广义等效均匀剂量优化方法在...强放射治疗计划中的应用研究_唐天赐.pdf

274欢迎关注本刊公众号中国癌症杂志2023年第33卷第3期 CHINA ONCOLOGY 2023 Vol.33 No.3论 著广义等效均匀剂量优化方法在鼻咽癌调强放射治疗计划中的应用研究唐天赐，翟周诗佳，李省苇，王孝深，倪晓晨复旦大学附属眼耳鼻喉科医院放疗科，上海 201100摘要 背景与目的：在制订鼻咽癌的调强放射治疗（intensity-modulated radiotherapy，IMRT）计划时，通过比较传统的剂量-体积（dose-volume，DV）物理优化方法，与联合运用DV物理优化方法和广义等效均匀剂量（generalized equivalent uniform dose optimization，gEUD）优化方法的鼻咽癌放疗计划中的剂量学差异，探讨不同的优化方法对IMRT计划中危及器官（organ at risk，OAR）的保护作用。方法：随机选取20192021年复旦大学附属眼耳鼻喉科医院收治的鼻咽癌患者50例，将每例计划都同时采用两组优化方案进行优化计算：A组仅采用传统的DV物理优化方法；B组采用联合DV优化和gEUD优化方法，其中gEUD的a值分别选取1、2、5、10和20。通过分别观察采用不同的优化方案及不同的a值所获得的腮腺和口腔等OAR的剂量数据结果，从而评估两组优化方案的剂量学差异。结果：比较分析两组方案的计划数据，其中靶区的剂量学指标差异无统计学意义（P0.05）。但在腮腺和口腔的保护方面，B组优化方案的结果明显优于A组。对腮腺和口腔而言，gEUD的a值对腮腺和口腔平均剂量的影响比较明显。结论：鼻咽癌放疗计划中，联合使用物理优化和生物优化能在满足靶区剂量要求的同时，更好地保护腮腺和口腔等较大体积的并联性OAR。关键词 广义等效均匀剂量；鼻咽癌；调强放射治疗中图分类号：R739.62；R739.63 文献标志码：ADOI:10.19401/ki.1007-3639.2023.03.011Application of generalized equivalent uniform dose optimization in the treatment of nasopharyngeal carcinoma with intensity-modulated radiotherapy TANG Tianci,ZHAI Zhoushijia,LI Shengwei,WANG Xiaoshen,NI Xiaochen(Department of Radiotherapy,Eye&ENT Hospital of Fudan University,Shanghai 201100,China)Correspondence to:NI Xiaochen,E-mail:kevin_.Abstract Background and purpose:In the design of intensity-modulated radiotherapy(IMRT)for nasopharyngeal carcinoma,the traditional dose-volume(DV)physical optimization method is compared with the combined use of the DV physical optimization method and the generalized equivalent uniform dose(gEUD)optimization.This study aimed to investigate dosimetry differences in radiotherapy planning for nasopharyngeal carcinoma using gEUD method,to explore the effect of different optimization methods on the protection of organ at risk(OAR)in IMRT planning.Methods:Fifty patients with nasopharyngeal carcinoma in Eye&ENT Hospital of Fudan University from 2019 to 2021 were randomly selected,and two optimization plans were used for each case at the same time for optimization calculation.Group A used the traditional DV physical optimization method,while group B combined DV optimization and gEUD optimization methods adopted,in which gEUD was selected as a=1,2,5,10 and 20.We evaluated the results of OAR dose data obtained by using different optimization schemes and different a values.Results:The planned data of the two plans were compared and analyzed,and there was no statistically significant difference in the dosimetry index of the target area between groups(P0.05).However,in terms of the protection of the parotid gland and oral cavity,the results of the optimization plan of group B were significantly better compared with group A.The a value of gEUD had more obvious influence on the average dose of the parotid gland and the oral cavity.Conclusion:In the radiotherapy plan for nasopharyngeal carcinoma,the combined use of physical optimization and biological optimization can not only meet the target dose requirements but also better protect the parotid gland,oral cavity and other endangered OAR.Key words Generalized equivalent uniform dose;Nasopharyngeal carcinoma;Intensity-modulated radiotherapy第一作者：唐天赐（ORCID:0000-0001-9320-6574），学士，技师，剂量师。通信作者：倪晓晨（ORCID:0000-0003-0935-9776），硕士，主管技师，复旦大学附属眼耳鼻喉科医院放疗科物理组副组长，E-mail:kevin_。275中国癌症杂志2023年第33卷第3期鼻咽癌是常见的头颈部恶性肿瘤之一，放疗是鼻咽癌患者的首选治疗方式。随着放疗技术的迅速发展，调强放射治疗（intensity-modulated radiotherapy，IMRT）已经成为精准放疗的有力工具，目前已在各个肿瘤中心广泛应用 1。对鼻咽癌的放疗计划设计而言，常用的计划优化参数方案是基于剂量-体积（dose-volume，DV）的物理优化限制条件，通过对每个感兴趣区（region of interest，ROI）在DV直方图（DV histogram，DVH）曲线上的点，给与不同的参考限定值进行剂量限制，虽然也有学者提出添加多组DV优化条件，但其优化结果对于DVH曲线而言，依然无法代表ROI的非线性响应 2。然而，对于通过增加广义等效均匀剂量（generalized equivalent uniform dose optimization，gEUD）的优化方法，可以很好地将整条DVH曲线进行优化限制，相比于单纯使用DV来进行优化的计划，能克服单一优化方案所造成的局限性。相关研究 3-5已提出可以运用gEUD来进行剂量优化的可行性，单纯使用EUD优化方法所获得的优化结果仍不能直接被临床采用，在采用DV优化方法的基础上，通过加入gEUD优化方法，只需要优化几次就可以达到所需满足的剂量要求，因此可以将gEUD作为一个有效的工具来进行优化，但如何来选择优化参数a值，目前给出的方案都是基于危及器官（organ at risk，OAR）和靶区的位置来进行选择，并没有具体推荐可行性高的参数，如何选择参数往往都是基于个人经验。因此本研究分别采用基于单纯DV优化方法，与采用DV结合EUD的方法来对较大体积的并联性OAR（如腮腺和口腔等）进行剂量限制，比较两种不同方法下参数的选择对IMRT计划中剂量数据的影响变化，并通过调整EUD的a值来评估优化结果，从而获得更切合临床实际使用的IMRT计划设计参数 6。1 资料和方法1.1 EUD的定义Niemierko 7在1995年提出了EUD的概念，加入了生物学参数的因素，对肿瘤控制概率和正常组织并发症概率也有一定优势，但当时整个EUD的计算模型非常复杂。在1999年Niemierko教授简化了EUD的计算公式，基于韦伯-费希纳-斯蒂文斯定律提出了gEUD的概念，该公式不再仅局限于肿瘤组织，也进一步推广到了正常组 织中 6。gEUDiVDiia1a=()其中a值为组织特异性参数，范围是-至40（a0）；Vi为某器官的体积百分比；Di为相应百分比体积的剂量。a=1时，gEUD=iViDi，gEUD代表平均剂量（Dmean），a值越大，对高剂量压制更敏感；a值越接近于1，对整体Dmean压制更敏感；a值为负数，对靶区优化参数的低剂量更敏感 8。美国Varian公司Eclipse 15.6版本中提供的关于gEUD的使用公式为gEUD=vD x1a1a()，其中a值范围为-40 40，V为某一体积结构内的体素数量，D为相应体素的剂量。Varian提供的Target gEUD和Lower gEUD而言都仅用于靶区，而Upper gEUD则可用于任何结构 9。1.2 计划设计随机选取20192021年复旦大学附属眼耳鼻喉科医院收治的50例鼻咽癌患者，采用2017年美国癌症联合会（American Joint Committee on Cancer，AJCC）第8版分期，其中T1期患者13例，T2期患者4例，T3期患者22例，T4期患者11例。模拟定位采用仰卧位，使用热塑型头颈肩面膜进行体位固定。使用荷兰Philips公司Brilliance大孔径计算机体层成像（computed tomography，CT）型号进行模拟定位扫描。根据肿瘤范围，定位CT扫描范围的上界为颅顶线上3 cm，扫描下界为锁骨头下3 cm，扫描层厚为0.25 cm 10-11。使用Eclipse 15.6版本计划系统进行靶区、OAR的勾画及IMRT计划的设计。鼻咽癌靶区通常形状不规则且结构复杂，又通常临近重要的OAR，如脑干、脊髓、视觉系统、唾液腺、口腔等。临床医师根据患者的多模态影像学检查、内镜检查和临床查体等所显示的肿瘤范围来仔细勾276唐天赐，等 广义等效均匀剂量优化方法在鼻咽癌调强放射治疗