廣義等效均勻劑量在宮頸癌術(shù)后調(diào)強放療計劃優(yōu)化中的作用分析

廣義等效均勻劑量在宮頸癌術(shù)后調(diào)強放療計劃優(yōu)化中的作用分析【摘要】目的：研究評估廣義等效均勻劑量(gEUD)在宮頸癌術(shù)后放療計劃優(yōu)化中的作用。方法：隨機抽取20例已接受調(diào)強放療的宮頸癌術(shù)后病例，其治療計劃均基于劑量一體積(DV)優(yōu)化法得到。將危及器官約束條件添加gEUD約束，其他優(yōu)化條件保持不變。比較兩種治療計劃的劑量學(xué)差異，并行配對t檢驗。結(jié)果：添加gEUD比單純DV優(yōu)化計劃中危及器官降低了直腸V10、V30、D60、D70、D80、V20、D90。膀胱Dmean，Dmax、D70、D80、D90以及小腸V5、V10、V20、V30、V40、Dmean、Dmax、D70、D80、D90、D50。骨髓V20、V30、V40、Dmax、D70、D60、D90、V5。股骨頭V20、D60、D70、D80、D90。全身V5、V10、V20、V30、V40、Dmean、Dmax、D80、D50、D60、D70、D90。以上P均<0.05。結(jié)論：添加gEUD可以減少優(yōu)化過程中參數(shù)設(shè)置，并能有效降低危機器官受照劑量?！娟P(guān)鍵詞】宮頸癌；放療計劃優(yōu)化；危及器官Theroleofgeneralizedequivalentuniformdoseintheoptimizationofpostoperativeintensity-modulatedradiotherapyplanforcervicalcancer【Abstract】Objective:Toevaluatetheroleofgeneralizedequivalentuniformdose(gEUD)intheoptimizationofpost-operativeradiotherapyplanningforcervicalcancer.Methods:Twentypatientswithcervicalcancerwhohadreceivedintensitymodulatedradiationtherapywererandomlyselected.Thetreatmentplanwasbasedonthedose-volume(DV)optimizationmethod.AddinggEUDconstraintstoorgan-threateningconstraints,otheroptimizationconditionsremainunchanged.Thedosimetricdifferencesbetweenthetwotreatmentplanswerecomparedandpairedt-testwasperformed.Results:ComparedwithDVoptimizationplan,addinggEUDreducedrectalV10,V30,D60,D70,D80,V20andD90.BladderDmean,Dmax,D70,D80,D90andsmallintestineV5,V10,V20,V30,V40,Dmean,Dmax,D70,D80,D90,D50.BonemarrowV20,V30,V40,Dmax,D70,D60,D90,V5.FemoralheadV20,D60,D70,D80,D90.WholebodyV5,V10,V20,V30,V40,Dmean,Dmax,D80,D50,D60,D70,D90.AlltheabovePvalueswere<0.05.Conclusion:AddinggEUDcanreducetheparametersettingintheoptimizationprocessandeffectivelyreducetheirradiationdoseofcrisisorgans.【Keywords】Cervicalcancer;Radiotherapyplanningoptimization;Organ-threatening前言宮頸癌是常見婦科惡性腫瘤之一，根據(jù)2015年中國癌癥統(tǒng)計估計發(fā)病和死亡人數(shù)位居女性惡性腫瘤的第二位，僅次于乳腺癌ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[\o"Chen,2016#133"1]。放射治療是宮頸癌的治療手段之一，術(shù)后輔助放療較單純手術(shù)可明顯提高中危宮頸癌患者2年無復(fù)發(fā)生存率ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[\o"Sedlis,1999#10"2]。盡管放射不可或缺，但其同時也不可避免地會帶來許多并發(fā)癥，同時由于術(shù)后危機器官如小腸等位置的差異，怎樣在保證靶區(qū)劑量的同時保護危機器官，個體化的制定放療計劃，這對宮頸癌術(shù)后的治療的放療計劃設(shè)計是一個巨大的挑戰(zhàn)。以往大多數(shù)計劃系統(tǒng)應(yīng)用于基于劑量—體積（DV）的目標(biāo)函數(shù)來制定治療計劃，現(xiàn)在出現(xiàn)了一個新的工具——廣義等效均勻劑量(generalizedequivalentuniformdose:gEUD)可以通過設(shè)置更少的參數(shù)來提升計劃的質(zhì)量。gEUD是Niemieko依據(jù)Kutcher和Burman的研究報告提出的ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Niemierko，A.</Author><Year>1999</Year><RecNum>14</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[3]</style></DisplayText><record><rec-number>14</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="zd25wtfent9p2qe2zx1x9a08pxarw0f9tr52">14</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"size="100%">Niemierko</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">，</style><styleface="normal"font="default"size="100%">A</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">.</style></author></authors></contributors><titles><title>Ageneralizedconceptofequivalentuniformdose(EUD)(abstract)</title><secondary-title>MedPhys</secondary-title></titles><periodical><full-title>MedPhys</full-title><abbr-1>Medicalphysics</abbr-1></periodical><pages>11110</pages><volume><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">26</style></volume><number>6</number><dates><year>1999</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"Niemierko，A.,1999#14"3],Niemierko在1999年經(jīng)過改進(jìn)考慮體積因素，提出了適用于正常組織和腫瘤的廣義等效均勻劑量（gEUD）的概念。gEUD＝1Ｎ為器官內(nèi)體素點總數(shù)目；Di為第i個體素的劑量值，a為用于描述劑量體積效應(yīng)的劑量體積效應(yīng)因子ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>廖雄飛</Author><Year>2013</Year><RecNum>136</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[4]</style></DisplayText><record><rec-number>136</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="zd25wtfent9p2qe2zx1x9a08pxarw0f9tr52">136</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>廖雄飛</author><author>JackYang</author><author>黎杰</author><author>王培</author></authors></contributors><titles><title>前列腺癌調(diào)強放療計劃等效均勻劑量法優(yōu)化研究</title><secondary-title>中華放射腫瘤學(xué)雜志</secondary-title></titles><periodical><full-title>中華放射腫瘤學(xué)雜志</full-title></periodical><pages>143-146</pages><volume>22</volume><number>2</number><dates><year>2013</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"廖雄飛,2013#136"4]。但具體怎樣使用gEUD缺乏相關(guān)研究，因此本研究旨在分析比較，宮頸癌術(shù)后放療中DV計劃和DV+gEUD計劃的劑量學(xué)差異，為臨床放療計劃設(shè)計提供參考。1材料與方法1.1病例選取與設(shè)計選取20例宮頸癌術(shù)后患者的計劃CT圖像（靶區(qū)長度18.01~21.65cm，）具體信息見表1。表1病例信息（x±s，n＝20）項目靶區(qū)長度（cm）19.68±0.99（18.01~21.65）處方劑量（Gy/次）45/25PTV體積（cm3）1294.4±104.6（1135.9~1822.7）1.2模擬定位患者定位前2小時，排空直腸，口服20mL60%泛影葡胺加500mL水稀釋，囑患者定位前飲水使膀胱充盈?；颊卟捎醚雠P位，熱塑體膜固定，行靜脈增強造影，在PhilipsBrilliance16排大孔徑CT模擬定位機內(nèi)進(jìn)行掃描。掃描范圍從T12椎體下緣到坐骨結(jié)節(jié)以下5cm，層厚0.5cm。把圖像傳輸?shù)絍arianEclipse計劃系統(tǒng)13.6（ECLIPSE，VarianMedicalSystems，USA）進(jìn)行計劃設(shè)計。1.3靶區(qū)及危及器官（OAR）勾畫臨床靶區(qū)（CTV）包括盆腔淋巴引流區(qū)、陰道殘端、包括髂內(nèi)、髂外、髂總、骶前淋巴引流區(qū)，CTV外放0.7~1cm，形成計劃靶區(qū)（PTV）。危機器官（OAR）包括膀胱、小腸、直腸、骨髓、Body、股骨頭、脊髓。1.4計劃設(shè)計及優(yōu)化對每位患者分別設(shè)計單純劑量—體積優(yōu)化9野等分調(diào)強計劃（9FIMRT）（DV）和與上述計劃劑量體積優(yōu)化參數(shù)一致但危及器官加gEUD優(yōu)化條件的調(diào)強計劃（DV+gEUD）。DV9FIMRT計劃設(shè)計為9個野等分（0°、40°、80°、120°、160°、200°、240°、280°、320°），射野原則上不分野。射野中心在靶區(qū)質(zhì)心處。靶區(qū)的處方劑量PTV為45Gy/25F，每次1.8Gy。手動添加80%、70%、60%劑量限制環(huán)，小腸密度指定為0，為評估計劃的一致性，劑量歸一規(guī)定100%的處方劑量包繞95%的PTV。靶區(qū)限值，OAR劑量限值見表2和表3，由于病人之間的差異，可以此基礎(chǔ)上適當(dāng)?shù)姆潘珊褪站o（并依照病例實際情況采用更嚴(yán)格限制）。規(guī)定至少100%的處方劑量包繞95%PTV，Dmean<105%處方劑量，Dmax<110%處方劑量。表2DV計劃危及器官的劑量體積限值危機器官劑量體積限制權(quán)重膀胱D40<35Gy80Dmax<45Gy70小腸D40<30Gy，80Dmax<45Gy100直腸D40<35Gy，80Dmax<45Gy70骨髓D90<14Gy50股骨頭D5<30Gy50脊髓Dmax<14Gy70身體Dmax<49.05Gy1000表3靶區(qū)劑量體積限值限值權(quán)重靶區(qū)Dmax<47.25Gy200Dmin>46.35Gy120gEUD在上述優(yōu)化方式已經(jīng)達(dá)到最優(yōu)的基礎(chǔ)上，保持DV限值不變，只給膀胱，直腸，小腸，骨髓，股骨頭添加gEUD。a統(tǒng)一取1，權(quán)重：膀胱，直腸，小腸為70，骨髓，股骨頭為50。適當(dāng)調(diào)整膀胱，直腸，小腸，骨髓，股骨頭gEUD目標(biāo)函數(shù)設(shè)值。gEUD實驗組為統(tǒng)一添加，統(tǒng)一設(shè)置目標(biāo)函數(shù)與權(quán)重之后不做調(diào)整，優(yōu)化結(jié)束自動計算。1.5計劃評估運用劑量體積直方圖（DVH）評估靶區(qū)和OAR的劑量分布。靶區(qū)評估參數(shù)有處方劑量的95%、105%、對應(yīng)的PTV的體積和Dmean、Dmax、均勻性指數(shù)（HI，HI=D5/D95）、適形度指數(shù)（CI，CI=CF×SF，CF為PTV接受處方劑量的體積與PTV體積之比，SF為PTV接受處方劑量的體積與Body接受處方劑量的體積之比）。OAR評估參數(shù)含有膀胱、小腸、骨髓、Body的V5、V10、V20、V30、V40、V50、Dmean、Dmax、D50 、D60、D70、D80、D90、股骨頭的D5等。計劃參數(shù)為跳數(shù)（MU）。劑量計算采用AAA模型，計算矩陣0.25cm。FF-IMRT計劃使用VarianTrilogy加速器(VarianMedicalSystems，USA)。60對多葉光柵(Multi-LeafCollimator，MLC)，射線能量6MV。的9FIMRT計劃的劑量率為400MU/min，床角度為0°，collimator角度為0°。1.6統(tǒng)計學(xué)方法使用SPSS23.0軟件行方差分析方法分析兩種方法的數(shù)據(jù)是否存在顯著性差異，P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義，計量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差來記錄，采用配對樣本t檢驗。2．結(jié)果2.1靶區(qū)劑量結(jié)果2種計劃的靶區(qū)適形度均滿足臨床要求，兩種計劃CI（P=0.769）、HI大致相似（P=0.186）。PTV95%(%)對應(yīng)的靶區(qū)體積相似。而DV計劃的PTV105%(%)，Dmean(Gy)，Dmax(Gy)，明顯低于DV+gEUD（P<0.05）。其他詳見表4。表4DV計劃和gEUD計劃的靶區(qū)劑量分布（x±s，n＝20）計劃PTV95%(%)PTV105%(%)Dmean(Gy)Dmax(Gy)HICIMUDV99.52±0.369.51±0.8646.33±0.1148.73±0.281.05±0.010.91±0.011637.2±118.54gEUD99.51±0.3213.83±0.9346.43±0.0949.04±0.351.05±.0020.91±0.011672.40±119.04t0.62-9.01-11.54-7.18-1.37-0.29-5.02P0.54<0.01<0.01<0.010.1860.769<0.012.2OAR劑量結(jié)果2種計劃中，gEUD計劃的膀胱D70，D80，D90，Dmean明顯降低，但Dmax高于DV計劃。小腸V5，V10，V20，V30，V40，V50，Dmean，D70，D80，D90明顯降低，但最大值高于DV計劃。直腸V10，V20，V30，D70，D80，D90，D60明顯降低。左股骨頭V30，D60，D70，D80，D90，D50明顯降低。右股骨頭V20，D70，D80，D60，D50明顯降低。全身V5，V10，V20，V40，V50，Dmean，D80，V30，D60，D70，D90明顯降低但Dmax高于DV計劃。骨髓V5，V20，V30，V40，D60，D70，D90明顯降低，但Dmax高于DV計劃。以上P均<0.05，其余相近，其他詳見表5。典型病例的劑量云圖和DVH如圖1和2。表5DV計劃和gEUD計劃危及器官的劑量分布（x±s，n＝20）部位V5（%）V10（%）V20（%）V30（%）V40（%）Dmean（Gy）Dmax（Gy）D50D60D70D80D90膀胱DV97.40±11.6296.97±13.5088.09±15.7551.58±14.8031.51±10.063289.79±282.844844.09±43.863018.00±669.952734.03±651.2586.68±349.562356.99±311.122094.52±316.42gEUD100.±0.0199.89±0.3184.12±10.5152.02±12.0832.64±8.683204.18±309.624868.98±39.303074.77±479.642742.00±450.442438.97±389.912158.01±341.721852.61±346.64t-1.00-0.961.21-0.23-0.978.86-4.58-0.58-0.088.409.539.80P0.3300.3470.2400.8140.341<0.01<0.010.560.935<0.01<0.01<0.01小腸DV69.23±10.8260.36±11.4540.97±6.6926.42±5.1912.49±3.731836.60±281.664814.86±35.111454.04±518.921117.13±565.14653.90±390.78326.92±177.73192.66±48.04gEUD67.55±10.8358.55±11.4739.53±7.0224.23±5.5911.93±3.751767.54±289.334839.29±49.541301.10±611.271093.41±643.66596.12±368.58300.18±161.30185.00±45.18t11.006.117.2411.4818.7317.64-3.762.080.284.954.745.86P<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.010.0510.781<0.01<0.01<0.01直腸DV98.49±1.7997.24±2.7095.35±4.0373.44±16.5552.11±60.763557.52±368.454757.31±246.833495.45±355.843299.35±365.123110.68±385.022901.35±408.822558.98±473.78gEUD97.64±2.1795.34±3.5990.35±5.2266.05±15.7936.99±11.423393.16±323.804821.02±52.113167.36±1108.33100.72±507.592927.24±460.932641.53±463.802076.26±608.32t1.832.604.272.591.111.97-1.271.622.452.793.464.91P0.0820.017<0.010.0180.2770.0640.2180.1210.0240.012<0.01<0.01左股骨頭DV無無93.87±5.8221.36±12.990.84±1.832766.68±412.644087.73±464.532684.33±170.212591.93±170.122476.04±174.112336.0±173.812133.31±174.53gEUD91.26±6.9642.75±94.730.90±1.892644.71±167.623971.85±911.792624.62±177.102502.42±173.062375.7±172.012232.00±169.002049.11±168.64t5.96-1.014-1.3031.6020.5573.2554.9626.2047.686.94P<0.010.3230.2080.1260.584<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01右股骨頭DV無無90.65±6.9919.22±12.10.46±.972626.39±179.444075.54±343.702651.77±188.942537.02±191.992402.41±197.832245.88±199.58無gEUD87.41±8.4621.07±12.63.56±1.082585.73±186.974083.22±346.782576.36±225.502443.33±208.822300.01±190.652151.63±178.52t5.410-0.87-1.92.06-0.652.613.955.756.50P<0.010.3920.0740.0520.5200.017<0.01<0.01<0.01全身DV46.91±6.5539.24±5.7824.64±3.9312.04±2.386.96±1.321131.11±170.804874.84±27.70396.75±289.91173.71±156.7990.83±82.9140.60±42.8310.08±25.89gEUD46.48±6.5138.52±5.8224.02±3.9011.89±2.296.88±1.331114.54±169.064904.63±35.12361.57±293.80168.30±151.2488.73±80.2139.3±41.729.58±25.36t15.7812.297.603.588.7114.80-6.971.734.023.424.432.85P<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.010.098<0.01<0.01<0.010.010骨髓DV99.77±0.3397.66±1.2285.8±2.8849.8±6.0520.44±3.973043.7±119.4809.87±26.232998.21±151.192768.43±134.082527.27±121.32246.16±126.081762.31±159.75gEUD99.63±0.4295.51±8.2985.16±3.2646.53±5.7319.56±3.953016.88±124.394831.41±29.022772.02±663.802679.41±119.252455.37±114.382121.45±474.631737.56±177.38t3.621.193.6913.5811.531.012-4.591.568.737.231.282.60P<0.010.245<0.01<0.01<0.010.324<0.010.133<0.01<0.010.2130.018圖2典型病例的劑量云圖和DVH2.3MU結(jié)果DV計劃低于DV+gEUD計劃（P<0.05，表4）。3討論gEUD在降低危及器官低量區(qū)表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。本研究評估了小腸D50和骨髓D90等指標(biāo)。結(jié)果顯示，在保證靶區(qū)覆蓋的情況下，DV+gEUD計劃對危及器官保護更好。有文獻(xiàn)報道ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[\o"Baglan,2002#20"5-10]，危及器官受照射劑量與其并發(fā)癥的發(fā)生有很強的相關(guān)性，危及器官受照射劑量、體積越低、越小，放療毒性發(fā)生率越小，從而會提高病人生存質(zhì)量。這與Wu等人ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[\o"Wu,2002#17"11]的研究結(jié)果一致。與以往的研究相比，本實驗發(fā)現(xiàn)在降低危及器官受量的同時，gEUD會增加計劃MU，PTV105%處方劑量所對應(yīng)的體積，靶區(qū)Dmean和Dmax。在考慮體積因素的情況下，對于同一解剖結(jié)構(gòu)在均勻照射和非均勻照射的兩種條件下，如其照射后存活的克隆源細(xì)胞數(shù)或者產(chǎn)生的生物效應(yīng)一致，則這個均勻劑量可稱為非均勻劑量的廣義等效均勻劑量(gEUD）ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[\o"Niemierko，A.,1999#14"3,\o"狄小云,2007#135"12]。從定義中可以推測得出上述結(jié)果原因是，DV計劃中，在滿足DV目標(biāo)函數(shù)限制后，得到的劑量分布可以有很多種可能，所形成的DVH曲線在目標(biāo)函數(shù)未限制區(qū)可能會得到較大的讀數(shù)，波動可能較大。而在添加gEUD后，在滿足DV限制的情況下所得到的劑量分布被其廣義等效均勻劑量所替換，所得到的劑量分布變化更均勻，反映在DVH曲線上為DVH曲線更平滑，波動更小，從而可以一定程度的降低危及器官低量區(qū)的受量。4.結(jié)論對于宮頸癌術(shù)后的病人，添加gEUD的計劃較單純DV優(yōu)化的計劃有明顯的劑量學(xué)優(yōu)勢，在維持較好的靶區(qū)適形度和均勻性的情況下，對危及器官保護更好，可降低毒副反應(yīng)的發(fā)生率，減少二次致癌風(fēng)險。同時可以通過設(shè)置更少的參數(shù)來獲得更優(yōu)的計劃，提高效率節(jié)約時間?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】ADDINEN.REFLIST[1]ChenW,ZhengR,BaadePD,etal.CancerstatisticsinChina,2015[J].CACancerJClin,2016,66(2):115-32.[2]SedlisA,BundyBN,RotmanMZ,etal.ArandomizedtrialofpelvicradiationtherapyversusnofurthertherapyinselectedpatientswithstageIBcarcinomaofthecervixafterradicalhysterectomyandpelviclymphadenectomy:AGynecologicOncologyGroupStudy[J].GynecolOncol,1999,73(2):177-83.[3]Niemierko，A.Ageneralizedconceptofequivalentuniformdose(EUD)(abstract)[J].MedPhys,1999,26(6):11110.[4]廖雄飛,YangJ,黎杰,etal.前列腺癌調(diào)強放療計劃等效均勻劑量法優(yōu)化研究[J].中華放射腫瘤學(xué)雜志,2013,22(2):143-146.[5]BaglanKL,FrazierRC,YanD,etal.Thedose-volumerelationshipofacutesmallboweltoxicityfromconcurrent5-FU-basedchemotherapyandradiationtherapyforrectalcancer[J].IntJRadiatOncolBiolPhys,2002,52(1):176-83.[6]ChengJC,SchultheissTE,WongJY.Impactofdrugtherapy,radiationdose,anddoserateonrenaltoxicityfollowing