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鼻咽癌是我国，尤其是广东、广西地区高发的头颈部恶性肿瘤之一。由于鼻咽癌解剖学及生物学的特殊性，放疗或以放疗为主的综合治疗被公认为其有效的根治性治疗手段[1]。近年来，放疗技术不断发展进步，调强适形放射治疗（intensity-modulated radiation therapy, IMRT）技术具有强大的剂量调制能力，可在提高靶区剂量的同时降低靶区周围重要危及器官不必要的照射剂量，从而减轻鼻咽癌患者放疗早期和晚期的不良反应，改善患者的生活质量[2-3]，提高肿瘤的局部复发控制率和患者的总生存率[4]。IMRT已逐渐成为鼻咽癌患者放疗的常规手段[5]。螺旋断层放射治疗（tomotherapy, TOMO）技术是IMRT的方式之一，其具有比常规加速器更强的调制能力。陈欣等[6]比较了12例局部晚期鼻咽癌患者的TOMO计划、IMRT计划和容积弧形调强放射治疗（VMAT）计划，发现TOMO计划在局部晚期鼻咽癌患者的治疗中对复杂靶区的调制能力更强。崔珍等[7]比较了140例局部晚期鼻咽癌患者的TOMO计划与常规直线加速器的IMRT计划，发现在局部晚期鼻咽癌患者的IMRT中，TOMO较常规直线加速器放疗剂量的均匀性更好、剂量梯度更大，可以更好地保护正常器官。目前，放疗计划系统Ray Station 7（V6.99，瑞典Ray Search公司）中添加了多个模块，其中之一是用于设计螺旋断层调强计划的模块。本研究对比分析Ray Station 7（V6.99）和目前临床上常用的TOMO（Hi-Art@5.1.3，美国安科瑞公司）2种治疗计划系统对复杂病种鼻咽癌设计放疗优化治疗计划的剂量，评估Ray Station 7治疗计划系统的螺旋断层调强计划设计模块在临床应用中的可行性，为鼻咽癌患者选择更优的螺旋断层调强计划提供参考的依据。
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回顾性分析2018年5至12月于中山大学肿瘤防治中心完成TOMO治疗计划的15例鼻咽癌患者的临床资料，其中男性11例、女性4例，年龄（44.0±17.7）岁。纳入标准：①组织病理学检查结果证实为鼻咽癌；②既往未接受过放疗；③放疗照射范围只包括头颈部。排除标准：①鼻咽癌已向其他器官转移；②鼻咽癌复发。 将15例鼻咽癌患者的临床资料（包括CT图像、治疗计划、治疗计划的剂量文件、靶区及器官勾画的结构文件）从TOMO治疗计划系统导出至Ray Station 7治疗计划系统中，并在该系统中建立相应的CT密度曲线，以便进行治疗计划的设计。所有患者的放疗计划均采用2种治疗计划系统进行优化。所有患者均于治疗前签署了知情同意书。本研究符合《赫尔辛基宣言》的原则。
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所有患者均采取仰卧位，双手自然下垂并拢，头颈部用热塑膜固定。在患者体表和面罩上做好标记并贴好铅点，使用Big Bore型大孔径CT（荷兰飞利浦公司）进行扫描，管电压140 kV，管电流350 mA。扫描范围覆盖整个靶区，扫描上下界在靶区的基础上各多出10 cm，扫描层厚3 mm。扫描后通过DICOM将CT图像传至TOMO治疗计划系统自带的工作站。
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由2名具有5年以上工作经验的放疗科医师在TOMO治疗计划系统工作站上逐层勾画靶区和正常器官的结构，包括鼻咽癌原发病灶的大体肿瘤靶区（gross tumor volume，GTV）（GTVnx），双侧淋巴结病灶的GTV（GTVnd），原发病灶侵犯区域的临床靶区（clinical target volume，CTV）（CTV1），CTV1和GTVnd外扩+GTVnd所在淋巴引流区+需要预防性放疗的阴性淋巴引流区的CTV（CTV2）。在肿瘤所有GTV（GTVnx、GTVnd）和CTV（CTV1、CTV2）的基础上向各方向外扩3 mm，对应生成鼻咽癌原发病灶的计划靶区（planning target volume，PTV）（PTVnx）、双侧淋巴结病灶的PTV（PTVnd）、原发病灶侵犯区域的PTV（PTV1），CTV1和GTVnd外扩+GTVnd所在淋巴引流区+需要预防性放疗的阴性淋巴引流区的PTV（PTV2）。所有外扩后形成的结构在皮肤附近的，均需向皮肤内方向缩3 mm，形成最终的PTV。
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TOMO计划的窗射野大小均为2.51 cm，螺距为0.287，调制因子初设为3.8，剂量网格为精细模式，对应计算网格为0.195 cm×0.195 cm。X射线能量为6 MV，剂量率固定为886 MU/min。硬件配置为2个6核的Xeon 5645 CPU（中央处理器）。
Ray Station 7计划设计的条件与TOMO计划基本相同，其射野对应的固定铅门为2.51 cm，螺距为0.287，对应计算网格为0.225 cm×0.225 cm。该治疗计划系统中无调制因子设置项目，但可以设置治疗时间的上限，为了使2种计划具有可比性，在Ray Station 7计划优化时参考了TOMO计划的执行时间。X射线能量为6 MV，剂量率为880 MU/min。硬件配置为12核的Xeon Gold 6128 CPU（中央处理器）和NVIDIA Quadro P6000的GPU（图形处理器）。
Ray Station 7和TOMO计划对应的不同PTV的处方剂量相同：PTVnx为6 000~7 200 cGy，PTVnd为6 000~6 996 cGy，PTV1为5 400~6 600 cGy，PTV2为4 800~5 940 cGy，治疗次数为30~33次。
Ray Station 7和TOMO治疗计划系统的优化参数均使用剂量-体积直方图（DVH）对靶区和危及器官的剂量目标进行约束。2种治疗计划系统设计的计划采用相同的剂量学评价指标，即95%的处方剂量至少要覆盖95%的靶区体积。按TOMO计划中每例患者放疗计划PTVnx 的平均剂量（mean of the dose，Dmean）对对应Ray Station 7计划的剂量分布进行剂量归一。
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比较2种治疗计划系统的V100、V95（100%、95%处方剂量覆盖靶区的体积占靶区总体积的百分比），D1%、D98%、D99%（覆盖靶区1%、98%、99%体积的剂量），均匀性指数（homogeneity index， HI），适形指数（conformity index，CI）。CI和HI分别采用以下2个公式计算。
$ {\rm{CI}} = \frac{{{\rm{V}}_{100} \times {\rm{TV}}({\rm{P}})}}{{{\rm{V}}({\rm{P}})}} $ 式中：TV（P）为处方剂量覆盖靶区的绝对体积（ml）；V（P）为处方剂量的剂量线在患者体内包绕的绝对体积（ml）。
$ {{\rm{HI}}}=\frac{{{\rm{D}}}_{1{\%}}-{{\rm{D}}}_{98{\%}}}{{{\rm{D}}}_{{\rm{p}}}}\times 100{\%} $ 式中：Dp为处方剂量。
比较2种治疗计划系统的重要危及器官的以下剂量学指标：基于脊髓外扩形成的计划危及器官靶区（planning organ at risk volume of spinal cord，PRV-SC）的D1 ml（PRV-SC中包绕1 ml体积的等剂量线对应的剂量）、V50 Gy、V40 Gy、V30 Gy（PRV-SC中50、40、30 Gy对应的等剂量线包绕的体积占PRV-SC的百分比）、Dmean，基于脑干外扩形成的计划危及器官靶区（planning organ at risk volume of brainstem，PRV-BS）的D1%（覆盖PRV-BS 1%体积的剂量）、V60 Gy（PRV-BS中60 Gy对应的等剂量线包绕的体积占PRV-BS的百分比）、Dmean，双侧腮腺的Dmean，双侧颞叶的Dmean、V60 Gy（颞叶中60 Gy对应的等剂量线包绕的体积占颞叶体积的百分比）。
比较同一例鼻咽癌患者的放疗计划在2种治疗计划系统中的剂量-体积直方图和平面剂量分布图。
记录2种计划的优化时间和执行时间，用于分析比较2种计划的效率。
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应用SPSS v19.6软件对数据进行统计学分析。符合正态分布的计量资料以
$ \bar x \pm s $ 表示，组间比较采用配对样本t检验的双侧检验（方差齐）。P<0.05为差异有统计学意义。 -
Ray Station 7计划和TOMO计划的靶区剂量学指标的比较见表1。2种治疗计划系统设计的所有鼻咽癌治疗计划均达到临床要求。Ray Station 7计划的PTVnx的V100明显大于TOMO计划，且差异有统计学意义（P<0.05）；Ray Station 7计划的PTV1和PTV2的V100、V95均略小于TOMO计划，且差异均有统计学意义（均P<0.05）；Ray Station 7计划的PTV2的CI、TV（P）低于TOMO计划，V（P）大于TOMO计划，且差异均有统计学意义（均P<0.05）。Ray Station 7和TOMO计划的PTVnx的V95、HI、CI、D1%、D98%、TV（P）、V（P），双侧PTVnd的V100、V95、D1%、D99%的差异均无统计学意义（均P>0.05）。图1A为1例鼻咽癌患者在Ray Station 7和TOMO治疗计划系统中的靶区剂量-体积直方图的比较。图2为该例患者在2种治疗计划系统中的平面剂量分布图的比较。
项目 Ray Station 7计划
（n=15）TOMO计划
（n=15）t值 P值 PTVnx V100（%） 97.5±2.1 94.9±3.9 2.74 0.031 V95（%） 99.7±0.3 99.8±0.2 −1.01 0.398 D1%（cGy） 7 008.5±746.5 6 996.0±767.0 0.35 0.231 D98%（cGy） 6 628.0±577.0 6 548.8±577.3 0.05 0.812 HI（%） 6.2±2.7 6.3±2.6 0.90 0.312 TV（P）（ml） 105.8±58.1 104.5±57.7 0.07 0.312 V（P）（ml） 229.7±168.8 200.2±137.8 0.25 0.357 CI（%） 59.8±26.1 64.0±24.3 0.04 0.943 PTV1 V100（%） 98.5±1.4 99.1±0.9 −3.19 0.011 V95（%） 99.3±0.7 100.0 −4.96 0.004 PTV2 V100（%） 98.6±1.1 98.9±0.9 −2.91 0.025 V95（%） 99.1±0.9 99.8±0.2 −4.38 0.002 TV（P）（ml） 917.8±291.2 924.6±288.6 −0.15 <0.001 V（P）（ml） 1 244.0±402.4 1 153.2±6.8 0.93 0.029 CI（%） 74.8±5.7 79.2±8.3 −3.61 0.006 PTVnd（左侧） V100（%） 98.5±1.5 98.1±1.9 −0.51 0.563 V95（%） 99.7±0.3 100.0 −1.51 0.308 D99%（cGy） 6 511.0±500.0 6 487.1±483.5 −0.54 0.056 D1%（cGy） 6 824.0±571.0 6 815.7±562.6 0.24 0.340 PTVnd（右侧） V100（%） 98.7±1.2 96.6±3.4 0.46 0.624 V95（%） 100.0 100.0 −0.31 0.673 D99%（cGy） 6 496.0±484.0 6 493.3±466.6 0.05 0.904 D1%（cGy） 6 851.0±583.0 6 807.0±587.5 0.75 0.136 注：TOMO为螺旋断层放射治疗；PTVnx为鼻咽癌原发病灶的计划靶区；V100、V95分别为100%、95%处方剂量覆盖靶区的体积占靶区体积的百分比；D1%、D98%、D99%分别为覆盖靶区1%、98%、99%体积的剂量；HI为均匀性指数；TV（P）为处方剂量覆盖靶区的绝对体积；V（P）为处方剂量的剂量线在患者体内包绕的绝对体积；CI为适形指数；PTV1为原发病灶侵犯区域的计划靶区；PTV2为以原发病灶侵犯区域的临床靶区（CTV1）和双侧淋巴结病灶的大体肿瘤靶区（GTVnd）外扩+GTVnd所在淋巴引流区+需要预防性放疗的阴性淋巴引流区的计划靶区；PTVnd为双侧淋巴结病灶的计划靶区 表 1 15例鼻咽癌患者Ray Station 7计划与TOMO计划的 放疗靶区剂量学指标的比较（
$ \bar x \pm s $ Table 1. Dosimetry index comparison of the Ray Station 7 plan with TOMO plan for the radiotherapy target in 15 nasopharyngeal carcinoma patients (
$ \bar x \pm s $ 
图 1 Ray Station和TOMO 2种治疗计划系统在鼻咽癌患者（患者女性，47岁）放疗计划中靶区（A）和重要危及器官（B）的剂量-体积直方图
Figure 1. Dose-volume histogram diagrams of planning targets (A) and organs at risk (B) of a patient (female, 47 years old) with nasopharyngeal carcinoma with Ray Station 7 treatment planning system and TOMO treatment planning system
图 2 鼻咽癌患者（患者女性，47岁）的放疗计划在Ray Station 7和TOMO 2种治疗计划系统中的平面剂量分布图
Figure 2. Planar dose distribution of radiotherapy plans for a patient (female, 47 years old) with nasopharyngeal carcinoma in Ray Station 7 and TOMO treatment planning system
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Ray Station 7计划和TOMO计划的部分重要危及器官剂量学指标的比较见表2。Ray Station 7计划的PRV-SC的D1 ml、V30 Gy、V40 Gy和Dmean明显高于TOMO计划，且差异均有统计学意义（均P<0.01）；Ray Station 7计划右侧颞叶的Dmean低于TOMO计划，且差异有统计学意义（P<0.05）。2种计划的PRV-SC的V50 Gy，PRV-BS的D1%、Dmean、V60 Gy，双侧腮腺的Dmean，左侧颞叶的V60 Gy、Dmean，右侧颞叶的V60 Gy的差异均无统计学意义（均P>0.05）。图1B为1例鼻咽癌患者在2种治疗计划系统中的重要危及器官剂量-体积直方图的比较。图2为该例患者在2种治疗计划系统中的平面剂量分布图的比较。
项目 Ray Station 7计划
（n=15）TOMO计划
（n=15）t值 P值 PRV-SC D1 ml（cGy） 3 750.0±250.0 3 443.6±309.3 3.34 0.006 V50 Gy（%） 0.03±0.03 0 1.96 0.190 V40 Gy（%） 0.7±0.7 0.1±0.1 6.71 <0.001 V30 Gy（%） 52.3±29.1 44.6±22.9 3.16 0.001 Dmean（cGy） 2 705.5±535.5 2 619.4±413.9 2.46 0.002 PRV-BS D1%（cGy） 4 880.0±1 600.0 5 254.6±755.1 −1.29 0.058 Dmean（cGy） 2 511.0±792.0 2 397.0±310.6 −1.29 0.141 V60 Gy（%） 1.6±1.6 3.6±3.6 −0.54 0.621 左侧腮腺 Dmean（cGy） 3 986.5±836.5 3 953.1±425.6 0.52 0.381 右侧腮腺 Dmean（cGy） 4 223.0±708.0 4 205.1±800.2 0.41 0.091 左侧颞叶 Dmean（cGy） 1 891.5±845.5 2 077.1±573.0 −0.31 0.587 V60 Gy（%） 6.7±6.7 6.5±6.5 0.28 0.244 右侧颞叶 Dmean（cGy） 1 639.5±594.5 2 150.3±735.6 −1.55 0.031 V60 Gy（%） 4.0±4.0 5.8±5.8 −0.37 0.126 注：TOMO为螺旋断层放射治疗；PRV-SC为基于脊髓外扩形成的计划危及器官靶区；D1 ml为PRV-SC中包绕1 ml体积的等剂量线对应的剂量；V60 Gy、V50 Gy、V40 Gy、V30 Gy分别为60、50、40、30 Gy的等剂量线包绕的体积占对应危及器官体积的百分比；Dmean为平均剂量；PRV-BS为基于脑干外扩形成的计划危及器官靶区；D1%为覆盖靶区1%体积的剂量 表 2 15例鼻咽癌患者Ray Station 7计划与TOMO计划的 重要危及器官剂量学指标的比较（
$ \bar x \pm s $ Table 2. Dosimetric index comparison of the Ray Station 7 plan with TOMO plan for the organs at risk in 15 nasopharyngeal carcinoma patients (
$ \bar x \pm s $ -
Ray Station 7计划的优化时间明显短于TOMO计划[（3.00±0.58）min对（120.00±17.00）min]，且差异有统计学意义（t=−52.31，P<0.01）。
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Ray Station 7计划的执行时间为（611.0±94.2）s，TOMO计划的执行时间为（612.2±94.3）s，两者接近，且差异无统计学意义（t=−0.03，P>0.05）。
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对于鼻咽癌放疗患者，TOMO在剂量学方面较常规IMRT有明显的优势，其明显提高了靶区剂量的适形度和均匀性[8]，更好地保护了正常组织和危及器官[9]。 本研究比较了2种治疗计划系统对鼻咽癌患者做的螺旋断层调强计划，结果表明，在相同的优化条件下，2种鼻咽癌螺旋断层调强计划在剂量学上存在微小差异，均可满足临床要求，但二者优化时间的差别较大。
2种计划对于靶区处方剂量的覆盖基本一致，均达到了临床要求。除Ray Station 7的PTVnx的V100较TOMO大，二者PTVnx的其他剂量学指标的差异均无统计学意义。二者几乎均可100%覆盖PTVnd，且PTVnd所有剂量学指标的差异均无统计学意义。二者的PTV1和PTV2所有剂量学指标的差异均有统计学意义，其中Ray Station 7计划的PTV1和PTV2的V100、V95均低于TOMO计划，但二者的靶区覆盖均在98%以上，均满足临床剂量学的要求。Ray Station 7计划PTV2的TV（P）小于TOMO计划，V（P）大于TOMO计划。Ray Station 7计划PTV2的CI小于TOMO计划，但均>70%。综上，2种计划的靶区剂量学指标接近。
鼻咽癌发生于头颈部，因此放疗会影响大量重要器官。为了数据的规范统一，我们只选取了部分危及器官的剂量学指标进行比较。危及器官中脊髓的剂量限量最为重要。Kirkpatrick等[10]的研究结果表明，在每天200 cGy的常规放疗中，与剂量受量为5 000、6 000、6 900 cGy对应的脊髓疾病的发生率分别为0.2%、6%、50%。本研究中Ray Station 7计划PRV-SC的V30 Gy、V40 Gy、V50 Gy均高于TOMO计划，PRV-SC的Dmean也比TOMO计划高约100 cGy，但2种计划PRV-SC的D1 ml均不超过4 000 cGy，均符合临床要求。
除脊髓外，脑干的剂量限量也十分重要。张石川等[11]对105例鼻咽癌化疗患者的脑干剂量进行长期随访及研究，结果表明，在放疗的单次剂量不超过200 cGy的情况下，将脑干的最大剂量（Dmax）限值放宽到6 600 cGy并严格控制外放边界为1 mm后，D1%<6 300 cGy对于脑干是安全的，且有利于提高局部晚期鼻咽癌患者的生存率。本研究中，2种计划PRV-BS的D1%、Dmean均<6 300 cGy，在临床剂量限量范围内，且Ray Station 7计划的D1%低于TOMO计划。
鼻咽癌的放疗射野会穿过全部或部分腮腺组织，会不可避免地引起患者口干、急性腮腺炎等腮腺损伤症状[12]。Li等[13]对142例头颈部癌症患者放疗2年后的腮腺功能进行随访观察，结果表明，放疗剂量>25 Gy时，腮腺的损伤明显加重，当放疗剂量>45 Gy时腮腺损伤最大。本研究中，2种计划左侧、右侧腮腺Dmean的差异均无统计学意义，且腮腺Dmean均<45 Gy。
放射性颞叶损伤是鼻咽癌患者行根治性放疗的常见并发症之一，患者会出现记忆功能部分受损和双侧颞叶灰质体积萎缩的症状[14]，其严重影响患者的认知功能和生活质量，甚至危及患者的生命[15]。吴奕珊等[16]的研究结果表明，T分期、颞叶受照的最大剂量（Dmax）和Dmean是鼻咽癌患者放疗后颞叶放射性损伤的独立危险因素。本研究中，Ray Station 7和TOMO计划双侧颞叶V60 Gy的差异均无统计学意义，但Ray Station 7计划右侧颞叶的Dmean小于TOMO计划。
Ray Station 7的计划优化时间远短于TOMO计划，其主要原因可能有3个。（1）二者最大迭代次数的设置不同。TOMO计划在鼻咽癌治疗计划优化时，为了达到理想的剂量分布，最大迭代次数通常设置为500次，计划系统需完成500次迭代且中途不会停止，如果将迭代次数设为100次，优化和最终剂量计算的总时间约为40 min，而迭代次数为500次时，其花费时间更长，约为3~5 h不等。Ray Station 7计划的最大迭代次数通常设置为50次，但其在迭代30余次时已达到收敛条件并终止，这一过程可在数分钟内完成。（2）二者优化算法的差异会对优化时间产生一定的影响。（3）二者所依托的硬件的差别较大，Ray Station 7治疗计划系统的中央处理器（CPU）的主频比TOMO治疗计划系统高，其使二者的计划设计所需时间存在巨大差异。但造成二者硬件差异的最主要原因是Ray Station 7治疗计划系统采用的图形处理器（GPU）加速方法可以极大地节省计划优化时间和剂量计算时间。尽管TOMO治疗计划系统采用了多线程的中央处理器（CPU）计算，但其优化时间和剂量计算时间仍然较长。（4）二者计算网格的不同也会对优化时间产生一定的影响，TOMO的计算网格为0.195 cm×0.195 cm，Ray Station 7为0.225 cm×0.225 cm，因此同样体积条件下TOMO治疗计划系统计算的数据量更大。
Ray Station 7计划的执行时间与TOMO计划接近，相差仅1.1 s，二者计划执行的效率相当。
不同放疗计划系统的放疗剂量会受到物理技师对计划系统的优化能力和熟悉程度的影响，这也是2种计划的执行时间存在微小差异的原因。在临床实践中，物理技师通常会反复修改优化参数以达到最佳的临床目标。
综上所述，在相同的剂量学优化条件下治疗复杂病种鼻咽癌患者时，Ray Station 7治疗计划系统和TOMO治疗计划系统优化的计划存在微小的剂量学差异，但二者均可满足临床要求。Ray Station 7治疗计划系统在保护危及器官脊髓方面稍逊于TOMO治疗计划系统，但其脊髓限量在临床剂量限量的范围内，2种计划中，脑干、腮腺、颞叶的剂量学指标大体相同，同时也符合临床剂量学的要求。但因本研究中的研究对象均为鼻咽癌患者，故其他肿瘤患者的螺旋断层调强放疗计划值得进一步研究和比较。
利益冲突 所有作者声明无利益冲突
作者贡献声明 苏灿森负责论文的撰写、数据的提供与分析；孙文钊负责论文的撰写、数据的提供与分析、方法的建立、论文的审阅；黄晓延负责方法的建立、论文的审阅
两种放疗计划系统用于鼻咽癌螺旋断层调强放疗计划的剂量学比较
Dosimetric comparison of helical tomotherapy plans for nasopharyngeal carcinoma with two radiotherapy planning systems
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摘要:
目的 比较Ray Station 7（V6.99）和螺旋断层放射治疗（TOMO）（Hi-Art@V5.1.3）2种放疗计划系统设计鼻咽癌螺旋断层调强放疗计划的剂量学差异。 方法 回顾性分析2018年5至12月于中山大学肿瘤防治中心完成TOMO治疗计划的15例鼻咽癌患者的临床资料，其中男性11例、女性4例，年龄（44.0±17.7）岁，按照与TOMO治疗计划系统相同的计划设置参数和临床剂量学的要求，在Ray Station 7治疗计划系统中设计TOMO计划。比较2种治疗计划系统设计的计划质量，分析100%、95%处方剂量覆盖靶区的体积占靶区总体积的百分比（V100、V95），覆盖靶区1%、98%、99%体积的剂量（D1%、D98%、D99%），均匀性指数（HI）和适形指数（CI），重要危及器官的剂量学指标，计划优化时间和计划执行时间。符合正态分布的计量资料的组间比较采用配对样本t检验的双侧检验。 结果 Ray Station 7和TOMO 计划的鼻咽癌原发病灶的计划靶区（PTVnx）的V100[（97.5±2.1）%对（94.9±3.9）%]，原发病灶侵犯区域的计划靶区（PTV1）的V100[（98.5±1.4）%对（99.1±0.9）%]、V95[（99.3±0.7）%对100.0%]，以原发病灶侵犯区域的临床靶区（CTV1）和双侧淋巴结病灶的大体肿瘤靶区（GTVnd）外扩+GTVnd所在淋巴引流区+需要预防性放疗的阴性淋巴引流区的计划靶区（PTV2）的V100[（98.6±1.1）%对（98.9±0.9）%]、V95[（99.1±0.9）%对（99.8±0.2）%]、CI[（74.8±5.7）%对（79.2±8.3）%]，基于脊髓外扩形成的计划危及器官靶区（PRV-SC）中包绕1 ml体积的等剂量线对应的剂量（D1 ml）[（3 750.0±250.0） cGy对（3 443.6±309.3） cGy]、40和30 Gy对应的等剂量线包绕的体积占PRV-SC的百分比{V40 Gy[（0.7±0.7）%对（0.1±0.1）%]、V30 Gy[（52.3±29.1）%对（44.6±22.9）%]}、平均剂量（Dmean）[（2 705.5±535.5） cGy对（2 619.4±413.9） cGy]，右侧颞叶的Dmean[（1 639.5±594.5） cGy对（2 150.3±735.6） cGy]的差异均有统计学意义（t=−4.96~6.71，均P<0.05）。PTVnx的V95[（99.7±0.3）% 对（99.8±0.2）%]、D1%（7 008.5±746.5） cGy对（6 996.0±767.0） cGy]、D98%[（6 628.0±577.0） cGy对（6 548.8±577.3） cGy]、HI[（6.2±2.7）% 对（6.3±2.6）%]、CI[（59.8±26.1）% 对（64.0±24.3）%]，双侧淋巴结病灶的计划靶区（PTVnd）的V100[（98.5±1.5）%对（98.1±1.9）%、（98.7±1.2）%对（96.6±3.4）%]、V95[（99.7±0.3）% 对100.0%、100% 对100%]、D99%[（6 511.0±500.9） cGy对（6 487.1±483.5） cGy、（6 496.0±484.0） cGy对（6 493.3±466.9） cGy]、D1%[（6 824.0±571.0） cGy对（6 815.7±562.6） cGy、（6 851.0±583.0） cGy对（6 807.0±587.5） cGy]的差异均无统计学意义（t=−1.51~0.90，均P>0.05）。危及器官PRV-SC中50 Gy对应的等剂量线包绕的体积占PRV-SC的百分比（V50 Gy）[（0.03±0.03）%对0]，基于脑干外扩形成的计划危及器官靶区（PRV-BS）的Dmean[（2 511.0±792.0） cGy对（2 397.0±310.6） cGy]、D1%[（4 880.0±1 600.0） cGy对（5 254.6±755.1） cGy]、60 Gy对应的等剂量线包绕的体积占PRV-BS体积的百分比（V60 Gy）[（1.6±1.6）%对（3.6±3.6）%]，双侧腮腺Dmean[（3 986.5±836.5） cGy对（3 953.1±425.6） cGy、（4 223.0±708.0） cGy对（4 205.1±800.2） cGy]，左侧颞叶Dmean[（1 891.5±845.5） cGy对（2 077.1±573.0） cGy]，双侧颞叶中60 Gy对应的等剂量线包绕的体积占颞叶体积的百分比（V60 Gy）[（6.7±6.7）%对（6.5±6.5）%、（4.0±4.0）%对（5.8±5.8）%]的差异均无统计学意义（t=−1.29~1.96，均P>0.05）。Ray Station 7和TOMO 治疗计划系统的剂量均在临床要求范围内。Ray Station 7治疗计划系统用于鼻咽癌的计划优化时间短于TOMO治疗计划系统[（3.00±0.58） min 对 （120.00±17.00） min]，且差异有统计学意义(t=−52.31，P<0.01)，二者的计划执行时间相当[（611.0±94.2） s 对 （612.2±94.3） s]，且差异无统计学意义（t=−0.03，P>0.05）。 结论 2种放疗计划系统设计的鼻咽癌螺旋断层调强放疗计划在剂量学上存在微小差异，均能满足临床要求。Ray Station 7治疗计划系统设计的鼻咽癌螺旋断层调强放疗计划可以明显节约优化时间。 -
关键词:
- 鼻咽癌 /
- 放射疗法，调强适形 /
- 螺旋断层放射治疗 /
- Ray Station
Abstract:Objective To evaluate the dosimetric difference of helical tomotherapy plans for nasopharyngeal carcinoma via Ray Station 7 (V6.99) and Tomotheraphy (TOMO) (Hi-Art@V5.1.3) treatment planning systems. Methods This retrospective analysis involved 15 patients of nasopharyngeal carcinoma who completed the TOMO plan in Sun Yat-sen University Cancer Center from May 2018 to December 2018. Among them, 11 cases were males and 4 cases were females, aged (44.0±17.7) years. Using the same prescription dose requirements and dose constraints in TOMO, the plan was designed on the Ray Station 7 treatment planning system. The dosimetric indexes for plan comparison included the 100% and 95% prescription dose coverage of the target volume (V100, V95), dose covering 1%, 98%, 99% of the volume of the target volume (D1%, D98%, D99%), homogeneity index (HI), conformity index (CI), key dosimetric indexes for organs at risk, planning optimization time and delivery time of treatment plan. Data from the two groups that fit a normal distribution were compared by paired t-test. Results The V100 of planning target volume of the primary lesion of nasopharyngeal carcinoma (PTVnx) ((97.5±2.1)% vs. (94.9±3.9)%); V100, V95 of planning target volume of the primary lesion invasion (PTV1) ((98.5±1.4)% vs. (99.1±0.9)%, (99.3±0.7)% vs. 100.0%); V100, V95, CI of planning target volume of primary lesion invasion clinical target volume (CTV1) and expanded gross tumor volume of bilateral lymph node lesions (GTVnd) and the lymphatic drainage area where GTVnd is located and the negative lymphatic drainage area that needs preventive radiotherapy (PTV2) ((98.6±1.1)% vs. (98.9±0.9)%, (99.1±0.9)% vs. (99.8±0.2)%, (74.8±5.7)% vs. (79.2±8.3)%); the dose corresponding to the isodose line surrounding the volume of 1 ml in planning organ at risk volume of spinal cord (PRV-SC) (D1 ml) , the relative volume of the volume surrounded by the isodose line corresponding to 40 and 30 Gy in PRV-SC and the volume of PRV-SC (V40 Gy, V30 Gy), the mean dose (Dmean) of planning organ at risk target volume of the spinal cord ((3 750.0±250.0) cGy vs. (3 443.6±309.3) cGy, (0.7±0.7)% vs. (0.1±0.1)%, (52.3±29.1)% vs. (44.6±22.9)%, (2 705.5±535.5) cGy vs. (2 619.4±413.9) cGy); and Dmean of the right temporal lobe ((1 639.5±594.5) cGy vs. (2 150.3±735.6) cGy) showed statistically significant differences between Ray Station 7 and TOMO plans (t=−4.96−6.71, all P<0.05). The V95, D1%, D98%, HI, CI of PTVnx((99.7±0.3)% vs. (99.8±0.2)%, (7 008.5±746.5) cGy vs. (6 996.0±767.0) cGy, (6 628.0±577.0) cGy vs. (6 548.8±577.3) cGy, (6.2±2.7)% vs. (6.3±2.6)%, (59.8±26.1)% vs. (64.0±24.3)%); V100, V95, D99% and D1% of planning target volume for bilateral lymph node lesion (PTVnd) ((98.5±1.5)% vs. (98.1±1.9)% and (98.7±1.2)% vs. (96.6±3.4)%, (99.7±0.3)% vs. 100.0% and 100.0% vs.100.0%, (6 511.0±500.9) cGy vs. (6 487.1±483.5）cGy and (6 496.0±484.0) cGy vs. (6 493.3±466.6) cGy, (6 824.0±571.0) cGy vs. (6 815.7±562.6) cGy and (6 815.0±583.0) cGy vs.(6 807.0±587.5) cGy) of the two groups of plans showed that the difference was not statistically significant (t=−1.51−0.90, all P>0.05). The relative volume of the volume surrounded by the isodose line corresponding to 50 Gy in PRV-SC and the volume of PRV-SC (V50 Gy) ((0.03±0.03)% vs. 0); Dmean of planning organ at risk target volume of brainstem (PRV-BS) ((2 511.0±792.0) cGy vs. (2 397.0±310.6) cGy); D1% and relative volume of the volume surrounded by the isodose line corresponding to 60 Gy in PRV-BS and the volume of PRV-BS (V60 Gy) ((4 880.0±1 600.0) cGy vs. (5 254.6±755.1) cGy, (1.6±1.6)% vs. (3.6±3.6)%); Dmean of the bilateral parotid ((3 986.5±836.5) cGy vs. (3 953.1±425.6) cGy and (4 223.0±708.0) cGy vs. (4 205.1±800.2) cGy); Dmean of the left temporal lobe ((1 891.5±845.5) cGy vs. (2 077.1±573.0) cGy; V60 Gy of the bilateral temporal lobe ((6.7±6.7)% vs. (6.5±6.5)% and (4.0±4.0)% vs. (5.8±5.8)%) of the two groups of plans showed that the differences were not statistically significant (t=−1.29−1.96, all P>0.05). The dosages of two treatment planning systems were within the clinical requirements range. The planning optimization time of Ray Station 7 treatment planning systems for nasopharyngeal carcinoma was significantly faster than that of TOMO treatment planning systems ((3.00±0.58) min vs. (120.00±17.00) min), the difference was statistically significant (t=−52.31, P<0.01), but their delivery times were similar to each other ((611.0±94.2) s vs. (612.2±94.3) s), the difference was not statistically significant (t=−0.03, P>0.05). Conclusion Statistical analysis of the quality of helical tomotherapy plans for nasopharyngeal carcinoma designed by the two treatment planning systems showed that the differences were not significant, and both can meet clinical dosimetry requirements. Designing a nasopharyngeal carcinoma plan with the Ray Station 7 treatment planning system can significantly save the optimization time. -
图 1 Ray Station和TOMO 2种治疗计划系统在鼻咽癌患者（患者女性，47岁）放疗计划中靶区（A）和重要危及器官（B）的剂量-体积直方图
Figure 1. Dose-volume histogram diagrams of planning targets (A) and organs at risk (B) of a patient (female, 47 years old) with nasopharyngeal carcinoma with Ray Station 7 treatment planning system and TOMO treatment planning system
图 2 鼻咽癌患者（患者女性，47岁）的放疗计划在Ray Station 7和TOMO 2种治疗计划系统中的平面剂量分布图
Figure 2. Planar dose distribution of radiotherapy plans for a patient (female, 47 years old) with nasopharyngeal carcinoma in Ray Station 7 and TOMO treatment planning system
表 1 15例鼻咽癌患者Ray Station 7计划与TOMO计划的 放疗靶区剂量学指标的比较（
$ \bar x \pm s $ Table 1. Dosimetry index comparison of the Ray Station 7 plan with TOMO plan for the radiotherapy target in 15 nasopharyngeal carcinoma patients (
$ \bar x \pm s $ 项目 Ray Station 7计划
（n=15）TOMO计划
（n=15）t值 P值 PTVnx V100（%） 97.5±2.1 94.9±3.9 2.74 0.031 V95（%） 99.7±0.3 99.8±0.2 −1.01 0.398 D1%（cGy） 7 008.5±746.5 6 996.0±767.0 0.35 0.231 D98%（cGy） 6 628.0±577.0 6 548.8±577.3 0.05 0.812 HI（%） 6.2±2.7 6.3±2.6 0.90 0.312 TV（P）（ml） 105.8±58.1 104.5±57.7 0.07 0.312 V（P）（ml） 229.7±168.8 200.2±137.8 0.25 0.357 CI（%） 59.8±26.1 64.0±24.3 0.04 0.943 PTV1 V100（%） 98.5±1.4 99.1±0.9 −3.19 0.011 V95（%） 99.3±0.7 100.0 −4.96 0.004 PTV2 V100（%） 98.6±1.1 98.9±0.9 −2.91 0.025 V95（%） 99.1±0.9 99.8±0.2 −4.38 0.002 TV（P）（ml） 917.8±291.2 924.6±288.6 −0.15 <0.001 V（P）（ml） 1 244.0±402.4 1 153.2±6.8 0.93 0.029 CI（%） 74.8±5.7 79.2±8.3 −3.61 0.006 PTVnd（左侧） V100（%） 98.5±1.5 98.1±1.9 −0.51 0.563 V95（%） 99.7±0.3 100.0 −1.51 0.308 D99%（cGy） 6 511.0±500.0 6 487.1±483.5 −0.54 0.056 D1%（cGy） 6 824.0±571.0 6 815.7±562.6 0.24 0.340 PTVnd（右侧） V100（%） 98.7±1.2 96.6±3.4 0.46 0.624 V95（%） 100.0 100.0 −0.31 0.673 D99%（cGy） 6 496.0±484.0 6 493.3±466.6 0.05 0.904 D1%（cGy） 6 851.0±583.0 6 807.0±587.5 0.75 0.136 注：TOMO为螺旋断层放射治疗；PTVnx为鼻咽癌原发病灶的计划靶区；V100、V95分别为100%、95%处方剂量覆盖靶区的体积占靶区体积的百分比；D1%、D98%、D99%分别为覆盖靶区1%、98%、99%体积的剂量；HI为均匀性指数；TV（P）为处方剂量覆盖靶区的绝对体积；V（P）为处方剂量的剂量线在患者体内包绕的绝对体积；CI为适形指数；PTV1为原发病灶侵犯区域的计划靶区；PTV2为以原发病灶侵犯区域的临床靶区（CTV1）和双侧淋巴结病灶的大体肿瘤靶区（GTVnd）外扩+GTVnd所在淋巴引流区+需要预防性放疗的阴性淋巴引流区的计划靶区；PTVnd为双侧淋巴结病灶的计划靶区 
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表 2 15例鼻咽癌患者Ray Station 7计划与TOMO计划的 重要危及器官剂量学指标的比较（
$ \bar x \pm s $ Table 2. Dosimetric index comparison of the Ray Station 7 plan with TOMO plan for the organs at risk in 15 nasopharyngeal carcinoma patients (
$ \bar x \pm s $ 项目 Ray Station 7计划
（n=15）TOMO计划
（n=15）t值 P值 PRV-SC D1 ml（cGy） 3 750.0±250.0 3 443.6±309.3 3.34 0.006 V50 Gy（%） 0.03±0.03 0 1.96 0.190 V40 Gy（%） 0.7±0.7 0.1±0.1 6.71 <0.001 V30 Gy（%） 52.3±29.1 44.6±22.9 3.16 0.001 Dmean（cGy） 2 705.5±535.5 2 619.4±413.9 2.46 0.002 PRV-BS D1%（cGy） 4 880.0±1 600.0 5 254.6±755.1 −1.29 0.058 Dmean（cGy） 2 511.0±792.0 2 397.0±310.6 −1.29 0.141 V60 Gy（%） 1.6±1.6 3.6±3.6 −0.54 0.621 左侧腮腺 Dmean（cGy） 3 986.5±836.5 3 953.1±425.6 0.52 0.381 右侧腮腺 Dmean（cGy） 4 223.0±708.0 4 205.1±800.2 0.41 0.091 左侧颞叶 Dmean（cGy） 1 891.5±845.5 2 077.1±573.0 −0.31 0.587 V60 Gy（%） 6.7±6.7 6.5±6.5 0.28 0.244 右侧颞叶 Dmean（cGy） 1 639.5±594.5 2 150.3±735.6 −1.55 0.031 V60 Gy（%） 4.0±4.0 5.8±5.8 −0.37 0.126 注：TOMO为螺旋断层放射治疗；PRV-SC为基于脊髓外扩形成的计划危及器官靶区；D1 ml为PRV-SC中包绕1 ml体积的等剂量线对应的剂量；V60 Gy、V50 Gy、V40 Gy、V30 Gy分别为60、50、40、30 Gy的等剂量线包绕的体积占对应危及器官体积的百分比；Dmean为平均剂量；PRV-BS为基于脑干外扩形成的计划危及器官靶区；D1%为覆盖靶区1%体积的剂量
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