引用本文： 樊林, 林強, 李光俊, 肖明勇, 傅玉川. 感興趣區域在不同放射治療計劃系統間傳遞差異研究. 華西醫學, 2016, 31(4): 714-717. doi: 10.7507/1002-0179.201600194 復制
調強放射治療（IMRT）已經成為臨床普及的技術，它需要患者個體化全程質量控制測試作為技術保障[1]，基本方法之一是對比儀器測試結果和放射治療計劃系統（TPS）上用模體計算值[2]。瑞典IBA公司生產的COMPASS驗證系統等提供從測量結果計算三維劑量分布的功能，讓比較TPS計算和依據測量反推的劑量體積直方圖（DVH）參數成為可能，具有更高敏感性和特異性，對臨床也更加直觀和有意義[3-4]。使用該方法，必須探明用DVH參數比較計劃和其他重建的劑量分布差異的量的變化[5-6]和影響兩套系統DVH參數的因素，才能采用比較DVH代替傳統的伽馬通過率[7]分析工具；必須完整評估各個系統，它們在通過醫學數字成像和通信協議（DICOM）進行影像、器官、計劃等[7-10]數據的傳輸中各項影響DVH參數的量的變化。影響DVH的參數不僅有靶區和緊要器官的劑量分布，還有體積的大小。盡管不同TPS和近似系統在三維重建算法上明顯的差異已發現[11]，但并未得到普遍重視，且不同TPS和放射治療質量控制系統間的差異仍然未見研究報道。靶區體積是腫瘤分期的重要依據，是影響預后的重要因素；各個感興趣區域（ROI）體積均是放射腫瘤實踐所精確要求的，是輔助醫師評判的重要依據。
不同的TPS采用的體積重建算法不同，計算同一ROI數據的值也會有差異。本研究采用6種商用TPS，遵從DICOM協議將ROI數據由一套TPS導入其他TPS，統計分析ROI在不同TPS中的體積值。現報告如下。
1 資料與方法
1.1 一般資料
隨機選取四川大學華西醫院2010年10月－2013年12月采用IMRT治療的10例鼻咽癌患者數據，其中男7例，女3例；年齡24～77歲，平均53歲；所有患者均為世界衛生組織病理類型Ⅱ型；按照美國癌癥聯合委員會2010年發布分期標準[12]，其中8例Ⅰ期，2例Ⅱ期。
1.2 放射治療方案
患者采用MEDTech頭頸固定架和熱塑面膜固定，螺旋CT（型號Somatom Plus 4，德國西門子公司）掃描，范圍中腦到鎖骨，層厚3 mm。掃描數據導入Monaco （V3.20，瑞典醫科達公司）TPS進行IMRT計劃設計，采用6 MV X射線靜態調強技術（step-and-shoot）。大體腫瘤體積（GTV）包括體格檢查、內鏡和影像所見原發灶和轉移淋巴結。CTV60（CTV：臨床靶體積，60表示處方劑量60 Gy）包括原發灶周圍和上頸淋巴結周圍高危區，CTV50包括中下頸淋巴結周圍危險區。計劃靶體積由CTV外3 mm并考慮2 mm位置誤差擴展得到。計劃設計采用7個共面入射方向[13]。定義脊髓、腦干、腮腺、晶狀體、中耳、下頜骨、視神經和視交叉為緊要器官；劑量處方為GTV：33次共70 Gy（記為70 Gy/33 F），CTV60：60 Gy/33 F，CTV50：50～56 Gy/33 F，脊髓＜40 Gy，腦干＜54 Gy，最少50%的腮腺＜30 Gy（可能一側達到）[14]。
1.3 數據傳輸
本研究中，10例數據ROI（包含靶區和緊要器官）相互不同；在Monaco TPS（瑞典醫科達公司）上完成勾畫后，每例數據通過DICOM協議完整地傳輸到Pinnacle TPS（V8.0，荷蘭菲利普公司醫療保健）、Raystation TPS （V4.0，瑞典RaySearch公司）、Eclipse TPS （V8.1，美國Varian醫療系統公司）、Oncentra Masterplan TPS（3.0，荷蘭Nucletron B.V公司）和iPlan TPS（V4.0，德國BrainLAB AG公司）總計6套TPS系統。當部分器官導入Oncentra Masterplan TPS時，會彈出提示和確認信息，導入有一個類似確認的環節；導入Eclipse TPS時，會有提示錯誤和警告信息，但沒有確認信息。
1.4 數據獲取分析
所有數據最終共160組ROI數據可供分析和比較，每個TPS下的每個ROI體積均獨立記錄。器官數據按照在Monaco TPS中的體積大小排序分類為8組，每組共20個ROI數據；體積以Monaco TPS中體積為參考，以此準進行歸一和計算偏差，偏差計算公式為：體積偏差=（數據體積－參考體積）×100/參考體積。
2 結果
2.1 器官體積分組和在不同計劃系統中的體積差異
6套TPS間有明顯的差異，特別是器官體積相對很小的情況相對偏差較大；隨著器官體積增加，系統間的相對偏差減小。見表 1。
表1
器官體積分組和在不同計劃系統中的體積差異
2.2 各組ROI在不同TPS間的體積分布
相對Monaco TPS體積值變小的例數的百分比：Raystation TPS 70%、Pinnacle TPS 38.75%、EclipseTPS 88.75%、Masterplan TPS 97.5%、iPlan TPS 83.13%。這些差異的出現顯得隨機和分散，無明顯的規律。見圖 1。
圖1
各組器官體積差異分布圖 A：Monaco TPS；B：Raystation TPS；C：Pinnacle TPS；D：Eclipse TPS；E：Masterplan TPS；F：iPlan TPS；體積差為負值，表示部分體積信息的丟失 a. 第1組器官（0.184～0.448 cm3） b. 第2組器官（0.680～2.536 cm3） c. 第3組器官（2.656～12.880 cm3） d. 第4組器官（12.952～19.600 cm3） e. 第5組器官（20.272～25.416 cm3） f. 第6組器官（26.088～34.448 cm3） g. 第7組器官（35.904～75.544 cm3） h. 第8組器官（88.544～540.190 cm3）
3 討論
不同的TPS采用體積重建算法不同，同一品牌TPS在換用相關軟件模塊或參數變化時，ROI體積可有微小的變化。Pooler等[11]報道不同TPS計算的前列腺、前列腺+精囊腺的絕對體積偏差可達11%。本研究數據的偏差范圍為－65.27%～24.55%，范圍更大；且呈隨機樣和分散樣分布，ROI體積變小的比例為38.75%～97.5%；需要尋找為體積重建算法差異之外的原因。體積重建算法不同影響ROI體積表面附近區域的體積計算，可解釋為隨體積增大系統間差異減小的原因。
DICOM系列協議是運用最廣泛的醫學影像和放射治療數據傳輸協議，許多臨床和研究工作都采用它完成部門內或單位間的影像和放射治療信息傳輸，這是日常業務數據流和研究對比數據流的主要承載方式。其中一些業務最終使用DVH等參數，這需要傳輸過程能夠保證數據完整和一致以免導致參數值的變化。實際上，用DICOM協議在不同設備系統間傳輸器官數據可能導致數據丟失，從而引入體積變化。在Oncentra Masterplan TPS系統導入數據時的提示信息中，就包含有一些數據丟失的線索，其中幾條：“The ROI contains at least one contour that can not be used in Oncentra （it can for example be non-planar）. If you want to use the ROI make a copy of it and delete the original ROI; the copy process will remove the non-supported contours”；“Contour #x in ROI is not parallel to main plane. Load the case and reject the non-parallel contour?”。另外，還可能有如下類似信息：“Structure set has no ROI of type EXTERNAL”；“ROI is not contiguous”；“Contour has less than three points on slice offset - x cm”；“Loop detected in Contour on slice offset - x cm”。在導入Raystation TPS、Pinnacle TPS、Eclipse TPS和iPlan TPS時無確認提示信息，接受數據的TPS或許自動遺漏了什么或者默認選擇了某項操作，否則無法解釋這些系統數據的差異來源。應當注意這些提示，以評估計劃系統采用遺漏和默認操作是否造成嚴重的影響。
本研究中ROI體積為0.184～540.190 cm3，對于探明不同TPS系統間的體積變化，范圍足夠寬。總的來說，隨著ROI體積增加，相互的差異越來越小。但對單個ROI，體積變化顯得很隨機。這涉及多個因素來源，如層厚、ROI的形狀、測量體積的算法等，都可能導致體積的變化并讓體積變化規律不確定。用DICOM協議在不同TPS間傳輸數據時通常伴隨體積變化，對于小體積器官變化可高達50%～60%，體積變化可能是多因素的并表現隨機性特征。建議在直接使用DVH參數進行比較前，先行評估ROI體積的變化排除系統特異性偏差，這些系統包括TPS、CT模擬、放射治療質量控制設備等。
采用DICOM系列協議在TPS間傳輸數據，傳輸和解讀的體積變化[15-16]必將導致計算出的DVH參數失真，實際運用DVH參數工具時必須注意[3]，并通過加強質量控制工作[17-18]和提前檢查體積數據變化減小數據失真的影響。
調強放射治療（IMRT）已經成為臨床普及的技術，它需要患者個體化全程質量控制測試作為技術保障[1]，基本方法之一是對比儀器測試結果和放射治療計劃系統（TPS）上用模體計算值[2]。瑞典IBA公司生產的COMPASS驗證系統等提供從測量結果計算三維劑量分布的功能，讓比較TPS計算和依據測量反推的劑量體積直方圖（DVH）參數成為可能，具有更高敏感性和特異性，對臨床也更加直觀和有意義[3-4]。使用該方法，必須探明用DVH參數比較計劃和其他重建的劑量分布差異的量的變化[5-6]和影響兩套系統DVH參數的因素，才能采用比較DVH代替傳統的伽馬通過率[7]分析工具；必須完整評估各個系統，它們在通過醫學數字成像和通信協議（DICOM）進行影像、器官、計劃等[7-10]數據的傳輸中各項影響DVH參數的量的變化。影響DVH的參數不僅有靶區和緊要器官的劑量分布，還有體積的大小。盡管不同TPS和近似系統在三維重建算法上明顯的差異已發現[11]，但并未得到普遍重視，且不同TPS和放射治療質量控制系統間的差異仍然未見研究報道。靶區體積是腫瘤分期的重要依據，是影響預后的重要因素；各個感興趣區域（ROI）體積均是放射腫瘤實踐所精確要求的，是輔助醫師評判的重要依據。
不同的TPS采用的體積重建算法不同，計算同一ROI數據的值也會有差異。本研究采用6種商用TPS，遵從DICOM協議將ROI數據由一套TPS導入其他TPS，統計分析ROI在不同TPS中的體積值。現報告如下。
1 資料與方法
1.1 一般資料
隨機選取四川大學華西醫院2010年10月－2013年12月采用IMRT治療的10例鼻咽癌患者數據，其中男7例，女3例；年齡24～77歲，平均53歲；所有患者均為世界衛生組織病理類型Ⅱ型；按照美國癌癥聯合委員會2010年發布分期標準[12]，其中8例Ⅰ期，2例Ⅱ期。
1.2 放射治療方案
患者采用MEDTech頭頸固定架和熱塑面膜固定，螺旋CT（型號Somatom Plus 4，德國西門子公司）掃描，范圍中腦到鎖骨，層厚3 mm。掃描數據導入Monaco （V3.20，瑞典醫科達公司）TPS進行IMRT計劃設計，采用6 MV X射線靜態調強技術（step-and-shoot）。大體腫瘤體積（GTV）包括體格檢查、內鏡和影像所見原發灶和轉移淋巴結。CTV60（CTV：臨床靶體積，60表示處方劑量60 Gy）包括原發灶周圍和上頸淋巴結周圍高危區，CTV50包括中下頸淋巴結周圍危險區。計劃靶體積由CTV外3 mm并考慮2 mm位置誤差擴展得到。計劃設計采用7個共面入射方向[13]。定義脊髓、腦干、腮腺、晶狀體、中耳、下頜骨、視神經和視交叉為緊要器官；劑量處方為GTV：33次共70 Gy（記為70 Gy/33 F），CTV60：60 Gy/33 F，CTV50：50～56 Gy/33 F，脊髓＜40 Gy，腦干＜54 Gy，最少50%的腮腺＜30 Gy（可能一側達到）[14]。
1.3 數據傳輸
本研究中，10例數據ROI（包含靶區和緊要器官）相互不同；在Monaco TPS（瑞典醫科達公司）上完成勾畫后，每例數據通過DICOM協議完整地傳輸到Pinnacle TPS（V8.0，荷蘭菲利普公司醫療保健）、Raystation TPS （V4.0，瑞典RaySearch公司）、Eclipse TPS （V8.1，美國Varian醫療系統公司）、Oncentra Masterplan TPS（3.0，荷蘭Nucletron B.V公司）和iPlan TPS（V4.0，德國BrainLAB AG公司）總計6套TPS系統。當部分器官導入Oncentra Masterplan TPS時，會彈出提示和確認信息，導入有一個類似確認的環節；導入Eclipse TPS時，會有提示錯誤和警告信息，但沒有確認信息。
1.4 數據獲取分析
所有數據最終共160組ROI數據可供分析和比較，每個TPS下的每個ROI體積均獨立記錄。器官數據按照在Monaco TPS中的體積大小排序分類為8組，每組共20個ROI數據；體積以Monaco TPS中體積為參考，以此準進行歸一和計算偏差，偏差計算公式為：體積偏差=（數據體積－參考體積）×100/參考體積。
2 結果
2.1 器官體積分組和在不同計劃系統中的體積差異
6套TPS間有明顯的差異，特別是器官體積相對很小的情況相對偏差較大；隨著器官體積增加，系統間的相對偏差減小。見表 1。
表1
器官體積分組和在不同計劃系統中的體積差異
2.2 各組ROI在不同TPS間的體積分布
相對Monaco TPS體積值變小的例數的百分比：Raystation TPS 70%、Pinnacle TPS 38.75%、EclipseTPS 88.75%、Masterplan TPS 97.5%、iPlan TPS 83.13%。這些差異的出現顯得隨機和分散，無明顯的規律。見圖 1。
圖1
各組器官體積差異分布圖 A：Monaco TPS；B：Raystation TPS；C：Pinnacle TPS；D：Eclipse TPS；E：Masterplan TPS；F：iPlan TPS；體積差為負值，表示部分體積信息的丟失 a. 第1組器官（0.184～0.448 cm3） b. 第2組器官（0.680～2.536 cm3） c. 第3組器官（2.656～12.880 cm3） d. 第4組器官（12.952～19.600 cm3） e. 第5組器官（20.272～25.416 cm3） f. 第6組器官（26.088～34.448 cm3） g. 第7組器官（35.904～75.544 cm3） h. 第8組器官（88.544～540.190 cm3）
3 討論
不同的TPS采用體積重建算法不同，同一品牌TPS在換用相關軟件模塊或參數變化時，ROI體積可有微小的變化。Pooler等[11]報道不同TPS計算的前列腺、前列腺+精囊腺的絕對體積偏差可達11%。本研究數據的偏差范圍為－65.27%～24.55%，范圍更大；且呈隨機樣和分散樣分布，ROI體積變小的比例為38.75%～97.5%；需要尋找為體積重建算法差異之外的原因。體積重建算法不同影響ROI體積表面附近區域的體積計算，可解釋為隨體積增大系統間差異減小的原因。
DICOM系列協議是運用最廣泛的醫學影像和放射治療數據傳輸協議，許多臨床和研究工作都采用它完成部門內或單位間的影像和放射治療信息傳輸，這是日常業務數據流和研究對比數據流的主要承載方式。其中一些業務最終使用DVH等參數，這需要傳輸過程能夠保證數據完整和一致以免導致參數值的變化。實際上，用DICOM協議在不同設備系統間傳輸器官數據可能導致數據丟失，從而引入體積變化。在Oncentra Masterplan TPS系統導入數據時的提示信息中，就包含有一些數據丟失的線索，其中幾條：“The ROI contains at least one contour that can not be used in Oncentra （it can for example be non-planar）. If you want to use the ROI make a copy of it and delete the original ROI; the copy process will remove the non-supported contours”；“Contour #x in ROI is not parallel to main plane. Load the case and reject the non-parallel contour?”。另外，還可能有如下類似信息：“Structure set has no ROI of type EXTERNAL”；“ROI is not contiguous”；“Contour has less than three points on slice offset - x cm”；“Loop detected in Contour on slice offset - x cm”。在導入Raystation TPS、Pinnacle TPS、Eclipse TPS和iPlan TPS時無確認提示信息，接受數據的TPS或許自動遺漏了什么或者默認選擇了某項操作，否則無法解釋這些系統數據的差異來源。應當注意這些提示，以評估計劃系統采用遺漏和默認操作是否造成嚴重的影響。
本研究中ROI體積為0.184～540.190 cm3，對于探明不同TPS系統間的體積變化，范圍足夠寬。總的來說，隨著ROI體積增加，相互的差異越來越小。但對單個ROI，體積變化顯得很隨機。這涉及多個因素來源，如層厚、ROI的形狀、測量體積的算法等，都可能導致體積的變化并讓體積變化規律不確定。用DICOM協議在不同TPS間傳輸數據時通常伴隨體積變化，對于小體積器官變化可高達50%～60%，體積變化可能是多因素的并表現隨機性特征。建議在直接使用DVH參數進行比較前，先行評估ROI體積的變化排除系統特異性偏差，這些系統包括TPS、CT模擬、放射治療質量控制設備等。
采用DICOM系列協議在TPS間傳輸數據，傳輸和解讀的體積變化[15-16]必將導致計算出的DVH參數失真，實際運用DVH參數工具時必須注意[3]，并通過加強質量控制工作[17-18]和提前檢查體積數據變化減小數據失真的影響。
