中国辐射卫生  2021, Vol. 30 Issue (3): 321-325  DOI: 10.13491/j.issn.1004-714X.2021.03.013

引用本文 

何瑞欣, 袁维, 许超, 张月美, 韩杨鹏, 唐丰文, 龚拓拓, 王慧涛. Monaco系统鼻咽癌VMAT计划两种优化方式的剂量学对比[J]. 中国辐射卫生, 2021, 30(3): 321-325. DOI: 10.13491/j.issn.1004-714X.2021.03.013.
HE Ruixin, YUAN Wei, XU Chao, ZHANG Yuemei, HAN Yangpeng, TANG Fengwen, GONG Tuotuo, WANG Hu​​​​​​​it​​​​​​​ao. Comparative study of dose distributions calculated by dual optimization modes of Monaco system by volumetric modulated arc therapy of nasopharyngeal carcinoma[J]. Chinese Journal of Radiological Health, 2021, 30(3): 321-325. DOI: 10.13491/j.issn.1004-714X.2021.03.013.

通讯作者

王慧涛，E-mail：aywht@139.com

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收稿日期：2021-01-23
Contents              Abstract              Full text              Figures/Tables              PDF
Monaco系统鼻咽癌VMAT计划两种优化方式的剂量学对比
何瑞欣 1, 袁维 1, 许超 1, 张月美 1, 韩杨鹏 1, 唐丰文 1, 龚拓拓 1, 王慧涛 2     
1. 西安交通大学第一附属医院，陕西 西安　710061;
2. 安阳市肿瘤医院，河南 安阳　455001
收稿日期：2021-01-23
作者简介：何瑞欣（1991—），女，河南虞城人，技师，从事放疗计划的设计和加速器质控工作，E-mail：heruixinmingren@163.com.
通讯作者：王慧涛，E-mail：aywht@139.com.
摘要：目的 比较在鼻咽癌放疗患者同步推量VAMT计划设计中，Monaco系统Pareto （靶区优先）和Constrained （危及器官优先）2种模式的剂量学差异，为以后的模式选择提供参考。方法 选取20例鼻咽癌放疗患者，在同一CT定位图像上分别进行Pareto和Constrained模式的计划设计。PGTV、PTV1、PTV2靶区的处方剂量分别为70.29、60.39Gy和 54.45 Gy，每周5次，同步推量33次。在肿瘤靶区95%体积达到处方剂量的条件下，比较二者计划靶区相关参数，危及器官的剂量分布，MU （总机器跳数）和Segments （计划子野数）等差异。结果 Constrained组的PGTV、PTV1、PTV2的均匀性指数HI和适形指数CI优于Pareto组，其中PGTV和PTV1的CI值两组间有统计学差异（P < 0.05)；脑干外扩、脊髓外扩、右侧晶体、右侧视神经、垂体的最大剂量，腮腺 V30，颞颌关节 V50 Constrained计划优于Pareto计划，其中脊髓外扩和右侧腮腺V30剂量具有统计学差异性（P < 0.05)；总机器跳数和计划子野数差异无统计学意义（ P > 0.05）。结论 在Monaco系统的鼻咽癌同步推量的放疗计划中，Constrained组的靶区适形度更好，危及器官的保护更优，建议在鼻咽癌放疗计划设计时选择Constrained模式。
关键词：鼻咽癌    容积旋转调强    优化模式    剂量学对比    
Comparative study of dose distributions calculated by dual optimization modes of Monaco system by volumetric modulated arc therapy of nasopharyngeal carcinoma
HE Ruixin 1, YUAN Wei 1, XU Chao 1, ZHANG Yuemei 1, HAN Yangpeng 1, TANG Fengwen 1, GONG Tuotuo 1, WANG Hu​​​​​​​it​​​​​​​ao 2     
1. The First Affiliated Hospital of Xi’an Jiaotong University, Xi'an 710061 China;
2. Anyang Tumor Hospital, Anyang 455001 China
Corresponding author: WANG huitao, E-mail: aywht@139.com.
Abstract: Objective To compare the dosimetric differences in volumetric modulated arc therapy (VMAT) of Monaco planning system for nasopharyngeal carcinoma between Pareto and Constrained optimization in order to provide a reference for future mode selection. Methods Select 20 patients with nasopharyngeal carcinoma whom were calculated by Pareto and Constrained modes in the same CT image. Prescription dose of target PGTV, PTV1 and PTV2 was 70.29、60.39 and 54.45 Gy with 33 fractions, 5 times a week. The differences in target dose, organs at-risk dose, monitor units and segments were compared in the condition of 95% of the target volume reached the prescribed dose. Results Compared with Pareto group, Constrained group achieved a better HI and CI. CI of PGTV and PTV1 signed statistical differences (P < 0.05). Dose of OARs in Constrained group were all lower than those in Pareto group except Optical-l and lens-l. The differences of spinal cord prv dose and V30 of Parotid-r between two groups was significant (P < 0.05) while the differences of monitor units and segments between two groups was not significant ( P > 0.05). Conclusion The length of middle turbinate is negatively correlated with the occurrence and severity of CMS. There is no significant correlation between the degree of curling and the occurrence of CMS, but patients with lower degree of curling of middle turbinate may have more serious CMS.
Key words: Nasopharyngeal Carcinoma    VMAT    Optimization Mode    Dosimetric Comparison    

鼻咽癌（nasopharyngeal carcinoma，NPC）是我国常见的头颈部恶性肿瘤，在我国南方两广地区尤其高发，发病率和死亡率高于世界平均水平（1.2/10 万，0.7/10 万）[1]。鼻咽癌对射线高度敏感，放射治疗成为鼻咽癌首选的治疗方式。容积旋转调强放射治疗（Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT）[2-3]技术是当今放疗领域较新、较先进的治疗技术。与固定野调强相比，在获得较好的剂量分布的同时，VMAT的治疗时间短、机器跳数少，具有明显的临床应用优势。本计划采用医科达公司Monaco治疗计划系统，运用的蒙卡（XVMC）剂量算法可进一步提高剂量计算分布的准确性[4-5]。在进行VAMT计划设计时，Monaco系统有Pareto（靶区优先）和Constrained（危及器官优先）2种模式可供选择。因尚无有关鼻咽癌VMAT计划2种模式剂量学比较的相关文献，本研究将对比同一鼻咽癌计划下2种模式的剂量学差异，为以后的模式选择提供参考。

1 材料与方法 1.1 一般资料

选择西安交通大学第一附属医院放疗科2019年5月—2020年1月行VMAT治疗的20例鼻咽癌患者。其中，男13例，女7例，中位数年龄51岁（24～69岁）。

1.2 仪器设备与计划系统

治疗设备采用瑞典医科达公司的Versa HD直线加速器，配备80对多叶准直器（M LC）。计划系统为Monaco（Elekta，Inc. Sweden. Version: 5.11.02）工作站，剂量计算采用蒙卡（XVMC）剂量算法。

1.3 定位方法

患者仰卧位，采用头颈肩热塑膜与头枕固定，在荷兰 Philips大孔径 16排 CT模拟定位机上进行扫描，层厚3 mm，扫描完成后把图像传至计划系统。

1.4 靶区和危及器官勾画

根据 ICRU 83号[6-7]，原发肿瘤GTVnx及咽后转移淋巴结的计划靶区GTVnd为肿瘤体积GTV，原发肿瘤极有可能受侵的邻近区域或极有可能转移的区域为高危临床肿瘤区为CTV1，根据肿瘤的生物学行为推断的可能出现转移的淋巴结区域为低危临床肿瘤区为CTV2。本文20例病人GTV由原发肿瘤GTVnx和转移淋巴结GTVnd组成，外扩5 mm得到PGTV，CTV1和CTV2分别外扩3 mm得到PTV1和PTV2。

1.5 剂量设定和计划设计

按照国内多数研究中心使用的鼻咽癌UICC分期，选择Ⅱ期和Ⅲ期的鼻咽癌病人20例纳入本实验。采用同步推量放疗33分/次，PGTV、PTV1、PTV2的处方剂量分别为70.29、60.39 Gy和 54.45 Gy，每天1次，一周5次。计划为双弧VMAT计划，控制点最大值150，计算网格3 mm，区域分割30°，剂量率 0～600 MU/min 可调。同一优化条件下进行Constrained和Pareto 2种模式的剂量优化。

1.6 评估方法

所有计划均以 95%以上PTV满足处方剂量进行归一，即PGTV、PTV1和PTV2 95%以上体积需满足处方剂量。通过剂量体积直方图（dose volume histogram，DVH）对2组计划受照剂量进行分析。靶区剂量评估参数包括最大剂量Dmax、最小剂量Dmin、平均剂量Dmean、均匀性指数（Homogeneity Index，HI）、适形度指数（Conformity Index，CI）和靶区受处方剂量110%的体积V110。Vx表示 X Gy等剂量线所包绕靶区体积。HI = （D2 − D98）/Dp × 100 %，D2表示2%靶区体积受到的最大剂量，D98表示98%靶区体积受到的最低剂量，Dp表示计划给予的处方剂量。CI = （Vt，ref /Vt）× （Vt，ref /Vref）[8]，Vt为靶区体积，Vt，ref为参考等剂量线包绕的靶区体积，Vref为参考等剂量线包绕的所有区域的体积。危及器官（Organs At Risk，OARs）的评估指标包括脑干外扩、脊髓外扩、晶体、视神经、视交叉、垂体的最大剂量，腮腺V30和颞颌关节V50。此外评估参数还包括总机器跳数和计划子野数。

1.7 统计方法

采用 SPSS19 统计软件进行数据处理，数据以均数 ± 标准差表示，对2种计算结果进行配对t检验，P< 0.05表示差异有统计学意义。

2 结　果 2.1 靶区的剂量参数差异

2种优化方式的靶区剂量比较见表 1。可以看到，Constrained组计划PGTV、PTV1和PTV2的Dmax、Dmin、Dmean 和V110的值均低于Pareto组计划，其中PGTV Dmax、Dmin、Dmean，PTV1 Dmax、Dmean 和PTV2 Dmean2组间具有差异性（P < 0.05）。Constrained组的 CI和HI均优于Pareto组，其中PGTV和PTV1的CI值2组间有差异（P < 0.05），其余参数差异无统计学意义（ P > 0.05）。

2.2 危及器官的剂量差异

使用 Constrained 与 Pareto 优化后2组间危及器官剂量差异对比见表 2。Constrained计划中脑干外扩、脊髓外扩、右侧晶体、右侧视神经、垂体的最大剂量，两侧腮腺V30，颞颌关节 V50的值均低于Pareto计划，其中脊髓外扩和右侧腮腺V30 2组间差异有统计学意义（P < 0.05），其余参数2组间差异无统计学意义（ P > 0.05）。

表 1 Constrained与 Pareto 2种优化方式的靶区剂量差异（ $\bar{{x}} \pm {{s}}$ ，n = 20） Table 1 Dose differences in target volumes between Constrained and Pareto optimization plans

表 2 Constrained与 Pareto 2种优化方式的危及器官剂量差异（ $\bar{{x}} \pm {{s}}$ ，n = 20） Table 2 Differences of OARs dose between Constrained and Pareto optimization plans
2.3 总机器跳数和计划子野数

2种优化方式的机器参数见表3。MU（总机器跳数）和Segments（计划子野数）差异无统计学意义（P > 0.05）。

表 3 Constrained与 Pareto 2种优化方式的机器参数差异（ $\bar{{x}} \pm {{s}}$ ，n = 20） Table 3 Differences in machine parameters between Constrainedand Pareto optimization plans
3 讨　论

鼻咽癌病理学类型多为低分化鳞癌，恶性程度高，易侵犯周围组织，发现时多伴随颈部淋巴结转移，因其对射线敏感度高，鼻咽癌患者除非具有明显放疗禁忌症，一般情况下均应给与放射治疗[9]。作为一种新的调强放疗技术，VMAT在出束过程中也能实现机架旋转和MLC多叶光栅的连续移动，再加上连续变化的大剂量率，大大缩短了治疗时间，减少了患者治疗中体位移动造成的摆位误差，并提高了肿瘤的生物学效应[10-11]。

医科达公司的Monaco治疗计划系统，在进行VAMT计划设计时，有Pareto和Constrained 2种模式可供选择。Pareto模式侧重靶区，优先满足靶区剂量后再对OARs进行限量，因而对OARs的约束会适当放松。Constrained模式则优先限制OARs的剂量，在OARs不超量的基础上寻找满足靶区剂量的结果，因而对OARs的保护更优。曹洋森等[12]研究对比了前列腺癌VMAT计划中2种模式的剂量差异，结果表明Pareto模式可以获得更好的剂量分布，Constrained组对危及器官剂量的降低没有起到太大作用。谢红亮等[13]研究了食管癌VMAT计划中2种模式的剂量差异，结果显示2种模式下优化得出的计划参数差别不明显，均可获得较好的剂量分布，满足临床应用。但本研究的结果显示，虽2种模式均可获得符合临床要求的放疗计划，但Constrained组的PGTV、PTV1和PTV2剂量在满足临床需求的同时，其适形度优于Pareto组，且Constrained组的脊髓外扩和右侧腮腺剂量显著低于Pareto组，Constrained模式对重要器官的保护更优。

分析原因发现，造成2种模式优化结果出现差异可能跟靶区相对OARs的位置和对OARs的限制程度有关。对于前列腺癌，其Pareto组的直肠V30和V40的值较Constrained组增大，推测Pareto组射线可能更多的由肿瘤后方打入靶区，增大了直肠的照射剂量，因而获得了更好的剂量分布。而对于食管癌，因治疗需要控制肺部照射剂量，射线穿射的角度会受大幅限制，没有更多的剂量入射角度来调整优化权重，因而2种模式的优化结果差异不大。而对于鼻咽癌病人，因靶区剂量通常要达到70 Gy，且周围紧挨着脊髓、脑干、晶体、视神经和视交叉等重要危险器官，这些器官都需要严格控制限量。Constrained模式优先限制OARs的优势得以体现。而Pareto模式将靶区剂量的累积作为首要条件，优先满足靶区剂量的结果使紧邻OARs的剂量容易超限值，为了控制OARs剂量，靶区剂量只能从OARs的间隙穿过进入靶区，造成靶区适形度较差，OARs的保护也较差。

上述这些研究表明2种优化参数在不同部位的肿瘤中运算结果表现不同，提示在临床应用中要根据肿瘤位置选择合适的优化模式。本研究中虽然Constrained模式相比Pareto模式对危及器官的保护更好，但仅有脊髓外扩和右侧腮腺V30 2组间差异有统计学意义，其余器官差异不明显，这是否跟病例数不足有关还需进一步研究。另外，不同剂量计算模式下的QA验证结果有何不同，还需进一步研究。

综上，本研究结果提示，在使用Monaco系统进行鼻咽癌VMAT计划运算时，可考虑使用Constrained模式，在危及器官保护更好的情况下也能获得更好的靶区适形度。

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