基于RTOG 0813剂量学标准比较网格设定大小对NSCLC立体定向放射治疗计划的影响

第22卷第1期北华大学学报(自然科学版)Vol.22No.1
2021年1月
JOURNAL OF BEIHUA UNIVERSITY(Natural Science)
Jan.2021
文章编号:1009-4822(2021)01-0069-05DOI :10.11713/j.issn.1009-4822.2021.01.014
基于RTOG 0813剂量学标准比较网格设定大小对NSCLC 立体定向放射治疗计划的影响
徐玥靓1,2,涂㊀彧1
(1.苏州大学医学部放射医学与防护学院,江苏苏州㊀215123;2.苏州大学附属第一医院,江苏苏州㊀215006)摘要:目的㊀应用肿瘤放射治疗组(RTOG)0813协议规定的剂量学参数,比较分析不同大小网格设定对早期非小细胞肺癌(Non-small cell lung cancer,NSCLC)立体定向放射治疗(SBRT)计划的影响.方法㊀选取13例NSCLC 患者,将制定的SBRT 放疗计划结果用1㊁2㊁3㊁4mm 网格采用AAA 算法分别计算最终剂量.以1mm 网格计划作为参考,与2~4mm 网格计划进行比较,参数包括R 100%㊁R 50%㊁D 2cm ㊁V 20,并根据计划靶区(PTV)的体积将偏差分为小偏差和大偏差,同时比较4种网格计划在机器跳数(MU)㊁计算时间和γ通过率的差异.结果㊀根据RTOG 0813报告,所有计划未出现大偏差,均能符合其剂量学标准.报告参数方面,与1mm 网格计划相比,除了
2mm 计划的R 100%差异无统计学意义外,其余差异均具有统计学意义(P <0.05);在计算时间上,网格越大,耗时越少,差异具有统计学意义(P <0.05);在机器跳数上,网格越小,跳数越少,且差异具有统计学意义(P <0.05);在γ通过率方面,网格越小,通过率越高,差异具有统计学意义(P <0.05).结论㊀在SBRT 计划治疗中,1mm 网格精度计划适形度最佳,且有更高的剂量衰减梯度.关键词:网格精度;立体定向放射治疗;早期非小细胞肺癌;RTOG 0813
中图分类号:R811.1
文献标志码:A
收稿日期:2020-05-06
基金项目:江苏省自然科学基金项目(BK20181086).
作者简介:徐玥靓(1989 ),女,硕士,技师,主要从事放射物理学临床研究,E-mail:gaojie01989@;通信作者:涂㊀彧(1968 ),
男,博士,教授,博士生导师,主要从事放射物理学临床研究,E-mail:tuyu@.
Effect of Dose Grid Size According to RTOG 0813Protocol Treatment Planning Guidelines in Early-stage Non-small Lung
Cancer Stereotactic Radiation Therapy
XU Yueliang 1,2,TU Yu 1
(1.School of Radiation Medicine and Protection ,Soochow University ,Suzhou 215123,China ;
2.Affiliated First Hospital of Soochow University ,Suzhou 215006,China )
Abstract :Objective
To compare and analyze the effect of different grid size settings on the stereotactic body
radiation therapy (SBRT)plans for early-stage non-small cell lung cancer (NSCLC )with the dosimetric parameters specified in 0813protocol of the radio therapy oncology group (RTOG),and to provide a reference for
the clinical design of lung SBRT plan in the selection of grid size.Method
Thirteen cases with NSCLC were
selected,and the final dose was calculated by using 1,2,3and 4mm grids for the SBRT radiotherapy plan.1mm grid plan as reference compares with 2~4mm grid size plans,including R 100%,R 50%,D 2cm ,V 20,deviations were classified as minor and major according to the volume of PTV,and comparing four kinds of grid plans in monitor units(MU),the computation time and differences of gamma pass rate.Results
According to the RTOG
0813report,no major deviations were observed in all the plans and all were dosimetric.In terms of the report parameters,compared with the1mm grid plan,all the differences were statistically significant(P<0.05),except for R100%of the2mm grid plan.In terms of the computing time,the larger the grid was,the less time consumption,and the difference was statistically significant(P<0.05).In terms of the monitor units,the smaller the grid size was,the fewer MU,and the difference was statistically significant(P<0.05).In terms of the gamma pass rate,the smaller the grid size was,the higher the pass rate was,and the difference was also statistically significant(P<0.05).Conclusion In the SBRT treatment,1mm grid plan has the best conformal and higher dose attenuation gradient.
Key words:grid plan;stereotactic body radiation therapy(SBRT);early-stage non-small cell lung cancer (NSCLC);RTOG0813
㊀㊀肺癌中80%为非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)[1],立体定向放疗(SBRT)已成为早期NSCLC手术的可替代治疗.SBRT是具有靶区高适形度的技术,其能提供靶区内高剂量,在靶区外形成陡峭的剂量梯度,以更好地保护正常组织[2].肺癌的SBRT治疗要求精确的剂量计算[3],不同的剂量网格设定会直接影响剂量计算的精度[4],且高剂量梯度区域计算误差受网格大小影响会更明显[5].肿瘤放射治疗组织(RTOG)0813报告[6]要求使用具有组织密度异质性校正的剂量算法来计算SBRT-NSCLC计划的剂量,国内外尚无有关评估网格大小对SBRT-NSCLC计划所产生影响方面的研究.因此,本研究旨在基于RTOG0813协议规定的剂量学评估参数,定量分析在使用AAA 算法时不同网格大小设定对SBRT-NSCLC计划产生的影响,以指导临床使用合适的网格大小用于剂量计算,为临床NSCLC患者SBRT计划设计时网格参数的选择提供参考.
1㊀资料与方法
1.1㊀病例选择
随机选取2018年1月 2019年12月在苏州大学附属第一医院接受放疗的13例早期非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)患者,均经病理证实,无纵隔淋巴结转移.其中,男8例,女5例;左肺癌7例,右肺癌6例;患者年龄49~74岁,此前均未接受过放疗.肿瘤体积范围5.2~ 47.2cm3,平均(23.72ʃ11.64)cm3.
1.2㊀CT模拟定位
采用头颈肩热塑膜(8例)或真空垫(5例)进行体位固定,嘱患者仰卧位平静规律呼吸,使用飞利浦16排大孔径CT模拟定位机进行全时相(10个呼吸时相)4D CT扫描,扫描范围从环甲膜至肝脏下缘,扫描层厚3mm.将10个时相的图像及生成的平均密度投影CTavg图像传输至Eclipse医生工作站.
1.3㊀靶区勾画与处方设定
由同一名医生在10个呼吸时相上进行实体肿瘤(GTV)的勾画,再将10个时相的GTV通过布尔运算得到的ITV复制到CTavg图像上,各方向均匀外放0.5cm,生成计划靶区(PTV).按照RTOG
0813报告进行危及器官(主动脉㊁气管树㊁脊髓㊁食管㊁心脏㊁肺等)的勾画,剂量分割按照报告设置处方剂量为50Gy,分割次数为5次.
1.4㊀计划设计
计划系统为Eclipse13.6版本(瓦里安公司,美国),采用容积旋转调强(VMAT)技术,能量选择6MV的X线无均整器模式(Flatten Filter Free, FFF),剂量率1400Mu/min.采用1~2个共面弧,先用1.25mm(Fine)网格按目标函数逆向优化计算得出治疗计划及三维剂量分布,优化算法为PRO,按照RTOG0813剂量标准进行评估,直到获得没有偏差或者只有小偏差的满意计划,再分别用1㊁2㊁3㊁4mm计算网格计算最终剂量.算法采用组织密度异质性校正的AAA(anisotropic analytic algorithm)算法,并同时记录计算时间,然后按100%的处方剂量覆盖95%PTV体积进行剂量归一.最终以1mm计算网格计划为参考,将另外3种网格计划分别与它进行剂量计算结果的比较. 1.5㊀计划评价参数
1.5.1㊀RTOG0813报告参数
根据RTOG0813报告比较以下4个参数: R100%(处方剂量等剂量曲线包绕体积与PTV体积的比值);R50%(50%处方剂量等剂量曲线包绕体积与PTV体积的比值);D2cm(距离PTV外2cm 区域的最大点剂量与处方剂量的比值);V20(总肺
07北华大学学报(自然科学版)第22卷
接受20Gy以上剂量的肺体积百分比).
1.5.2㊀其他计划参数指标
其他计划参数有计划的机器总跳数㊁计算时间㊁γ通过率.其中γ通过率是在瓦里安Edge直线加速器上执行所有计划,用Portal Dosimetry(PD)进行剂量验证,采用3%/1mm标准对每个计划进行γ通过率分析,通过率在90%以上视为计划通过.
1.6㊀统计学分析
应用SPSS25.0对数据进行处理与统计学分析,计量资料以均数ʃ标准差(ʏxʃs)表示,对每个评价指标行配对t检验,以P<0.05为差异具有统计学意义.
2㊀结㊀㊀果
2.1㊀RTOG0813报告参数
13例患者RTOG0813剂量学参数结果具体见表1~4.
表1㊀4种网格精度大小计划R100%的比较Tab.1㊀Comparison of R100%in the four grid size plans
n PTV体积/cm3
R100%
RTOG08131mm2mm3mm4mm
1 5.
2 1.2~1.50.960.96 1.00 1.04 212.0 1.2~1.50.98 1.00 1.01 1.0
3 313.
4 1.2~1.50.960.960.960.96 415.9 1.2~1.50.960.970.99 1.01 516.6 1.2~1.50.960.960.980.99 617.7 1.2~1.
5 1.02 1.02 1.04 1.0
6 718.4 1.2~1.5 1.05 1.0
7 1.09 1.11 827.9 1.2~1.50.970.980.99 1.00 928.6 1.2~1.50.980.99 1.00 1.00 1032.9 1.2~1.50.950.950.960.95 1134.6 1.2~1.50.960.960.970.97 1238.0 1.2~1.50.960.960.970.97 1347.2 1.2~1.50.970.960.960.98ʏxʃs23.72ʃ11.64 0.98ʃ0.030.98ʃ0.030.99ʃ0.03∗ 1.00ʃ0.04∗㊀注:∗.与1mm网格计划比较P<0.05.
表2㊀4种网格精度大小计划R50%的比较
Tab.2㊀Comparison of R50%in the four grid size plans
n PTV体积/cm3
R500%
RTOG08131mm2mm3mm4mm
1 5.
2 5.34~6.31 3.81 4.00 4.38 4.75 212.0 4.78~5.84 4.71 4.8a 4.86a 5.03a 313.4 4.70~5.79 4.28 4.38 4.45 4.60 415.9 4.64~5.71 4.21 4.3
3 4.40 4.59 516.6 4.62~5.68 3.73 3.8
4 3.96 4.12 617.7 4.60~5.6
5 4.68a 4.80a 4.85a 5.00a 718.4 4.58~5.62 4.93a 5.08a 5.18a 5.39a 827.9 4.4~5.4 3.68 3.80 3.94 4.10 928.
6 4.39~5.39 3.66 3.76 3.88 3.99 1032.9 4.32~5.32 3.48 3.53 3.56 3.66 1134.6 4.29~5.29 2.89 2.96 3.00 3.10 1238.0 4.23~5.23 3.46 3.55 3.61 3.74 1347.2 4.05~5.05 3.76 3.79 3.85 3.96ʏxʃs23.72ʃ11.64 3.95ʃ0.56 4.05ʃ0.58∗ 4.15ʃ0.59∗ 4.31ʃ0.62∗㊀注:∗.与1mm网格计划比较P<0.05;a.与RTOG0813标准有小偏差的数据.17
第1期徐玥靓,等:基于RTOG0813剂量学标准比较网格设定大小对NSCLC立体定向放射治疗计划的影响
表3㊀4种网格精度大小计划D2cm的比较Tab.3㊀Comparison of D2cm in the four grid size plans
n PTV体积/cm3
D2cm/%
RTOG08131mm2mm3mm4mm
1 5.250.00~57.3940.6840.1740.7242.93 212.050.00~58.0055.55a54.27a54.60a55.40a 313.450.09~58.1147.6647.2847.3548.2
2 415.951.23~59.5348.0447.0847.0148.04 516.651.55~59.9348.4847.9547.8048.87 617.752.05~60.5659.06a58.65a58.61a58.21a 718.452.36~60.9557.70a58.14a58.03a59.72a 827.955.97~65.4653.0753.1152.8954.0
3 928.656.20~65.7549.3049.1149.3452.00 1032.957.63~67.5446.6646.1146.0747.38 1134.658.15~68.3448.548.8249.1050.97 1238.059.00~70.2549.3949.2049.4150.37 1347.261.30~75.4372.10a71.01a70.73a70.85a ʏxʃs23.72ʃ11.6
4 52.01ʃ7.4951.61ʃ7.4∗51.67ʃ7.26∗52.84ʃ6.83∗㊀注:∗.与1mm网格计划比较P<0.05;a.与RTOG0813标准有小偏差的数据.
表4㊀4种网格精度大小计划V20的比较
Tab.4㊀Comparison of V20in the four grid size plans
n PTV体积/cm3
V20/%
RTOG08131mm2mm3mm4mm
1 5.210~150.410.430.440.48 212.010~15 1.80 1.83 1.85 1.90 313.410~15 2.75 2.79 2.81 2.88 415.910~15 2.59 2.65 2.69 2.79 516.610~15 1.90 1.95 2.01 2.09 617.710~15 2.77 2.80 2.80 2.84 718.410~15 2.45 2.51 2.54 2.63 827.910~15 3.73 3.8
2 3.91 4.04 928.610~15 4.6
3 4.70 4.76 4.83 1032.910~15 2.90 2.92 2.95 3.02 1134.610~15 3.59 3.65 3.69 3.79 123810~15 5.55 5.62 5.66 5.77 1347.210~15 4.26 4.28 4.30 4.37ʏxʃs23.72ʃ11.6
4 3.03ʃ1.29 3.07ʃ1.30∗ 3.11ʃ1.31∗ 3.18ʃ1.32∗
㊀注:∗.与1mm网格计划比较P<0.05.
2.1.1㊀R100%的比较
所有患者R100%均小于RTOG0813规定的范围(<1.2),没有偏差,与1mm网格计划相比,除2mm网格计划外,3mm网格计划与4mm网格计划R100%分别高出了1%和2%,且差异具有统计学意义(P<0.05).在100%的处方剂量覆盖95%PTV体积进行剂量归一的情况下,认为1mm和2mm网格计划R100%最低,适形度最好.2.1.2㊀R50%的比较
13例患者中,R50%有3例出现了小偏差,其中1例1mm网格计划未出现小偏差,而2mm以上网格计划均出现了小偏差.统计后结果显示:1mm网格计划的R50%最低,2~4mm网格计划与之相比分别高出了2.5%㊁5.1%㊁9.1%,差异均具有统计学意义(P<0.05).表明1mm网格计划靶区外剂量跌落更快.
27北华大学学报(自然科学版)第22卷
2.1.3㊀D2cm的比较
4例患者D2cm出现了小偏差,并且没有因为网格大小而有所改变.根据统计结果来看,与1mm网格计划相比,其余计划的D2cm差异均具有统计学意义(P<0.05),数值由高到低分别是4㊁1㊁3㊁2mm网格计划.
2.1.4㊀V20的比较
所有患者的V20均未发生偏差,随着网格大小增加,肺V20受量分别增加1.3%㊁2.6%㊁5%,差异均具有统计学意义(P<0.05).结果显示:1mm网格计划肺受量最低.
2.2㊀其他计划参数
以1mm网格计划为参考,将2㊁3㊁4mm网格计划的计算时间㊁机器跳数(MU)和γ通过率进行比较.
当使用1mm网格进行计算时,时间明显增加,当使用2mm以上网格进行计算时,可以大幅减少时间成本.随着网格大小的增加,采用3%/ 1mm标准对验证结果进行分析,网格越大,γ通过率就越低.3mm与4mm网格计划γ通过率低于90%,视为不通过.见表5.
表5㊀4种网格精度大小计划计算时间㊁MU和γ通过率
Tab.5㊀Calculating time,MU and gamma pass rate in the four grid size plans(ʏxʃs)网格计划/mm t(计算)/s MUγ通过率/% 1542.78ʃ174.012940.62ʃ585.495.02ʃ0.94
2120.06ʃ33.58∗2964.62ʃ582.94∗90.62ʃ3.33∗
360.78ʃ15.46∗3029.77ʃ604.25∗88.83ʃ4.35∗
447.89ʃ11.31∗3097.42ʃ624.39∗80.21ʃ5.35∗
㊀注:∗.与1mm网格计划比较P<0.05.
3㊀讨㊀㊀论
国内外学者[7-8]研究网格大小设定对剂量影响的结果表明:网格大小影响着剂量的最终分布和
精度.目前,很多治疗计划系统对剂量的算法是通
过网格间插值得到结果,而插值计算会产生剂量和
位置上的误差[9].对于密度较均匀且体积较大的肿瘤计算精度不会因网格较大而产生太大影响,但
是对于小体积肿瘤,网格大小对其计算精度的影响
比较大[10].因此,对于小的肿瘤,计算网格大小也应相应减小,避免由于在一个网格中剂量差异较大而产生的误差和不确定性.对于肺部肿瘤,其本身存在组织密度不均匀,且SBRT肿瘤体积一般比较小,同时SBRT技术又具有高剂量梯度的特点,因此对剂量的精确性要求更高.
目前,对于靶区剂量的评估一般采用ICRU83
号报告[11]的均匀性指数(HI)㊁适形度指数(CI)等指标,但SBRT技术是可以接受靶区不均匀性的,它在一定程度上以牺牲靶区均匀性来达到靶区外剂量迅速跌落的目的,这也正是其优势所在.而且剂量的跌落与肿瘤体积大小有关,应根据PTV体积大小的不同来衡量跌落.
本研究基于RTOG0813的剂量学参数来评估
不同网格对NSCLC患者SBRT计划产生的影响,
结果显示:4种网格计划都没有出现报告规定中的
大偏差,都符合RTOG0813的剂量学标准,这可能是因为本研究中采用的是VMAT技术,与报告中所用的3D CRT技术相比靶区适形度更高,对靶外正常组织保护更好[12],比较容易满足报告中的要求.具体来看,1mm网格计划和2mm网格计划R100%最低,靶区适形度最好,1mm网格计划R50%最低,靶区外剂量跌落更明显,但同样可以代表靶区外跌落的D2cm参数1mm网格计划却较高,可能是由于此参数记录的是最大点剂量,而网格较小时,原本在较大网格时被抹掉的极小热点被体现出来.此外,1mm网格计划对肺受量也是最少的.因此,根据RTOG0813剂量学参数,1mm网格计划是最推荐的.
在机器跳数方面,1mm网格计划跳数最少,机器跳数的减少意味着加速器硬件损耗的减少,并能降低散射线和漏射线,这可以减少患者因散射带来的放射诱发肿瘤的概率[13].本研究还用PD进行了γ通过率的分析,结果表明:1mm网格计划γ通过率最高,2mm网格也通过了规定的标准.由此可见,1mm网格计划计算更精确,得到的剂量结果更接近真实值.但与此同时计算时间会增加,效率较低.虽然部分剂量学指标的最大百分比差异较大,但绝对剂量值在临床上并不显著,如果要兼顾临床效率,也可以选择2mm网格.
综上,在设计非小细胞肺癌SBRT计划时,推荐用1mm网格进行剂量计算.
37
第1期徐玥靓,等:基于RTOG0813剂量学标准比较网格设定大小对NSCLC立体定向放射治疗计划的影响
参考文献:
[1]石远凯,孙燕,丁翠敏,等.中国埃克替尼治疗非小细
胞肺癌专家共识(2016年版)[J].中国肺癌杂志,
2016,19(7):489-494.
[2]ZIMMERMANN F B,GEINITZ H,SCHILL S,et al.
Stereotactic hypofractionated radiation therapy for stage I
non-small cell lung cancer [J ].Lung Cancer,2005,
48(1):107-114.
[3]VIDETICG M M,CHEN Hu,SINGH A K,et al.A
randomized phase 2study comparing 2stereotactic body radiation therapy schedules for medically inoperable pati-ents with stage I peripheral non-small cell lung cancer:
NRG Oncology RTOG 0915(NCCTG N0927)[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2015,93(4):757-764.
[4]ONG C L,CUIJPERS J P,SENAN S,et al.Impact of
thecalculation resolution of AAA for small fields and rapid
arc treatment plans[J].Medical Physics,2011,38(8):4471.[5]王文婷.计算网格对调强不同剂量梯度区域剂量计算的影响[J].医疗装备,2009,22(5):16-18.[6]LINDA H .SBRT treatment planning:practical considera-tions[J].MedicalPhysics,2019,39(4):3955-3960.
[7]刘翔宇,柳先锋,何亚男,等.计算网格大小对Eclipse
治疗计划系统剂量计算的影响[J].吉林大学学报(医学版),2011,37(5):843-847.
[8]MITTAUER K,LU Bo,YAN Guanghua,et al.A study of
IMRT planning parameters on planning efficiency,del-
ivery efficiency,and plan quality [J].Medical Physics,
2013,40(6):061704.
[9]SRIVASTAVA S P,CHENG Chewai,DAS I J.The
dosimetric and radiobiological impact of calculation grid size on head and neck IMRT [J].Practical Radiation Oncology,2017,7(3):209-217.
[10]SMEDT B D,VANDERSTREATEN B,REYNAERT N,
et al.Investigation of geometrical and scoring grid reso-lution for Monte Carlo dose calculations for IMRT[J].Physics in Medicine and Biology,2005,50(17):
4005-4019.
[11]ICRU.International commission on radiation units and
measurements:prescribing,recording,and reporting photon
beam intensity-modulated radiation therapy (IMRT)[R].ICRU Report 83,2010,10:1-106.
[12]郭跃信,王海洋,刘乐乐,等.早期非小细胞肺癌不同放
疗技术的剂量学差异分析[J].中华放射肿瘤学杂志,
2017,26(1):62-65.
[13]韩志铁.放射线治疗诱发脑肿瘤的研究[J].中国医
疗器械信息,2019,25(13):40-41.
ʌ责任编辑:陈丽华ɔ
ʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏ
ʏ
ʏ
ʏ
著作权使用声明
㊀㊀本刊已许可中国知网以数字化方式复制㊁汇编㊁发行㊁信息网络传播本刊全文㊂本刊支付的稿酬已包含中国知网著作权使用费,所有署名作者向本刊提交文章发表之行为视为同意上述声明㊂如有异议,请在投稿时说明,本刊将按作者说明处理㊂
47北华大学学报(自然科学版)
第22卷。