刘凌湘陈照辉黄贤海易兰
广州市番禺区中心医院肿瘤科511400
通信作者：刘凌湘，Email：****************
【摘要】目的探讨中央型肺癌调强适形放射(IMRT)同一射野角度、不同优化方式对
靶区和危及器官剂量分布的影响。方法回顾性分析2017年11月至2019年10月在广州市番 禺区中心医院接受IMRT的6例中央型肺癌患者的临床资料.其中男性5例、女性1例，中位
年龄64(53-73)岁。6例患者分别制定2种计划：F-plan和B-plan。2种计划均采用相
同的射野方向，根据靶区边缘到皮肤表面的距离，遵循射野穿过肺部最小的原则对所给定的射
野方向进行优化，其中，F-plan为部分射野进行锁铅门设计，B-plan为部分射野入射路径处添
加虚拟的“Block”设计；评估2种计划的患者的靶区覆盖情况、危及器官受照剂量和机器跳
数.差异的比较采用配对f检验。结果2种计划均能满足临床要求，计划临床靶体积和计 划大体肿瘤体积(PGTV)的剂量分布基本一致，PGTV的适形度指数、均匀性指数以及2种计划
下的机器跳数等各参数之间的差异均无统计学意义(/=-1.383-1.863，均P>0.05)c,B-plan的双肺
的肺平均剂量(MLD)[(1572.13±148.08)cGyJ,V5[(62.58±5.91)%],V25[(24.33±1.83)%],V30
[(20.14±2.43)%]、V40[(13.38±2.78)%](V x指接受x Gy剂量照射的体积占总体积的百分比)和正
常组织的平均剂量(Dmean)[(1246.63±485.12)cGy]、V s[(5&46±24.31)%]、V40[(6.38±2.67)%]普
遍高于F-plan的受照剂量[双肺的MLD：(1546.45±152.98)cGy、V5：(60.66±5.34)%、V25：
(23.79±2.20)%.V30:(19.59±2.71)%.V40：(12.70±2.79)%；正常组织的D mean：(1209.37±
466.66)cGy、V5：(54.87±22.60)%、V40：(5.89±2.63)%]，且差异均有统计学意义(/=-6.370-
-2.601，均P<0.05)；对于心脏和脊髓的受照剂量，2种计划之间的差异均无统计学意义(r=
-分数阶傅立叶变换
1.120-0.377，均P>0.05)，但B-plan的心脏的V30[(17.2H10.42)%].V40[(11.70±8.04)%]高
于F-plan[V30：(14.67±5.82)%、V40:(9.42±4.19)%]，而脊髓的最大剂量[(4112.12±304.66)cCy]
却略低于F-plan[(4128.73±254.72)cC刃。结论2种计划均能得到满意的靶区剂量学分
布，在危及器官保护方面也各有优缺点，临床应用中可根据个体差异、靶区分布有选择性地使
用或结合使用。
【关键词】肺肿瘤；放射疗法，调强适形；放射计划，计算机辅助；射野角度优化
基金项目：番禺区科技计划项目(2018-Z04-29)
DOI：10.3760/cma.j121381-202001016-00002
Effect of different optimization methods for the same beam angles on IMRT plan of central lung
cancer
Liu Lingxiang,Chen Zhaohui,Huang Xianhai,Yi Lan
Department of O ncology,Guangzhou Panyu Central Hospital,Guangzhou511400,China
Corresponding author:Liu Lingxiang,Email:74059903********
【Abstract】Objective To investigate the effect of different optimization methods in the same
beam angles on the dose distribution of the target area and organ at risk(OAR)in intensity modulated
radiotherapy(IMRT)for central lung cancer.Methods Six patients with central lung cancer and
received IMRT in Panyu Central Hospital of Guangzhou from November2017to October2019were
retrospectively analyzed,including5males and1female;the median age was64(53-73)years old.Six
patients were treated with two plans,namely,F-plan and B-plan.Both plans adopted the same beam
angles,and the given beam angle was optimized in accordance with the distance between the edge of the target area to the surface of the skin and the principle of the minimum penetration of field into lung. The F-plan was that part of the beam angles was designed to fix the jaw,and the B-plan was that part of the beam angles was designed to add a block in the incident path of the view.The target
area coverage, OAR distribution,and monitor unit(MU)with two treatment plans were receptivity evaluated.Paired t-test was used to compare the differences.Results The two treatment plans could satisfy the clinical requirements,the dose distributions of the planning clinical target volume and the planning gross target volume(PGTV)were basically the same,and no significant difference was found between the parameters such as the conformal index and uniformity index of PGTV,machine MU under the two plans(Z=-1.383-1.863,all P>0.05).The mean lung dose(MLD)((1572.13±14&08)cGy)/V5((62.58±5.91)%)/V25((24.33±1.83)%)/V30((20.14±2.43)%)and V40((13.38±2.78)%)of the double lung (where V x refers to the percentage of the volume exposed to x-Gy dose to the total volume)and the mean dose(D mean)((1246.63±485.12)cGy)A^5((5&46±24.31)%)and V40((6.38±2.67)%)of normal tissue(NT)in the B-p!an were generally higher than in the F-plan(MLD((1546.45±152.98)cGy)/V5 ((60.66±5.34)%)/V25((23.79±2.20)%)/V30((19.59±2.71)%)and V40((12.70±2.79)%)of the double lung and the D mean((1209.37±466.66)cGy)/V5((54.87^22.60)%)and V40((5.89±2.63)%)of NT). Their difference was statistically significant(/=-6.370to-2.601,all P<0.05).For the heart and spinal cord,no significant differences were found between the two plans(戶一1.120—0.377,all P>0.05). However,B-plan cardiac V30((17.21±10.42)%)and V40((11.70±8.04)%)were higher than F-plan cardiac V30((14.67±5.82)%)and V40((9.42±4.19)%).In addition,spinal cord maximum dose(D max) ((
4112.12±304.66)cGy)was slightly lower than F-plan spinal cord D max((4128.73±254.72)cGy). Conclusions Both treatment plans can obtain satisfactory target dosimetric distribution,and each plan has its own advantages and disadvantages in the protection of OARs.In clinical application,they can be used selectively or in combination according to in d ividual differences and target distribution.
[Key words]Lung neoplasms;Radiotherapy,intensity-modulated;Radiotherapy planning, computer-assisted;Beam angle optimization
Fund program:Science and Technology Planning Project in Panyu District(2018-Z04-29)
DOI:10.3760/cma.jl21381-202001016-00002
放疗是肺癌的常见手段，其中，调强适形放射（intensity modulated radiotherapy,IMRT）是目前常用的一种放疗技术，其采用一系列不同射野从不同方向照射靶区，通过调整射野内强度分布，使高剂量区适形于靶区，并在一定程度上避开靶区周围的正常组织。对于中央型肺癌，由于其主要发生在段支气管至主支气管巴靶区趋近纵隔而使周围正常组织如脊髓、食管、心脏等不可避免地受到照射，进行1MRT计划设计时，需要选择合适的射野方向和射野数目，其中射野方向的选择是关键。目前，临床上普遍仍采用物理师根据经验给出的射野方向，射野大小也普遍采用铅门自动跟随适形于整个靶区。这样对部分中央型肺癌来说，可能某一个或某几个射野有部分位置需穿过较多的正常肺组织
才能到达靶区，增加了正常肺组织的照射剂量。为了达到更好地保护正常肺组织的目的，我们在参考相关文献［2~5］的基础上，选取6例中央型肺癌患者，根据靶区分布情况和靶区边缘到皮肤表面的距离，遵循射野以最短路径到达靶区（即穿过肺部最小）的原则，采用锁铅门it和添加虚拟“Block”®）的方法对所给定的射野方向进行一定的优化处理，探讨给定射野方向进一步优化对肿瘤靶区和危及器官剂量分布的影响。
1资料与方法
1.1一般资料
回顾性分析2017年11月至2019年10月在广州市番禺区中心医院接受IMRT的6例中央型肺癌患者的临床资料，其中，男性5例、女性1例，中位年龄64（53-73）岁。6例患者中，小细胞肺癌1例（局限期）、非小细胞肺癌5例（鳞癌3例：2例IHb期、1例IV期；腺癌2例：均为IV期）。纳入标
准：①靶区分布处于居中偏右位置；②可顺利完成整个放疗计划：排除标准：①靶区分布处于居中偏左或其他位置；②由于各种原因未能完成放疗计划。所有患者前均签署了知情同意书。本研究符合《赫尔辛基宣言》的原则。
1.2靶区和危及器官的勾画
患者取仰卧位，手臂上举抱头，用真空袋固定，采用荷兰Philips公司Brillance Big Bore CT于平静呼吸状态下行CT平扫与增强扫描，扫描层厚、层间距均为5mm，范围从环状软骨至肾上腺水平。扫描后的图像传至美国Varian公司Eclipse 10.0三维划系统。由主治及副主任职称的放疗医师在CT图像上勾画靶区和危及器官，其中，大体肿瘤体积（gross tumor volume,GTV）为影像学可见肺部病灶和纵隔肿大淋巴结；临床靶体积（clinical target volume,CTV）为GTV外一定范围和区域的淋巴结，包括肿瘤潜在侵犯的范围；计划靶体积（planning target volume.PTV）包括计划大体肿瘤体积（planning gross target volume,PGTV）和计划临床靶体积（planning clinical target volume, PCTV）,PGTV基于GTV向各方向均匀外扩5mm, PCTV则基于CTV向各方向均匀外扩5mm；危及器官包括肺、脊髓、心脏、食管。
1.3计划的设计
采用Eclipse10.0三维计划系统进行IMRT 计划设计。采用9野均分、去掉穿健侧肺（左肺）的2个射野的布野方法（射野方向为200。、240。、280。、320。、0。、40。、160。），对所给定的射野方向，部分射野根据靶区分布和靶区边缘到皮肤表面的距离，遵循穿过肺部最小的原则分别进行锁铅门设计（F-plan）和添加虚拟的"Block"（B-plan）设计（图1），其余射野铅门自动跟随适形于整个靶区。其中，F-plan主要进行240。、280。、40°3个角度的锁铅门设计，图1A为40。射野方向的锁铅门设计，该处靶区分布倾向于右侧，与右侧相比，靶区边缘距左侧皮肤表面距离较远.该射野在此处
如果采用铅门自动跟随.则入射路径长.需穿过左肺才能到达靶区.因此设计时对该部分采用了锁铅1'］设计，缩冋Y1方向处的部分铅门。同理，240。和280。射野方向也是如此设计，在靶区上半段缩冋Y2方向处的部分铅门，这样，靶区上半段参与照射的射野方向包括200。、320°、0。、40。、160。，下半段参与照射的射野方向包括200。、240。、280。、320。、0。、160%B-plan所添加虚拟的"Block"的射野方向与F-plan相同，在接近皮肤表面射野入射路径处添加虚拟的“Block”（图1B）O肿瘤靶区和危及器官剂量优化的优先顺序依次为靶区、脊髓、肺、食管、心脏；B-plan中所添加虚拟的“Block”的优化权重仅次于靶区，限量“Block”W5〜10Gy。
图1中央型肺癌调强适形放射的2种讣划中40。射野方向的优化方式A为锁铅门设计（F-plan），红箭头标记处示40。射野方向的锁铅门设计；B为添加虚拟的"Block"设计（B-plan），红箭头标记处的紫条纹框示40。射野方向的“Block”添加情况A和B的左图为CT横断面、右图为CT冠状［ftf.冠状面图中黄部分对应铅门大小.上侧对应Y2铅1'1，下侧对应Y1铅门CT为计算机体层摄影术
Figure1Optimization of40°field direction in two plan types of intensity modulated radiotherapy in central lung cancer
1.4处方剂量的要求
PGTV的处方剂量为6020cGy/28次（215cGy/次）,PCTV的处方剂量为5040cGy/28次（180cGy/次）。
要求至少95%的PTV接受处方剂量以上的剂量，PTV内大于处方剂量110%的体积不超过1%危及器官的剂量约束条件：双肺的V5«0%〜65%、V go%、V2oW25%〜35%、V30«20%，双肺的肺平均剂ift（mean lung dose,MLD）W20Gy（其中，V x指接受x Gy剂量照射的体积占总体积的百分比）；脊髓的最大剂量（maximum dose,D max）< 45Gy；食管的D max<60Gy；心脏的V30S4O%.V40«30% o
1.5计划评估
观察剂量-体积直方图（dose-volume
histogram.
DVH ）和CT 各层面的剂量分布可直观地得出靶区 和危及器官的剂量体积分布情况。靶区的评估参 数包括V95%、Vi 。。％、V ）05%（ V x%指接受x%处方
剂量照射的体积占总体积的百分比）、D 50. D 95（D x 指x%的靶区体积所接受的照射剂量）、平均剂量 （mean dose . D mean ）A 靶区均匀性指数（homogeneity index, HI ）、适形度指数（conformity index, CI ）问
和总的机器跳数。HI=（D2-D98）/D 处方，其中D2指 DVH ± 2%的靶区体积所接受的照射剂量，近似
于“最大剂量”；D 98指DVH 上98%的靶区体积所 接受的照射剂量，近似于“最小剂量”。HI 越小，
钢便桥剂量均匀性越好。CI=（V T ,re /V T ）x （VT 「ef/Vref ），其中，Vf 为靶体积；
V^ref 为参考等剂量线所包绕的靶 体积；V 「ef 为参考等剂量线所包绕
的所有区域体积。CI 范围为0〜1 （数值越接近1，表示适形度越好）。
危及器官的评估参数包括双肺
的 V 5、V w 、V|3、V|5、V20、V25、V30、 V40和MLD ；心脏的V30、V 40；脊 髓的Dmax ；正常组织（指靶区所在
层面、外轮廓减去靶区外扩1 mm 的所有正常组织）的V5、Vi 。、V20、 V30、V40、Dmean 。 食管由于严格限
制其 D max <60 Gy 或 V6（）W1%，这里
不作评估。
1.6统计学方法
采用SPSS20.0软件进行统计
模数化学分析。经Shapiro-Wilk 检验，符 合正态分布的数据以土土 s 表示，经 Levene's 方差齐性检验，方差齐的
条件下，2种计划之间的剂量 学差异比较采用配对/检验。P< 0.05为差异具有统计学意义。
2结果
2.1 2种计划的靶区剂量比较
6例患者的PGTV 和PCTV 分别
为（241.84±148.21） cm'和（581.79± 233.47）cm 」。图2、3为其中1例
患者的靶区剂量分布图和DVH，结 合图3和表1可知，2种计划
的靶区覆盖率基本符合临床要求（V95%均>99%, Woo%均在95%左右），且均具有较好的靶区适形 度和剂量均匀性（CI 接近0.78, HI 接近0.09）°由
表1可知，2种计划的PGTV 和PCTV 的各参 数的差异均无统计学意义（均Q0.05），但B-plan
的PGTV 的高剂量区（D2、D50）略低于F-plan ，低 剂量区（D95、D98）略高于F-plan ；另外，2种
计划的总的机器跳数相近，差异无统计学意义
（P>0.05）o
2.2 2种计划的危及器官受照剂量比较
6例患者双肺的体积为（3374.70±990.20） cm'、
图2中央型肺癌患者（男性，73岁）调强适形放射的靶区剂量分布图 A 为锁铅门设计（F-plan ） ; B 为添加虚拟的“Block ”设计（B-plan ） A 和B 从左至右依 次为CT 的横断而、冠状面、矢状面；红区域表示计划大体肿瘤体积.蓝IX ：域表 示计划临床靶体积CT 为计算机体层摄影术
Figure 2 Target dose distribution graph of intensity modulated radiotherapy in patients with
central lung cancer ( male, 73 years old )
图3中央型肺癌患者（男性，73岁）调强适形放射的剂量.体积直方图F-plan 为锁铅门设计；B-plan 为添加虚拟的“Block"设计；PCTV 为计划临床靶体积； PGTV 为计划大体肿瘤体积
Figure 3 Dose-volume histogram of intensity modulated radiotherapy in patients with
central lung cancer （ male, 73 years old
）
表1中央型肺癌调强适形放射中2种计划的靶区
覆盖结果的比较(n=6, x±5)
Table 1 Comparison of target coverage between the two plan
types of intensity modulated radiotherapy in central lung cancer
注：F-plan 为锁铅门设计；B-plan 为添加虚拟的“Block ”设计；
PGTV 为计划大体肿瘤体积；Dmean 为平均剂量；D*为X%的
靶区体积所接受的照射剂量；Vx%为接受x%处方剂量照射的
体积占总体积的百分比；CI 为适形度指数；HI 为均匀性指
数；PCTV 为计划临床靶体积
(n=6，丘土 s)
评估参数
F-plan
B-plan
/值P 值PGTV
Dmean (cGy)
6245.55±27.55
6244.48±32.840.2440.817
D 2(cGy)
6464.21 ±46.106458.18±53.75 1.2280.274
D5o (cGy)6258.60±28.25
6255.79±33.040.4270.687D 95(cGy)6023.78±21.96
6028.10±27.41
-
0.7380.494
D 98(cGy)
5939.17±39.43
5944.32±43.07
-0.6030.573
VW%)
99.84±0.2399.78±0.420.7450.490V]°o%(%)
95.21±1.0495.38±1.37
-0.5030.636
V|05%(%)
28.04± 11.22
27.72±11.790.151
0.886指挥调度中心
CI
0.780±0.0450.778±0.0480.2370.822HI
0.087±0.010
0.088±0.008
-1.0000.363PCTV Dmean ( cGy )
5784.35±173.085784.60±171.99-0.0490.963
Vg5%(%)
99.35±0.3399.29±0.300.6260.559
Vioo%(%)96.05±0.98
95.45±1.27
1.8630」22
V]05%(%)
78.46± 14.42
78.62±12.83-0.2040.846机器跳数
1106.67±l 11.28
1142.50±71.88
-1.3830.225
脊髓在三维方向上距靶区的最近距离为（1.45± 0.61）cm 。由表2可知，2种计划的危及器官 受照剂量基本满足临床的限量要求，其中，B-plan 的双肺的MLD 、V5、V25、V30、V40和正常组织
的Dmean 、V5、V40普遍高于F-plan，且差异均有
统计学意义（均P<0.05）；对于心脏和脊髓的受照 剂量，2种计划的差异均无统计学意义（均
P>0.05），但B-plan 的心脏受照剂量（V30、VQ 高 于F-plan，脊髓的受照剂量（Dmax ）却低于F-plan 。3讨论
在肺癌的放疗中，限制剂量的正常组织包括
肺、脊髓、食管和心脏。其中，放射性肺损伤是肺
癌患者放疗时最主要的剂量限制因素化发生功能 性肺损伤的概率取决于所受到照射的体积。现有研 究结果显示，全肺V 20为放射性肺损伤最佳的独立
表2中央型肺癌调强适形放射中2种计划的危及
器官受照剂量的比较（n=6, ,f±5）
Table 2 Dosimetric comparison of organs at risk between the
two treatment plans types of intensity modulated radiotherapy
in central lung cancer (n=6, .f ± 5)
评估参数
F-plan B-plan
/值
p 值
双肺
MLD(cGy)1546.45± 152.98
1572.13± 148.08-5.9510.002
V 5(%)
60.66±5.34
62.58±5.91
-6.3700.001
v 10(%)
44.79±3.14
44.73±2.82
0」290.902
V 13(%)39.12±2.933&87±2.760.5270.621
V 15(%)
35.89±2.79
35.91±2.62
-0.0690.948
v 20(%)29.12±2.1529.46±1.76
-1.8350.126V 25(%)
23.79±2.20细叶楠
24.33±1.83-2.601
0.048
V 3O （%）19.59±2.71
20.14±2.43
-2.9120.033
v 40(%)
12.70±2.79
13.38±2.78-5.9490.002
心脏
V 30(%)
银河宽频14.67±5.8217.21±10.42-0.9370.392
v 40(%)
9.42±4.1911.70±&04-L1200.314
脊髓
Dmax(cGy)
4128.73±254.724112.12±304.660.3770.722
正常组织
Dmean(cGy)I209.37±466.66
1246.63±485.12-3.3630.020
V 5(%)54.87±22.60
5&46±24.31
-4.5840.006
v 10（%）
40.61±17.30
40.95±17.99
-0.3830.717
v 20(%)24.42± 10.44
24.45±10.43-0.1120.915V 30（%）
13.84±5.4614.04±5.43
-0.9770.374V 40（%）
5.89±2.63
6.38±2.67
-3.3000.021
注：F-plan 为锁铅门设计；B-plan 为添加虚拟的“Block ”设计；
MLD 为肺平均剂量；V*为接受x Gy 剂量照射的体积占总体 积的百分比；D ””*为最大剂量；Dm 如为平均剂量
预测因子卩⑴、V30为独立预测因子叫全肺低剂量 受照体积（V5、Vi 。、V l3）［8-"-'2\ 全肺 MLD ［，，，）和全 肺体积问是有效预测因子。其次，脊髓是仅次于
肺的主要危及器官，是肺癌患者放疗时主要的剂量
限制因素，放疗后不良反应主要与患者接受的最大 剂量有关，常规照射时脊髓受照剂量不应>45 Gy 。 食管、心脏位于身体中线附近，对于中央型肺癌，
在给定射野方向时很难将它们完全避开，因此，放
射性食管损伤网和心脏损伤川同样是其放疗的并 发症之一。其中，放射性食管损伤的发生概率与最 大受照剂量的关系密切，最大受照剂量（M60 Gy ）
及最大受照剂量体积所处的解剖位置对食管3~5
级毒性反应具有较大的预测价值网。而放射性心脏
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