随着计算机技术的进步及影像学的发展，宫颈癌的放射治疗手段迅速发展，肿瘤控制率逐步提高且副反应发生率逐渐降低^[1]。放射治疗的目的在于提高治疗增益比，即在提高肿瘤控制率的基础上，降低正常组织并发症的概率^[2-4]。治疗计划系统（Treatment planning system，TPS）中对于逆向调强计划（Intensity modulated radiation therapy，IMRT），计划的优化和剂量计算也在趋向于精准和快速计划的方向发展。然而，IMRT计划需要平衡靶区和危及器官之间的剂量需求。在临床实践中，这些过程通常由物理师通过手动调整不同目标的参数来完成。多目标优化（Multi-criteria Optimization，MCO）通过自动调制不同的目标，生成一组帕累托最优方案，与常规的优化方法比较，这种优化方法有较大的临床优势^[5-6]。本研究旨在分析速锐加速器(Halcyon)平台利用MCO治疗宫颈癌IMRT的计划质量和执行效率。

1 材料与方法 1.1 研究对象

回顾性分析2019年1月—2019年10月于山东省肿瘤医院进行宫颈癌放射治疗的15例患者，年龄范围在45～68岁，年龄中位数为52岁，诊断均经病理确认，全组Ⅰb～Ⅲc，其中宫颈鳞癌13例，宫颈腺癌2例，所有患者均采用俯卧位、腹盆固定器固定体位。

1.2 靶区定义和勾画

将患者定位图像三维重建，根据ICRU50、62号报告^[7-8]，临床医生勾画盆腔部肿瘤区、阳性淋巴结区和原发灶定义为临床靶体积（Clinical target volume，CTV），将CTV三维方向均匀外放0.5 cm得到计划靶区（Planning target volume, PTV），其 $\bar x \pm s$ 为（772.51±162.31） cm³。

1.3 加速器设备

速锐加速器（Halcyon，美国瓦里安公司，序列号：1122）：6 MV FFF模式，配有57对MLC，MLC厚度均为1 cm，叶片开合最大面积为28 cm × 28 cm。Halcyon加速器配备非晶硅电子射野影像设备（aSi EPID），设置于机头对侧，距离放射源154 cm。

1.4 治疗计划设计

根据ICRU50、62号报告^[7-8]，处方剂量为50.40 Gy，单次剂量1.8 Gy，共照射28次。膀胱和直肠可接受40%的体积受照剂量不超过40 Gy（V₄₀ < 40%），小肠可接受最大受照剂量不超过52 Gy，为了尽可能减少正常组织的受照剂量，调整剂量-体积优化约束，以满足目标剂量覆盖，并保护更多的危及器官（Organs of risk, OAR）。

所有计划均由美国Varian公司的Eclipse V15.5计划系统设计，射野中心为计划靶区的体积中心，Halcyon加速器6 MV FFF模式X射线照射，共面均分固定9野（0°、40°、80°、120°、160°、200°、240°、280°、320°）IMRT计划（设置使用低剂量5MU的兆伏级锥形束CT(MV conebeam CT，MV CBCT)，PO优化算法（Photon Optimizer，V15.5），AAA剂量算法（Anisotropic Analytical Algorithm，V15.5），计算网格为2.5 cm × 2.5 cm × 2.5 cm，所有计划均按照95%的处方剂量覆盖全部靶区体积进行归一。以靶区覆盖率95%以上且危及器官受量最低为目标，将IMRT计划多次优化，直至达到目标计划，记为Plan I；另将IMRT计划运用MCO进行优化计算，通过平衡膀胱、直肠和小肠的DVH曲线，使得计划的剂量指标达到目标，记为Plan MI。

1.5 计划评估

对Halcyon加速器平台设计的计划，分别从计划系统导出靶区和危及器官的剂量-体积直方图（Dose Volume Histogram，DVH）统计靶区的D₂和D₉₈，同时根据ICRU 83号报告^[9]，计算计划的均匀性（Homogeneity index, HI）^[6]和适形性（Conformity index, CI）^[6]，计算方法分别见公式1）和公式2）。

$ {{HI}}=\frac{D_{2}-D_{98}}{D_{{\rm{pres}}}} $

(1)

式中，D₂为包绕2%的靶区体积剂量，可被认为是“最大剂量”；D₉₈为包绕98%的靶区体积剂量，可被认为是“最小剂量”；D_pres为处方剂量。

$ {{CI}}= \frac{{V}_{PTV}}{{V}_{{\rm{pres}}}} $

(2)

式中，V_PTV为PTV的体积，V_pres为处方剂量包绕的体积。

危及器官统计股骨头、膀胱、直肠的D_mean、V₂₀、V_30、V₄₀和小肠的D_max，并统计各计划的总机器跳数（Monitorunit，MU）。使用机载EPID探测器采集图像信息，借助射野剂量图像预测算法(PDIP)重建二维剂量并与计划系统剂量分布比较，使用Portal Dosimetry的γ分析方法，评价指标为3 mm/3%和10%剂量阈值。

1.6 统计学分析

用SPSS 21.0软件对Plan I和Plan MI的剂量指标和计划效率指标进行Wilcoxon秩和检验分析，检验水准α = 0.05。

2 结　果 2.1 概述

基于Halcyon平台设计并归一处理的所有宫颈癌计划，在靶区覆盖和危及器官受照剂量保护方面均达到了临床要求（如图1和图2）。

2.2 靶区和危及器官评估

Halcyon平台设计的计划结果如表1和表2，所有计划的靶区指标均达到临床要求，MCO计算后的指标没有明显改变（P > 0.05）。

Plan I和Plan MI的危及器官剂量指标基本相同（见表2），对于膀胱、直肠和股骨头的平均受量，Plan MI分别比Plan I降低了0.76 Gy、1.27 Gy、3.89 Gy和0.74 Gy，且差异仅左股骨头的指标具有统计学意义（Z = −3.00, P < 0.05）。Plan I的小肠最大受量为（52.44 ± 0.13） Gy，Plan MI能够降到（51.93 ± 0.08） Gy，差异具有统计学意义（ Z = −2.69, P < 0.05）。

2.3 计划效率

经MCO优化后，Halcyon平台的IMRT计划MU数减少了2.2% (Z = −0.29, P > 0.05)。计划的剂量验证如 图3，计划通过率经γ分析均大于95%，且两组之间的差异均无统计学意义（Z = −0.04, P > 0.05）。Plan MI比Plan I的计划设计时间节省了34.04 min（Z = −3.69, P < 0.05），见 表3。

3 讨　论

IMRT是一种流行的肿瘤放射治疗技术，被越来越多地用于保护危及器官以及增加肿瘤剂量。射野内的射束强度可以根据需要进行调制，常规加速器使用的FF模式射束延长了治疗时间且射线利用率低。诸多报道研究了无均整射束的特性^[10-12]，Vassiliev等^[12]分析了加速器有无均整器2种模式的射束特性，FFF射束野外剂量降低，总散射因子随着射野改变的变化幅度减小，横向剂量曲线随深度改变的变化幅度变小，这些特性有利于保护正常组织。

多项研究表明，使用MCO可提高处理方案的性能，并可将用于优化的时间最小化^[13-17]。MCO通过迭代优化剂量分布，逆向调节了MLC和坞门的运行、剂量率的输出以及加速器束流的强度，使得加速器实施达到目标剂量分布的效果。在本研究中，选取了新型加速器模型Halcyon，分析了MCO的计划效率。结果表明，在对计划进行优化时，往往不能一次性把计划做到理想的状态，需要2～3遍重复优化，才能达到目标结果，这就需要花费大量计划设计时间。然而，在优化过程中，首先保证计划靶区满足临床要求，根据MCO迭代出不同的剂量计算解，平衡各危及器官的受量，选择剂量分布最优的计划，这一系列过程能节省46.7%的时间，显著提高了工作效率。其他的研究也表明，MCO调强放疗计划减少了肿瘤（如鼻咽癌^[18]、前列腺癌^[6]、非小细胞肺癌^[19]）和其他解剖部位肿瘤^[20-21]的计划优化时间和危及器官的受照剂量，而靶区的剂量覆盖度不变或更好，与本研究结果相符。MCO在运算过程中可以有效优化射野强度，MCO-IMRT计划的MU数更少，相同剂量率条件下降低了治疗时间，提高了射线束的利用率，提升了加速器运行效率，减少了漏射线和散射线的辐射风险，也降低了靶区移动的不确定度^[22]。

综上，MCO工具能够提高优化调整能力，明显缩短计划设计时间，提高工作效率。