射波刀治疗计划中计算框大小对靶区剂量分布影响研究*

高行新 王洪花 陆 军 李 莎 张 超 崔晓磊 黄永辉

射波刀治疗计划中计算框大小对靶区剂量分布影响研究*

高行新①王洪花②陆 军①李 莎①张 超①崔晓磊①黄永辉①

目的：研究射波刀治疗计划中计算框的大小对靶区剂量分布的影响，为射波刀治疗计划设计时计算框的选择提供参考。方法：选择3个肿瘤最大直径分别为10 mm、30 mm和50 mm的靶区，计算框大小分别为靶区外15 mm、30 mm、50 mm和最大扫描体积，然后进行计划设计，并分析计算框的大小和靶区剂量分布之间的关系。结果：①计算时间随着计算框的增大而大幅度减少，而治疗时间随着计算框的增加均有减少的趋势，但变化不大；②随着计算框的增大，等剂量曲线数值呈下降的趋势，由开始轻微改变到在最大扫描体积时变化最大，如10 mm靶区，曲线数值由89%～70%，而30 mm靶区，曲线数值由85%～74%，对50 mm靶区，曲线数值由77%～70%。射线束变化趋势和等剂量曲线类似；③对不同大小的靶区，适形度会随着计算框的增大而增加，但随着靶区的增大，适形度增加幅度变小。结论：受计算时间和其他靶区剂量分布影响，对于肿瘤直径为10 mm的靶区，计划设计时选择较小的计算框，如靶区外15 mm；对于肿瘤直径为30 mm靶区，选择适中的计算框为宜，如靶区外30～50 mm；而对于肿瘤直径为50 mm的靶区，计算框可以选择大些，如靶区外50 mm或更大范围计算框，可以有效减少计算时间，提高工作效率。

射波刀；计算框；靶区剂量分布；放射治疗

射波刀是一种新型的立体定向放射治疗设备，也是目前世界上最先进的医学技术之一，由美国斯坦福大学医学院神经外科医师John.Adler博士于1992年发明，并于2001年由美国食品药品监督管理局(Food and Drug Administration，FDA)认证，可用于治疗全身各部位肿瘤[1-5]。射波刀采用实时影像引导和同步呼吸追踪等技术，确保治疗的准确性和重复性，使肿瘤外放边界明显缩小，更多相邻的正常组织免受放射线辐射[6-7]。

随着射波刀技术的不断研制，第四代射波刀采用Multiplan4.0治疗计划系统，在计划开始阶段有剂量计算框的选择，而剂量计算框定义了一个体积，在该体积中，系统将以当前选定的精度计算剂量，并为用于优化的每个感兴趣器官提取约束点，只有处于剂量计算框内部的感兴趣区域部分才会受到约束。而在Multiplan4.0计划系统中有3种精度分别为低分辨率(64×64×64)、中分辨率(128×128×128)和高分辨率(扫描的主CT像素)。在治疗计划设计时，一般选择低分辨率来进行初步计算，最后用高分辨率去评估并发送。低分辨率中的像素点相对较少，这样落在靶区和危急器官上的限制点也相应的减少，运算时间就会变短，方便治疗计划设计。对于计算框的选择原则上不可太大或太小，计算框太大会减少每个感兴趣区的限制点数，而太小又有可能会漏掉危及器官。为此，本研究针对不同肿瘤直径的靶区，研究计算框的选择对靶区剂量分布的影响，并分析其之间的关系，对于射波刀治疗计划设计中计算框的选择有着指导和借鉴意义。

1 资料与方法

1.1 资料选取

兰州总医院引进的第四代射波刀(美国Accuray公司)，于2012年10月开始在临床应用治疗。选取肿瘤最大直径分别为10 mm、30 mm和50 mm的靶区进行计划设计，计算框的选择分别为靶区外15 mm、30 mm、50 mm和最大扫描体积，靶区基本位于体部中心处。

1.2 CT定位及靶区勾画

使用PET-CT模拟定位机(德国Siemens公司)对患者行CT扫描。患者采用仰卧位，真空垫固定，扫描层厚、层距均为1 mm。由医生勾画靶区和危及器官。

1.3 治疗计划设计

由Multiplan4.0治疗计划系统分别对3个不同大小的肿瘤靶区进行计划设计，对每一个靶区，计算框的选择分别为靶区外15 mm、30 mm、50 mm和最大扫描体积，这样就得出3组治疗计划。

1.4 治疗计划评估

靶区剂量分布参数主要有计算时间、等剂量曲线、靶区体积覆盖率、治疗时间、适形度、新适形度以及射线束等[8]。在靶区体积覆盖率＞99%情况下，分别研究不同大小的肿瘤靶区在不同计算框下靶区剂量分布参数的变化，并对计算框的选择给出合理的建议。

2 结果

最大径为10 mm的肿瘤靶区，计算框分别为靶区外15 mm、30 mm、50 mm和最大扫描体积进行计划设计，所有治疗计划的靶区剂量分布参数见表1。

最大径为30 mm的肿瘤靶区，计算框分别为靶区外15 mm、30 mm、50 mm和最大扫描体积进行计划设计，所有治疗计划的靶区剂量分布参数见表2。

最大径为50 mm的肿瘤靶区，计算框分别为靶区外15 mm、30 mm、50 mm和最大扫描体积进行计划设计，所有治疗计划的靶区剂量分布参数见表3。

3 讨论

射波刀作为新型的立体定向放射治疗设备，在全身各部位肿瘤治疗中都取得了很好的疗效，如头颈部肿瘤[9-12]、肺癌[13-15]、肝癌[16-17]、胰腺癌[18]以及肾癌[19]等。本研究使用引进的第四代射波刀，采用的治疗计划系统是Multiplan4.0版本，有5～60 mm范围内12种不同尺寸的准直器[20]。在治疗计划设计时需要选择一个计算框进行计算，对于计算框的选择理论上不宜太大和太小，而本研究探讨计算框的大小对于肿瘤靶区剂量分布的影响，从而为以后治疗计划中计算框的选择提供借鉴和指导。

表1 肿瘤最大径为10 mm的靶区剂量分布参数

表2 肿瘤最大径为30 mm的靶区剂量分布参数

表3 肿瘤最大径为50 mm的靶区剂量分布参数

选择最大径分别为10 mm、30 mm和50 mm的肿瘤靶区，每个靶区又分别选择计算框为靶区外15 mm、30 mm、50 mm和最大扫描体积进行治疗计划设计，对每组治疗计划中不同计算框下靶区剂量分布进行分析。表1、表2和表3的3组治疗计划中靶区剂量分布参数都有相似的变化，但变化程度不同，按照靶区剂量分布参数分析显示：①计算时间和治疗时间。计算时间基本上随着计算框的增大而变小，对于10 mm的靶区，计算时间从50 s降至18 s，而30 mm的靶区计算时间则从9 min降至24 s，当靶区为50 mm时，计算时间从18 min降至2 min。治疗时间随着计算框的增大都有减少的趋势，但变化不大；②等剂量曲线和射线束。随着计算框的增大，等剂量曲线数值呈下降的趋势，在计算框由15 mm增大到50 mm时，等剂量曲线有轻微的下降，但变化不大，当计算框增大为最大扫描体积时，等剂量曲线变化增加，如10 mm靶区，曲线数值由89%降低为70%，而30 mm靶区，曲线数值由85%降低为74%，对50 mm靶区，曲线数值由77%降低为70%，等剂量曲线数值变化有随靶区增大而减小的现象，射线束变化趋势和等剂量曲线类似；③靶区适形度。对不同大小的靶区，适形度均随着计算框的增大而增加，如在10 mm靶区，适形度由1.39增大到2.81，而30 mm的靶区，适形度由1.26增至1.81，当靶区为50 mm时，适形度由1.19增至1.29，其结果是随着靶区的变大，适形度随着计算框的增大的幅度变小。

4 结论

通过对不同大小的肿瘤靶区分别在不同计算框下进行治疗计划设计，分析计算框的大小对靶区分布的影响。3组治疗计划研究结果显示：在靶区体积覆盖＞99%情况下，随着计算框的增大，不同大小的肿瘤靶区剂量分布参数有相似的变化，但变化程度不同。当计算框由15 mm增大到50 mm时，靶区剂量分布中治疗时间、射线束和靶区等剂量曲线均有略微下降的趋势，但变化不大，而适形度呈现的是增大的趋势，但计算时间则变化较大，呈倍数减少。当计算框为最大扫描体积时，靶区剂量分布参数变化在靶区为10 mm时变化最大，到50 mm靶区时，剂量分布参数变化减弱，呈现剂量分布参数随靶区增大而减弱的趋势。以上结果表明，计算框的大小对靶区剂量分布方面确实存在影响，在计算框较小时，如计算框为15 mm和30 mm时比较，靶区剂量分布参数大多数有着轻微的改变，但改变非常小，只是在计算时间上相差较大。在计算框较大时，如在最大扫描体积时对10 mm靶区影响最大，对50 mm靶区影响较小。所以考虑计算时间和其他靶区剂量分布参数，在靶区体积较小时适合较小的计算框，如30 mm左右，不建议选择非常大的计算框，但选择的计算框必须包含邻近靶区的危急器官；而在靶区体积较大时，建议选择较大些的计算框，如靶区外50 mm大小计算框，可以有效减少计算时间，提高工作效率。以上结果可以为射波刀治疗计划中计算框的选择提供参考和指导，在实际治疗计划中根据需要选择适当地计算框。

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The research on the influence of calculation grid size for dose distribution of target region in the therapy plan of CyberKnife system/

GAO Xing-xin, WANG Hong-hua, LU Jun, et al//
China Medical Equipment,2017,14(9):20-23.

Objective: To research the influence of calculation grid size for dose distribution of target region in the therapy plan of CyberKnife so as to provide references for the choosing of calculation grid in the design of therapy plan of CyberKnife. Methods: Three target regions which largest diameters were 10mm, 30mm and 50mm, respectively, were selected. The calculation grid sizes were 15mm, 30mm and 50mm out of target region and the largest scanning volume, respectively. And then, the plan and design were carried out and the relationship between calculation grid size and distribution of target dose was analyzed. Results: (1)The calculation time was reduced with the enlarging of calculation grid and the reduced range was very large, while the treatment time appeared a reducing trend with the enlarging of calculation grid and its change was not obvious. (2)With the enlarging of calculation grid, the value of isodose curve appeared a decreasing trend, and the change was slight in begin and was obvious in largest scanning volume, such as for 10mm target region, the value of curve was from 89% to 70%, and it was from 85% to 74% for 30 mm target region, and it was from 77% to 70% for 50 mm target region. And the change trend of bundle of rays was similar with isodose curve. (3)For differently sized target region, the conformal degree was increase with the enlarging of calculation grid, while its increase range became smaller with the enlarging of target region. Conclusion: Based the influence for the consideration of calculation time and other dose distribution of target region, the planning and design should choose smaller calculation grid for the target region of 10mm tumor diameter, such as 15 mm out of target region. And it should choose medium calculation grid for the target region of 30 mm tumor diameter, such as 30-50 mm out of target region. Further, it should choose more calculation grid for the target region of 50 mm, such as 50 or more than 50mm out of target region. This method can reduce calculation time and increase the work efficiency.

CyberKnife system; Calculation grid; Dose distribution of target region; Radiotherapy

Department of Radiotherapy, The General Hospital of Lanzhou Military Region, Lanzhou 730050, China.

1672-8270(2017)09-0020-04

R730.55

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.09.006

2017-01-09

国家自然科学基金青年科学基金(81501623)“模拟微重力环境下TLR9分子在碳离子辐射损伤防护中的作用及机理研究”

①兰州军区兰州总医院放射治疗科 甘肃 兰州 730050

②甘肃省计量研究院 甘肃 兰州 730070

高行新,男,(1982- ),博士，物理师。兰州军区兰州总医院放射治疗科，从事肿瘤放射物理研究工作。