鼻咽癌容积调强放疗参数选择与计划优化研究

1、第 PAGE22 页 共 NUMPAGES22 页-鼻咽癌容积调强放疗参数选择与计划优化研究鼻咽癌容积调强放疗的参数选择与计划优化研究肿 瘤 预 防 与 治 疗 2 0 1 2 年 第 2 5 卷 第 3 期 ? 1 3 5 ?临 床 研 究? ?鼻 咽 癌 容 积 调 强 放 疗 的 参 数 选 择 与 计 划 优 化 研 究1 , 2 1马 燕 , 邓 小 武 , 黄 劭 敏 , 陈 利 , 曹 午 飞 , 张 黎( 1 .华 南 肿 瘤 学 国 家 重 点 实 验 室 , 中 山 大 学 肿 瘤 防 治 中 心 放 射 治 疗 科 ,广 州 5 1 0 0 6 0 ; 2 .武 汉 大

2、学 物 理 科 学 与 技 术 学 院 , 武 汉 4 3 0 0 7 2 ) 摘 要 目 的 : 比 较 加 速 器 与 治 疗 计 划 系 统 ( T P S ) 不 同 运 行 参 数 选 择 对 容 积 调 强 放 疗 ( V M A T ) 计 划 质 量 与 运行 效 率 的 影 响 , 探 索 治 疗 计 划 设 计 的 优 化 方 案 。方 法 : 随 机 选 取 2 5 例 鼻 咽 癌 患 者 , 设 定 不 同 的 设 备 运 行 参 数 限 制条 件 , 进 行 同 步 加 量 的 V M A T 逆 向 计 划 设 计 , 比 较 各 参 数 对 靶 区 和 危 及 器

3、 官 剂 量 分 布 、 机 器 输 出 跳 数 ( M U ) 和 治 疗时 间 的 差 异 , 分 析 最 佳 组 合 条 件 。各 计 划 参 数 的 改 变 范 围 为 : 子 野 数 目 6 0 个 1 8 0 个 , 照 射 弧 1 弧 2 弧 , 最 大 剂 量率 ( D R ) 4 0 0 M U / m i n 1 2 0 0 M U / m i n , 最 小 剂 量 率 ( D R m i n ) 4 5 M U / m i n 1 5 0 M U / m i n 。结 果 : 随 子 野 数 增 加 , 计m a _划 质 量 明 显 提 高 , 且 M U 数 减 少

4、 , 但 照 射 时 间 显 著 增 加 ; 当 子 野 数 目 1 5 0 以 后 , 其 影 响 减 小 。受 测 试 系 统 双 弧 比 单弧 治 疗 计 划 的 靶 区 剂 量 适 形 度 和 均 匀 性 略 优 但 对 危 及 器 官 保 护 没 有 明 显 优 势 , 且 双 弧 治 疗 增 加 了 M U 数 和 照 射 时间 。在 测 试 的 数 值 范 围 内 D R 的 改 变 对 计 划 质 量 和 M U 数 均 无 影 响 , 治 疗 时 间 随 D R 的 增 加 而 减 少 ; 降 低m a _ m a _D R 可 以 改 善 计 划 质 量 和 减 少 M U

5、 数 , 但 延 长 了 治 疗 时 间 。结 论 : V M A T 计 划 质 量 和 运 行 效 率 受 子 野 数 目 和 最 小m i n剂 量 率 设 置 的 影 响 较 大 , 针 对 系 统 进 行 实 验 可 以 帮 助 确 定 最 佳 运 行 参 数 。 关 键 词 容 积 旋 转 调 强 ; 运 行 参 数 ; 剂 量 分 布 ; 效 率 中 图 分 类 号 7 3 9 ? 6 3 ; R 7 3 0 ? 5 5 文 献 标 识 码 A d o i : 1 0 ? 3 9 6 9 / j ? i s s n ? 1 6 7 4 ? 0 9 0 4 ? 2 0 1 2 ?

6、0 3 ? 0 0 2S t u d y o n P l a n n i n g P a r a m e t e r S e l e c t i o n a n d O p t i m i z a t i o n o f V o l u m e t r i cM o d u l a t e d A r c T h e r a p y ( V M A T ) f o r N a s o p h a r y n g e a l C a r c i n o m a1 , 2 M A Y a n , D E N G _ i a o ? w u , H U A N G S h a o ? m i n ,

7、 e t a l( 1 .S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f O n c o l o g y i n S o u t h C h i n a , S u n Y a t ? s e n U n i v e r s i t y C a n c e r C e n t e r , G u a n g z h o u5 1 0 0 6 0 , C h i n a ; 2 .S c h o o l o f P h y s i c s a n d T e c h n o l o g y , W u h a n U n i v e r s i t y , W u

8、 h a n 4 3 0 0 7 2 , C h i n a ) A b s t r a c t O b j e c t i v e : T o i n v e s t i g a t e t h e i m p a c t o f p r e ? s e t l i m i t s o f o p e r a t i o n p a r a m e t e r s o n p l a n q u a l i t y a n d d e l i v e r y e f f i c i e n ?c y o f V M A T w i t h s p e c i f i c a c c e l

9、e r a t o r a n d p l a n n i n g s y s t e m , a n d e _ p l o r e t h e f e a s i b i l i t y o f b e t t e r p l a n o p t i m i z a t i o n .M e t h o d s : T w e n t y ?f i v e p a t i e n t s w i t h n a s o p h a r y n g e a l c a r c i n o m a w e r e s e l e c t e d a n d p l a n e d f o r

10、S I B ? V M A T t r e a t m e n t w i t h d i f f e r e n t p a r a m e t e r s s e t i n t h e r a n g eo f 6 0 - 1 8 0 f o r s e g m e n t n u m b e r s , 1 - 2 f o r d e l i v e r y a r c s , 4 0 0 - 1 2 0 0 M U / m i n f o r m a _ i m u m d o s e r a t e ( D R m a _ ) a n d 4 5 - 1 5 0 M U / m i

11、 nf o r m i n i m u m d o s e r a t e ( D R m i n ) .P l a n e d d o s e d i s t r i b u t i o n t o t h e t a r g e t v o l u m e s a n d o r g a n s a t r i s k , m o n i t o r u n i t s a n d d e l i v e r y t i m e w e r e p a r e d .R e s u l t s : M o r e s e g m e n t n u m b e r s l e a d e

12、d t o b e t t e r p l a n q u a l i t y a n d l e s s m o n i t o r u n i t s , b u t l o n g e r d e l i v e r y t i m e .M i n o r i m ?p a c t w a s o b s e r v e d w h e n s e g m e n t n u m b e r s w e r e l a r g e t h a n 1 5 0 .F o r t h e t e s t e d s y s t e m , d u a l - a r c V M A T a

13、 c h i e v e d s l i g h t l y b e t t e r d o s ec o n f o r m i t y a n d h o m o g e n e i t y m e a n w h i l e h a v i n g s i m i l a r O A Rs p a r i n g , m o r e M U s a n d l o n g e r d e l i v e r y t i m e p a r e d t o s i n g l e ? a r c p l a n s .W i t h i n t h e s c o p e o f t h

14、e s t u d y , t h e c h a n g e o f D R m a _ d i d n o t a f f e c t t h e p l a n q u a l i t y a n d M U s .L o w e r D R m i n s e t t i n g r e s u l t e d i n s u p e r i o rp l a n q u a l i t y a n d l e s s M U s b u t l o n g e r d e l i v e r y t i m e .C o n c l u s i o n : V M A T p l a

15、 n q u a l i t y a n d d e l i v e r y e f f i c i e n c y a r e a f f e c t e d s i g n i f i c a n t l yb y s e g m e n t n u m b e r s a n d m i n i m u m d o s e r a t e s e t t i n g f o r t h e t e s t e d s y s t e m .T r i a l t e s t s h o u l d b e c o n d u c t e d f o r i n d i v i d u a

16、 l s y s t e m t o d e t e r ?m i n e t h e o p t i m a l p a r a m e t e r s e t t i n g . K e y w o r d s V M A T ; O p e r a t i o n P a r a m e t e r ; D o s e D i s t r i b u t i o n ; E f f i c i e n c y 收 稿 日 期 2 0 1 2 ? 0 3 ? 1 9 修 回 日 期 2 0 1 2 ? 0 4 ? 0 5容 积 调 强 弧 形 治 疗 ( V o l u m e t r i

17、 c m o d u l a t e d a r c 基 金 项 目 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 ( N o .1 0 9 7 5 0 8 6 ) 1 , 2 t h e r a p y , V M A T ) 计 划 与 执 行 的 质 量 和 效 率 受 很 作 者 简 介 马 燕 ( 1 9 8 7 ? ) , 女 , 山 东 泰 安 人 , 在 读 研 究多 因 素 的 影 响 , 主 要 有 两 个 方 面 : 计 划 系 统 优 化 算 法生 , 研 究 方 向 : 放 射 治 疗 物 理 。和 设 备 运 行 参 数 选 择 。其 中 运 行 参 数 的 选 择 由

18、设 计 通 讯 作 者 邓 小 武 , 男 , 研 究 员 , 博 士 生 导 师 。万方数据? 1 3 6 ? 肿 瘤 预 防 与 治 疗 2 0 1 2 年 第 2 5 卷 第 3 期 者 设 定 , 包 括 治 疗 机 架 和 M L C 的 运 动 速 度 与 范 围 、 目 、 治 疗 弧 数 量 、 最 大 剂 量 率 和 最 小 剂 量 率 限 制 值 。子 野 数 目 、 剂 量 率 改 变 范 围 ( 包 括 最 大 剂 量 率 和 最 各 参 数 设 定 的 范 围 见 表 1 , 特 别 设 置 了 最 大 剂 量 率 3 , 4 小 剂 量 率 的 限 制 ) 、 照

19、射 弧 的 个 数 等 。对 不 同 限 制 值 为 1 2 0 0 M U / m i n , 以 检 验 高 剂 量 率 模 式 是 否对 V M A T 计 划 质 量 产 生 明 显 影 响 。每 个 试 验 仅 改的 治 疗 计 划 系 统 , 运 行 参 数 的 设 置 得 到 的 计 划 质 量变 1 个 参 数 的 设 置 范 围 并 保 持 其 他 参 数 不 变 。与 执 行 效 率 各 不 相 同 。因 此 , 研 究 这 些 参 数 选 择 的表 1 实 验 参 数 及 改 变 范 围影 响 , 分 析 其 内 在 的 关 联 与 制 约 原 因 , 对 综 合 分 析

20、 计实 验 参 数 改 变 范 围划 质 量 、 执 行 效 率 的 优 劣 , 使 放 疗 计 划 最 优 化 有 实 际子 野 数 目 限 制 值 1 8 0 / 1 5 0 / 1 2 0 / 9 0 / 6 0 ( 个 )的 指 导 意 义 。照 射 弧 数 1 / 2 a r c s1 材 料 与 方 法最 大 剂 量 率 限 制 值 4 0 0 / 6 6 0 / 8 0 0 / 1 2 0 0 M U / m i n最 小 剂 量 率 限 制 值 4 5 / 1 0 0 / 1 5 0 M U / m i n1 ? 1 病 例 选 择1 ? 6 计 划 评 价选 取 中 山 大

21、学 附 属 肿 瘤 医 院 2 0 1 0 年 初 至 2 0 1 ? 6 ? 1 计 划 质 量 评 估 方 法年 底 的 2 5 例 患 者 , 全 部 经 病 理 检 查 证 实 为 鼻 咽 癌 ,定 义 靶 区 剂 量 适 形 指 数 ( C o n f o r m i t y I n d e _ , C I ) 、临 床 分 期 T N M - T N M , 其 中 男 1 9 例 , 女 6 例 ,2 0 0 3 2 0均 匀 性 指 数 ( H o m o g e n e i t y I n d e _ , H I ) 以 评 价 计 划 的年 龄 3 1 岁 5 7 岁 ,

22、中 位 年 龄 4 7 岁 。靶 区 剂 量 分 布 。1 ? 2 仪 器 设 备适 形 指 数 采 用 兼 顾 靶 区 剂 量 覆 盖 率 和 O A R保患 者 经 C T 模 拟 定 位 后 由 三 维 放 疗 计 划 系 统 6 护 评 估 的 V a n t R i e t 公 式 :( T r e a t m e n t p l a n n i n g s y s t e m , T P S ) M o n a c o 3 .0 ( E l e k t aP G T V P G T V1 0 0 % 1 0 0 %公 司 ) 进 行 V M A T 计 划 设 计 , 执 行 设

23、备 和 射 线 为 配C I = P G T V V1 0 0 %置 了 8 0 叶 多 叶 准 直 器 ( M u l t i ? l e a v e c o l l i m a t o r , M L C )其 中 为 P G T V 为 计 划 肿 瘤 靶 体 积 , P G T V 为1 0 0 %的 直 线 加 速 器 S y n e r g y ( E l e k t a 公 司 ) 的 6 M V 光 子 射1 0 0 % 的 处 方 量 所 覆 盖 的 P G T V 的 体 积 , V 为1 0 0 %线 , M L C 的 叶 片 宽 度 在 等 中 心 平 面 投 影 为

24、 1 c m 。1 0 0 % 的 处 方 量 所 包 含 的 总 体 积 。C I 值 介 于 0 l ,1 ? 3 靶 区 勾 画越 接 近 1 表 示 靶 区 的 适 形 性 越 好 。按 调 强 放 射 治 疗 计 划 要 求 , 临 床 医 生 在 C T 图 7 靶 区 剂 量 均 匀 性 指 数 参 考 I C R U 8 3 号 报 告像 上 勾 画 鼻 咽 和 颈 部 转 移 淋 巴 结 的 大 体 肿 瘤 体 积建 议 , 定 义 为 :( G T V ) 、 亚 临 床 病 灶 和 高 危 淋 巴 引 流 区 的 临 床 靶 区D - D2 % 9 8 %H I =体 积

25、 ( C T V ) 以 及 预 防 照 射 区 域 的 临 床 靶 区1D5 0 %( C T V ) , 考 虑 摆 位 和 机 械 误 差 , 分 别 作 适 当 外 扩 得2式 中 D 是 2 % 靶 区 体 积 接 受 的 剂 量 , 为 靶 区2 % 5 到 相 应 的 计 划 靶 区 P G T V 、 P T V 和 P T V 。1 2 的 近 似 最 大 剂 量 。D 是 9 8 % 靶 区 体 积 接 受 的 剂9 8 %1 ? 4 计 划 设 计量 , 为 靶 区 的 近 似 最 小 剂 量 。D 是 5 0 % 靶 区 体 积5 0 %病 例 均 采 用 同 步 加

26、量 ( S i m u l t a n e o u s l y i n t e g r a t e d接 受 的 剂 量 , 近 似 于 靶 区 的 平 均 剂 量 。b o o s t , S I B ) 技 术 的 V M A T 治 疗 。处 方 剂 量 P G T V 为分 别 评 价 各 参 数 改 变 对 计 划 的 危 及 器 官 的 剂 量7 0 G y , P T V 为 6 0 G y , P T V 为 5 4 G y , 照 射 3 0 次 , 51 2 分 布 影 响 , 包 括 脊 髓 和 脑 干 的 平 均 剂 量 和 最 大 剂 量 、次 / 周 。计 划 的

27、准 直 器 和 治 疗 床 角 度 均 固 定 为 0 ,晶 体 最 大 剂 量 、 双 侧 腮 腺 的 平 均 剂 量 和 3 0 % 体 积 及 8 , 9 采 用 快 速 M o n t e C a r l o 剂 量 算 法 , 计 算 网 格 和 方 差 分5 0 % 体 积 剂 量 等 。别 为 3 m m和 3 % 。优 化 目 标 为 9 5 % 的 靶 区 受 照 剂1 ? 6 ? 2 执 行 效 率 评 估 方 法量 不 低 于 处 方 剂 量 ; 危 及 器 官 ( O r g a n a t r i s k , O A R )比 较 各 参 数 的 不 同 选 择 时

28、治 疗 计 划 实 际 运 行 效限 制 剂 量 根 据 其 与 原 发 肿 瘤 之 间 的 位 置 关 系 及 自 身率 , 包 括 治 疗 加 速 器 的 剂 量 监 测 跳 数 ( M o n i t o r u ?的 剂 量 响 应 特 性 , 参 照 其 最 大 耐 受 剂 量 设 定 , 其 中 脑n i t e s , M U s ) 和 治 疗 照 射 时 间 的 大 小 。干 最 大 剂 量 0 ? 0 5 ) , 而 双 总 剂 量 跳 数 ( M U ) 均 不 受 影 响 , 所 有 计 划 靶 区 和 危弧 计 划 的 M U 数 和 照 射 时 间 均 比 单 弧

29、计 划 大 大 增 加 及 器 官 剂 量 参 数 、 计 划 总 M U 数 在 不 同 组 别 之 间 两( 表 2 ) 。两 比 较 没 有 统 计 学 差 异 ( P 0 ? 0 5 ) 。各 组 计 划 的表 2 照 射 弧 数 对 计 划 剂 量 分 布 和 执 行 效 率 的 影 响照 射 时 间 随 着 最 大 剂 量 率 设 置 值 的 增 加 略 有 缩 短评 估 项 目 单 弧 双 弧 P 值但 变 化 不 大 , 最 大 剂 量 率 限 制 值 由 4 0 0 M U / m i n 提计 划 靶 区 C I 0 .4 8 0 .0 9 0 .5 1 0 .0 9 0

30、.0 5最 小 剂 量 率 设 置 为 4 5 M U / m i n 、 1 0 0 M U / m i n 和脑 干D m a _ 5 2 .2 9 5 .1 4 5 1 .9 3 5 .1 5 0 .0 51 5 0 M U / m i n 的 3 种 不 同 限 制 值 进 行 分 组 设 计 时 , 各D m e a n 3 1 .3 6 3 .9 6 3 1 .4 8 3 .9 0 0 .0 5脊 髓组 计 划 的 靶 区 适 形 指 数 随 最 小 剂 量 率 的 降 低 略 有 增D m a _ 4 2 .8 3 1 .1 5 4 2 .6 6 1 .4 3 0 .0 5加 , 靶 区 均 匀 性 指 数 和 各 危 及 器 官 剂 量 差 异 均 没 有D m e a n 3 9 .6 1 3 .2 6 3 9 .4 4 3 .5 9 0 .0 5统 计 学 意 义 ( P 0 ? 0 5 ) 。随 最 小 剂 量 率 的 降 低 , 3 组腮 腺 D 3 0 4 8 .2 2 4 .4 9 4 7 .8 9 4 .8 7 0 .0 5计 划 的 M U 数 明 显 减 少 而 照 射 时 间 则 明 显 增 加 , 不D 5 0 3 7 .0 1 4