朱鳳盈，馬彥凝，羅錦勝，潘宏威，王遠(yuǎn)遠(yuǎn)，藍(lán)茂英

1.南方醫(yī)科大學(xué)順德醫(yī)院放射治療科，廣東佛山528300；2.瓦里安醫(yī)療系統(tǒng)公司，北京100176；3.合肥離子醫(yī)學(xué)中心醫(yī)療部，安徽合肥230000

前言

治療計(jì)劃系統(tǒng)（Treatment Planning System,TPS）進(jìn)行劑量計(jì)算依賴于CT影像中所包含的相對(duì)電子密度信息，該密度信息利用CT值轉(zhuǎn)換得到，這一轉(zhuǎn)換通常視所使用的CT而定［1］。TPS劑量計(jì)算時(shí)，錯(cuò)誤的CT/電子密度（CT‐ED）關(guān)系會(huì)造成劑量計(jì)算錯(cuò)誤。CT值的大小受CT掃描參數(shù)如管電壓、管電流、層厚等以及掃描條件的影響，導(dǎo)致對(duì)應(yīng)物質(zhì)的相對(duì)電子密度誤差［2］。本研究主要分析CT‐ED轉(zhuǎn)換曲線誤差對(duì)宮頸癌患者調(diào)強(qiáng)放射治療（IMRT）計(jì)劃劑量造成的影響，建立正確的CT‐ED轉(zhuǎn)換曲線應(yīng)該在臨床工作中予以重視，以保證治療計(jì)劃劑量計(jì)算的精度。

1 材料與方法

1.1 主要設(shè)備和儀器

（1）CT 掃描機(jī)：西門(mén)子SOMATOM Definition AS 20 層螺旋大孔徑CT，CT 床附加碳素纖維平板床面；（2）模體：CIRS062 電子密度模體；（3）TPS：瓦里安Eclipse 治療計(jì)劃系統(tǒng)；（4）直線加速器：瓦里安Trilogy直線加速器，MLC 60對(duì)，中間40對(duì)葉片，每片寬度5 mm，兩端各10對(duì)葉片，寬度1 cm。

1.2 病例選擇

隨機(jī)選取2018年11月～2019年1月在南方醫(yī)科大學(xué)順德醫(yī)院放射治療科進(jìn)行IMRT 治療的宮頸癌患者10例進(jìn)行回顧性研究。年齡38～75 歲，平均年齡61 歲，中位年齡61 歲。計(jì)劃選擇腹部CT‐ED 轉(zhuǎn)換曲線完成，掃描電壓120 kⅤ，電流35 mA，層厚3 mm。

1.3 IMRT計(jì)劃設(shè)計(jì)及CT‐ED轉(zhuǎn)換曲線引入

處方劑量5 040 cGy，分28次完成照射。采用前3后2或前2后3布野，射野避開(kāi)對(duì)腎臟、直腸等危及器官的照射。在TPS對(duì)轉(zhuǎn)換曲線引入±0.5%、±1.0%、±1.5%、±2.0%和±3.0%的誤差，重新計(jì)算劑量分布。每例患者得到10個(gè)新計(jì)劃，與原計(jì)劃進(jìn)行劑量學(xué)比較。

1.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)

分別評(píng)價(jià)原計(jì)劃和新計(jì)劃靶區(qū)及危及器官的劑量體積參數(shù)，評(píng)價(jià)指標(biāo)包括：處方劑量包繞靶區(qū)體積（ⅤRx）、最大劑量（D2%）、最小劑量（D98%）、適形度指數(shù)（Conformity Index, CI）和均勻性指數(shù)（HomogeneityIndex,HI）；危及器官包括脊髓的最大劑量（D1cc）、小腸的最大劑量（D1cc）、膀胱和直腸的體積劑量（Ⅴ45Gy），以及股骨頭的體積劑量（Ⅴ30Gy）［3］。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

從10例宮頸癌患者IMRT 計(jì)劃中分別得出靶區(qū)ⅤRx、D2%、D98%與轉(zhuǎn)換曲線誤差的散點(diǎn)圖；危及器官脊髓、小腸最大劑量D1cc與轉(zhuǎn)換曲線誤差的散點(diǎn)圖；膀胱和直腸的體積劑量Ⅴ45Gy與轉(zhuǎn)換曲線誤差的散點(diǎn)圖；股骨頭的體積劑量Ⅴ30Gy與轉(zhuǎn)換曲線誤差的散點(diǎn)圖。通過(guò)Matlab 軟件對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，采用線性擬合、多項(xiàng)式擬合等方法，擬合出靶區(qū)及危及器官劑量參數(shù)偏差值（Δ）與轉(zhuǎn)換曲線誤差之間的相關(guān)公式。采用SPSS 21.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，計(jì)量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，相關(guān)性進(jìn)行Spearman 分析，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 轉(zhuǎn)換曲線誤差對(duì)靶區(qū)劑量參數(shù)的影響

如表1所示，當(dāng)轉(zhuǎn)換曲線誤差為正數(shù)時(shí)，即CT‐ED轉(zhuǎn)換曲線數(shù)值增大，ⅤRx降低，當(dāng)出現(xiàn)1.5%偏差時(shí)，計(jì)劃靶區(qū)（PTⅤ）的ⅤRx為94.73%±1.86%，誤差繼續(xù)增大，帶來(lái)的影響超出臨床可接受范圍。當(dāng)轉(zhuǎn)換曲線誤差為負(fù)數(shù)時(shí)，ⅤRx升高，引入誤差越大，ⅤRx值越大。如圖1所示，Matlab 擬合得到轉(zhuǎn)換曲線誤差與ΔⅤRx之間的相關(guān)公式如下所示：

表1 轉(zhuǎn)換曲線誤差對(duì)處方劑量包繞靶區(qū)體積的影響（±s,%）Tab.1 Effect of conversion curve errors on target coverage(Mean±SD,%)

表1 轉(zhuǎn)換曲線誤差對(duì)處方劑量包繞靶區(qū)體積的影響（±s,%）Tab.1 Effect of conversion curve errors on target coverage(Mean±SD,%)

項(xiàng)目覆蓋率轉(zhuǎn)換曲線誤差3.0%90.30±3.11 2.0%93.57±2.32 1.5%94.73±1.86 1.0%95.67±1.47 0.5%96.46±1.11 0%97.12±0.85‐0.5%97.61±0.68‐1.0%98.02±0.55‐1.5%98.33±0.44‐2.0%98.60±0.36‐3.0%99.00±0.26

圖1 腹部CT-ED轉(zhuǎn)換曲線Fig.1 Abdominal CT-ED conversion curve

對(duì)于D2%、D98%，引入正轉(zhuǎn)換曲線誤差，數(shù)值降低，引入負(fù)轉(zhuǎn)換曲線誤差，數(shù)值升高，引入的轉(zhuǎn)換曲線誤差越大，D2%、D98%數(shù)值變化越大。如表2所示，ΔD2%、ΔD98%與轉(zhuǎn)換曲線誤差之間存在顯著負(fù)相關(guān)性。如圖2b和圖2c所示，用Matlab得到轉(zhuǎn)換曲線誤差與ΔD2%、ΔD98%之間的相關(guān)公式：

CI、HI隨轉(zhuǎn)換曲線誤差變化沒(méi)有表現(xiàn)出明顯規(guī)律，兩者之間沒(méi)有顯著的相關(guān)性，如表2所示。圖2a～圖2i 為10例患者IMRT 計(jì)劃靶區(qū)及危及器官劑量參數(shù)偏差值與轉(zhuǎn)換曲線誤差之間的散點(diǎn)圖。

2.2 轉(zhuǎn)換曲線誤差對(duì)危及器官劑量參數(shù)的影響

脊髓‐D1cc、小腸‐D1cc、膀胱‐Ⅴ45Gy、直腸‐Ⅴ45Gy和股骨頭‐Ⅴ30Gy，在引入正轉(zhuǎn)換曲線誤差時(shí)，數(shù)值降低，引入負(fù)轉(zhuǎn)換曲線誤差時(shí)，數(shù)值升高，引入的轉(zhuǎn)換曲線誤差越大，危及器官數(shù)值變化越大。如表2所示，危及器官劑量參數(shù)偏差值與轉(zhuǎn)換曲線誤差之間存在顯著負(fù)相關(guān)性。圖2a～圖2i 為用Matlab 擬合得到的轉(zhuǎn)換曲線誤差與危及器官劑量參數(shù)偏差值之間的相關(guān)公式：

表2 靶區(qū)及危及器官劑量參數(shù)偏差值與轉(zhuǎn)換曲線誤差之間的Spearman法相關(guān)分析Tab.2 Spearman correlation analysis between the conversion curve errors and the deviation values of dosimetric parameters of target areas and organs-at-risk

圖2 10例患者IMRT計(jì)劃靶區(qū)及危及器官劑量參數(shù)偏差值與轉(zhuǎn)換曲線誤差之間的散點(diǎn)圖Fig.2 Scatter plots between the conversion curve errors and the deviation values of dosimetric parameters of target areas and organs-at-risk in IMRT plans of 10 patients

3 討論

為了確保放療劑量的精確計(jì)算，需要保證計(jì)劃系統(tǒng)CT‐ED 轉(zhuǎn)換曲線的準(zhǔn)確性。目前，有不少文獻(xiàn)［4‐12］對(duì)CT 值和ED 的關(guān)系進(jìn)行了相應(yīng)的研究。Zurl 等［4］研究表明使用不同的CT 掃描協(xié)議可以導(dǎo)致HU 值高達(dá)20%的變化，導(dǎo)致系統(tǒng)平均劑量誤差達(dá)到1.5%。李克等［13］研究了基于不同掃描部位采集的CT‐ED轉(zhuǎn)換曲線對(duì)放療劑量的影響，結(jié)果表明在不同掃描部位下進(jìn)行采集的CT‐ED 轉(zhuǎn)換曲線對(duì)放療劑量計(jì)算有一定影響，對(duì)于頭部與胸部的腫瘤應(yīng)該盡量選擇對(duì)應(yīng)掃描模式下的CT‐ED 轉(zhuǎn)換曲線進(jìn)行劑量計(jì)算，以保證治療計(jì)劃劑量計(jì)算的精度。

有研究表明CT 定位條件和掃描參數(shù)可能導(dǎo)致CT值的改變，特別是掃描電壓和CT定位床面的散射對(duì)CT 值的影響較大［14］。此外，CT 增強(qiáng)造影劑也會(huì)影響CT值從而影響劑量的計(jì)算，并且其濃度越高CT值則增加越多，導(dǎo)致劑量也會(huì)增高［15‐16］。若體內(nèi)有金屬植入物，也會(huì)導(dǎo)致CT 值產(chǎn)生較大的偏差，這種偏差包含金屬植入物本身的CT 值偏差以及金屬導(dǎo)致的周?chē)M織的CT 值的偏差［17‐18］。除此，若患者體內(nèi)存在工人關(guān)節(jié)、心臟起搏器等外部植入物也可能導(dǎo)致CT值的變化，從而引起劑量計(jì)算的偏差。

由于客觀因素，CT‐ED轉(zhuǎn)換曲線的誤差無(wú)法完全避免。TPS劑量計(jì)算時(shí)，錯(cuò)誤的CT‐ED關(guān)系會(huì)造成劑量計(jì)算錯(cuò)誤。研究表明，CT‐ED轉(zhuǎn)換曲線的誤差有可能導(dǎo)致劑量計(jì)算結(jié)果相差3%以上［8,19］。本研究側(cè)重于分析CT‐ED 轉(zhuǎn)換曲線誤差對(duì)宮頸癌患者IMRT 計(jì)劃劑量造成的影響，擬合出靶區(qū)及危及器官劑量參數(shù)偏差值（Δ）與轉(zhuǎn)換曲線誤差之間的相關(guān)公式，以直觀顯示轉(zhuǎn)換曲線誤差對(duì)臨床評(píng)價(jià)指標(biāo)帶來(lái)的影響。轉(zhuǎn)換曲線引入正誤差時(shí)計(jì)劃劑量參數(shù)降低，引入負(fù)誤差時(shí)計(jì)劃劑量參數(shù)升高，引入的誤差越大劑量變化越大。PTⅤ的ⅤRx與轉(zhuǎn)換曲線誤差顯著性負(fù)相關(guān)，當(dāng)出現(xiàn)1.5%偏差時(shí)，為94.73%±1.86%，誤差繼續(xù)增大，帶來(lái)的影響超出臨床可接受范圍。

為確保CT‐ED 轉(zhuǎn)換曲線的準(zhǔn)確性，需要對(duì)CT 進(jìn)行定期質(zhì)控。對(duì)此，AAPM TG 66號(hào)報(bào)告［20］詳細(xì)描述了CT 模擬機(jī)的質(zhì)控規(guī)范，包括CT 值精確性、電子密度和CT 值的轉(zhuǎn)換等均有相應(yīng)檢查頻率和容差限值。不同廠家的CT 模擬機(jī)性能參數(shù)都不完全一樣，各個(gè)放療中心應(yīng)該根據(jù)自己設(shè)備的情況建立CT‐ED 轉(zhuǎn)換曲線，并且考察可能影響CT 密度值的因素，完善CT模擬機(jī)的QA標(biāo)準(zhǔn)。

總之，CT‐ED 轉(zhuǎn)換曲線誤差越大，導(dǎo)致劑量計(jì)算的誤差也越大。在當(dāng)今精確放療的時(shí)代，需要定期對(duì)CT 做相應(yīng)的質(zhì)控，保證CT‐ED 轉(zhuǎn)換曲線的準(zhǔn)確性，以保證放療計(jì)劃劑量計(jì)算的精度。