002、0.010、0.015、0.003、0.032、0.047），即计划中使用Agility 0.5cm MLC 时，这些危及器官可以获得更多增益，其他危及器官和MU差异无统计学意义（P＞0.05）。

表1 基于两种模型和两种计划系统设计计划的参数统计分析结果（± s）Tab.1 Results of parameter statistical analysis of plans based on two beam models and two treatment planning system (Mean±SD)

表1 基于两种模型和两种计划系统设计计划的参数统计分析结果（± s）Tab.1 Results of parameter statistical analysis of plans based on two beam models and two treatment planning system (Mean±SD)

全样本Pinnacle靶区和危及器官参数Agility（模型2）MLCi（模型1）t值P值Monaco Agility（模型2）MLCi（模型1）t值P值t值P值Agility（模型2）MLCi（模型1）1 005.5±226.6 0.759±0.065 1.056±0.013 0.853±0.027 1.252±0.039 0.826±0.037 1.071±0.010 5.754±1.154 5.720±1.232 43.477±15.253 42.668±14.266 42.954±14.059 73.195±5.822 16.950±4.942 73.739±5.533 17.633±5.763 62.143±7.537 0.899±1.251 3.090±2.986 28.438±3.610 56.481±7.599 40.139±6.183 57.818±7.989 41.496±7.845 0.742±0.061 1.064±0.019 0.823±0.091 1.263±0.041 0.812±0.036 1.082±0.013 5.891±1.076 5.824±0.914 44.614±13.538 44.063±13.904 45.909±13.454 73.686±5.574 17.534±4.957 74.027±5.377 17.999±5.017 61.612±7.530 0.939±1.434 3.097±3.027 28.464±3.956 56.606±7.548 39.752±6.466 57.590±8.402 40.298±7.655 PGTVnx PCTV PCTV2晶体CI HI CI HI CI HI Dmax_L/Gy Dmax_R/Gy 4.582-4.710 1.848-11.009 3.243-9.127-1.732-0.952 2.794 17.145-0.380-6.091 2.121-9.722-1.793 0.057 0.023 0.000 0.714 0.000 0.101 0.001 0.111 0.956 0.000 0.000 0.075 0.000 0.004 0.000 0.094 0.349 3.646-3.009-0.324-9.073 2.568-7.472-0.799-1.488 0.002 0.007 0.749 0.000 0.021 0.000 0.433 0.152视神经Dmax_L/Gy -1.675 0.104-0.338 0.744-1.712 0.102 Dmax_R/Gy -2.244 0.032-1.680 0.132-1.621 0.120视交叉Dmax/Gy -3.702 0.001-1.679 0.132-3.264 0.004颞叶Dmax_L/Gy -1.894 0.068-1.558 0.158-1.266 0.219 Dmean_L/Gy -4.306 0.000-2.070 0.072-3.734 0.001 Dmax_R/Gy -0.982 0.334-3.095 0.015 0.221 0.827 Dmean_R/Gy -0.981 0.002 0.813 0.440-4.838 0.000脑干Dmax/Gy 1.378 0.178-0.029 0.977 1.569 0.132 V60/%V54/%-0.193-0.032 0.848 0.975 0.612 0.036 0.558 0.972-0.263-0.044 0.795 0.965 Dmean/Gy -0.135 0.894 0.400 0.699-0.543 0.593颞颌关节Dmax_L/Gy -0.332 0.742-0.051 0.961-0.352 0.728 Dmean_L/Gy 0.807 0.426 0.606 0.561 0.563 0.580 Dmax_R/Gy 0.530 0.600 0.111 0.915 0.537 0.597 Dmean_R/Gy 2.964 0.006 0.762±0.052 1.244±0.037 0.841±0.039 1.244±0.037 0.803±0.054 1.073±0.018 6.566±1.725 6.537±1.827 45.104±15.033 44.440±14.872 44.061±16.547 70.920±5.848 17.347±6.085 71.581±6.817 18.988±7.849 60.855±9.148 0.743±1.159 2.777±3.079 29.729±3.968 57.624±7.589 39.061±5.966 60.712±8.262 41.369±4.172 0.738±0.052 1.061±0.010 0.855±0.111 1.255±0.039 0.787±0.054 1.090±0.019 6.869±1.501 6.520±1.162 45.485±13.718 46.133±14.193 46.742±15.337 71.620±6.296 17.948±5.979 72.769±6.840 18.069±5.711 60.873±8.532 0.693±1.049 2.769±3.063 29.551±4.310 57.659±7.685 38.538±5.991 60.630±9.261 39.763±4.210 1.960 0.086 0.758±0.071 1.058±0.013 0.858±0.020 1.255±0.040 0.833±0.028 1.070±0.008 5.422±0.608 5.386±0.701 42.811±15.642 41.943±14.304 42.502±13.317 74.126±5.681 16.788±4.548 74.621±4.818 17.079±4.781 62.669±6.947 0.963±1.307 3.218±3.011 27.910±3.407 56.014±7.731 40.579±6.352 56.634±7.753 41.547±9.015 0.743±0.014 1.065±0.022 0.872±0.207 1.267±0.042 0.820±0.026 1.080±0.010 5.490±0.465 5.540±0.621 44.257±13.772 43.216±14.030 45.568±12.983 74.531±5.168 17.364±4.623 74.542±4.746 17.970±4.851 61.914±7.276 1.040±1.576 3.231±3.074 28.019±3.817 56.175±7.630 40.249±6.721 56.346±7.912 40.517±8.763 2.201 0.039 1 005.4±185.0机器跳数MU 0.010 0.992 718.5±163.8 777.2±115.5-2.495 0.037 1.673 0.109 1122.9±115.5 1098.7±111.2

续表1

2.2 计划系统组样本结果

Monaco 计划系统中，两组计划靶区（PGTVnx、PCTV、PCTV2）HI 差异有统计学意义（P=0.000、0.000、0.001），模型2 优于模型1；靶区PGTVnx 的CI差异有统计学意义（P=0.023），模型2优于模型1。其中靶区（PCTV、PCTV2）CI差异无统计学意义（P＞0.05），如表1所示。危及器官中右侧颞叶Dmax、左右腮腺V30和MU 差异有统计学意义（对应P=0.015、0.011、0.021、0.037），模型2优于模型1，即在Monaco计划系统中设计计划使用Agility 0.5 cm MLC，这些危及器官可以获得更多增益，其他危及器官及MU差异无统计学意义（P＞0.05）。在Pinnacle 计划系统中，两组计划靶区（PGTVnx、PCTV、PCTV2）HI差异有统计学意义（P=0.007、0.000、0.000），模型2 优于模型1；靶区（PGTVnx、PCTV2）CI 差异有统计学意义（P=0.002、0.021），模型2 优于模型1。其中靶区PCTV 的CI 差异无统计学意义（P＞0.05），如表1所示。危及器官中视交叉Dmax，以及左右颞叶、右侧颞颌关节、右侧中耳、左侧腮腺、脊髓、脊髓PRV 和气管的Dmean差异有统计学意义（P=0.004、0.001、0.000、0.039、0.017、0.003、0.032、0.047、0.003），模型2优于模型1，其他危及器官及MU差异无统计学意义（P＞0.05）。

3 讨论

放疗技术的发展很大程度上依赖放疗设备的发展，医用直线加速器是放疗使用的主流设备之一，所以说放疗技术的发展很大程度上依赖于多叶准直器MLC发展，放疗技术的发展方向是为了提高靶区剂量（包括适形度和均匀性），降低正常组织剂量，对应MLC的发展方向就是更薄、更低的穿射、漏射，叶片的宽度决定了射野与靶区几何适形度，越薄适形度越好［5］，而穿射、漏射影响半影的宽度，半影则影响靶区边缘剂量［6］。此次研究结果显示，模型2 Agility机头在计划中提升靶区适形度和均匀性具有统计学意义，数据如表1所示。Agility机头配备了80 对160 片0.5 cm MLC，运动速度更快（6.5 cm/s，MLCi是2.0 cm/s），单侧叶片可以到达对侧15.0 cm（MLCi是12.5 cm），可以有效缩短治疗时间，形成更丰富的子野形状，如孤岛野，如图1所示。Zhang等［7-8］在研究中也证明了此点。Agility机头MLC拥有更低的穿射比，经过测量，Agility 机头MLC 穿射比为0.59%（MLCi是3.13%），这些都是提高靶区适形度和均匀性的基础。Ryota等［9］通过测量和蒙卡模拟Agility机头得到MLC的最大穿射比为0.45%和0.46%，可以降低IMRT和VMAT野漏射剂量。杨超凤等［2］在研究鼻咽癌放疗选用配置小叶片MLC结构的加速器，能获得更好的靶区适形度和靶区剂量均匀性。黄娜等［10］在研究AAPM 119号报告标准模体靶区时，得出Agility机头0.5 cm MLC在C形、头颈和多靶点靶区计划中剂量指标CI和HI等多优于1.0 cm MLCi2系统，且在剂量限值要求比较苛刻的情况下，0.5 cm MLC可以更好地达到目标要求。Zhang等［11-14］在研究头颈和乳腺计划中也得出了相似的结果，Agility MLC能够改善靶区适形性和均匀性，能有效缩短治疗时间。此次研究中危及器官晶体、脑干、中耳、颞颌关节（早期未侵犯时）、脊髓和脊髓PRV的Dmax等差异无统计学意义，通过观察，这些危及器官（除了脑干）距离靶区相对比较远，两种MLC都可以轻松达到临床剂量限值要求。其中脑干比较特殊，在肿瘤分期比较晚时常靠近靶区PCTV，脑干的体积比较大，在靶区适形度提高的情况下无差异，说明计划使用模型2时靠近脑干的靶区边缘剂量跌落梯度增加。在表1中，统计结果显示多数危及器官剂量均值模型2优于模型1，即在使用模型2计划中并没有因为提高靶区适形度和均匀性而增加正常组织剂量。危及器官中视神经、视交叉、左右腮腺V30和气管等受量差异有统计学意义（P＜0.05），通过观察，这些危及器官比较靠近靶区，其中视交叉可以充分反映MLC厚度对靶区剂量的影响，如图2所示，在靠近视交叉位置，模型2计划中一个叶片左右移动就可以很好地遮挡视交叉而不损失靶区剂量，在模型1中，如图3所示，移动一个叶片遮挡视交叉时也会挡去部分靶区，导致靶区欠量，反之视交叉就会超量，所以差异有统计学意义（P＜0.05）。左右腮腺常与靶区PCTV有重叠，与脑干相似，使用0.5 cm MLC计划在靶区与腮腺相接边缘区域的剂量跌落梯度增加，所以导致V30差异有统计学意义（P＜0.05），如图4和图5所示，红色标记圈内0.5 cm MLC比1.0 cm MLC遮挡更多腮腺，可以更好地保护腮腺，可以有效降低腮腺V30。Mohan等［15］在研究中也证实了0.5 cm MLC可以更好地适形靶区和保护危及器官。范廷勇等［16-17］在研究鼻咽癌计划时总结出，采用0.5 cm MLC会获得更好的剂量分布和适形度，且在较晚期鼻咽癌计划中，0.5 cm MLC不仅能够明显降低受侵危及器官的高剂量，而且可以带来更好的靶区剂量均匀性。气管处在靶区PCTV和PCTV2两侧翼之间，模型2叶片更薄，且靶区边缘的剂量梯度更大，所以气管平均剂量会更小，能够更好地保护气管，降低气管塌陷概率。Fiveash 等［18］也得到相同结果，0.5 cm MLC在处理靶区与危及器官距离很近时有明显优势。

图1 Agility机头形成的孤岛野（取自Monaco计划系统） Fig.1 Isolated beam field of Agility(from Monaco TPS)

图2 0.5 cm MLC射野BEV（取自Monaco计划系统，红圈内是视交叉位置）Fig.2 Field BEV with 0.5 cm MLC(from Monaco TPS,with the optic chiasma in the red circle)

图3 1.0 cm宽MLC射野BEV（取自Monaco计划系统，红圈内是视交叉位置）Fig.3 Field BEV with 1.0 cm MLC(from Monaco TPS,with the optic chiasma in the red circle)

图4 0.5 cm宽MLC射野BEV（取自Monaco计划系统，红圈内是腮腺位置）Fig.4 Field BEV with 0.5 cm MLC(from Monaco TPS,with the parotid gland in the red circle)

图5 1.0 cm宽MLC射野BEV（取自Monaco计划系统，红圈内是腮腺位置）Fig.5 Field BEV with 1.0 cm MLC(from Monaco TPS,with the parotid gland in the red circle)

在Monaco计划系统中，如表1所示，所有靶区均匀性指数HI 差异有统计学意义（P＜0.05），适形度指数CI 只有PGTVnx 差异有统计学意义（P＜0.05），其他靶区差异无统计学意义（P＞0.05）。危及器官中只有右侧颞叶Dmax左右腮腺V30和计划总MU 差异有统计学意义（P＜0.05），其他差异无统计学意义（P＞0.05）；而在Pinnacle3计划系统中除了靶区PCTV 的CI，其他靶区CI 和靶区HI 差异均有统计学意义（P＜0.05）。危及器官中视交叉Dmax，以及左右颞叶、右侧颞颌关节、右侧中耳、左侧腮腺、喉和气管的Dmean差异有统计学意义（P＜0.05），其他差异无统计学意义（P＞0.05）。说明不同计划系统对计划优化是有差异的，不同计划系统子野优化方法和剂量算法的不同会导致不同结果。Burmeister 等［19-20］在研究中也得到了相同结论。所以选择合适的计划系统下，0.5 cm MLC 在鼻咽癌调强计划中可以进一步提高靶区CI和HI，也能有效降低部分危及器官受量，可以进一步提高患者的预后生存质量。