簡化調強放療技術在臨床腫瘤治療中的應用分析

田偉　肖澤民　吳志軍

摘要：簡化調強（simplified intensity modulated radiation therapy，sIMRT）技術是調強放射治療（intensity modulated radiation therapy，IMRT）的一種簡化模式，在臨床應用中發(fā)揮著非常重要的作用。它具有自己的特點和適用范圍。本文綜述是基于簡化調強技術與三維適形、調強放療等技術的劑量學對比以及在腫瘤治療中聯(lián)合其它治療手段的應用情況，旨在證實sIMRT是一種具備應用廣泛、簡易可行、性價比高和時效性好等特點的放療技術，為其在臨床應用中提供必要的選擇依據。

關鍵詞：三維適形；簡化調強；調強放射治療；劑量學；臨床應用

Abstract：The simplified intensity modulated radiation therapy（sIMRT） is a simplified model of intensity modulated radiation therapy（IMRT），which plays an important role in the course of tumor radiotherapy. sIMRT has its own chacateristics and clinical applicability. In this literature review，we mainly gave the contrast analysis of the dosimetry characteristics among those radiotherapy techniques（3DCRT、sIMRT、IMRT，etc） and the clinical application while sIMRT combined with other therapies， finally， aims to confirm that sIMRT features widely used、simple and feasible、 high ratio of performance-to-cost benefit and good timeliness， besides， providing the necessary basis for clinical application.

Key words：3DCRT；sIMRT；IMRT dosimetry；Clinical application

放射治療作為腫瘤治療的主要手段之一，已經廣泛應用于臨床，據估計，每年約有70%左右的腫瘤患者在治療過程中會應用到放射治療?；谌S適形放療（3 dimensional conformal radiation therapy，3DCRT）發(fā)展起來的調強放射治療（intensity modulated radiation therapy，IMRT）無疑掀起了放射腫瘤學史上的一次技術變革，從此打開了腫瘤放療的新篇章，步入精確放療時代，該技術大大降低了腫瘤局部復發(fā)率和正常組織并發(fā)癥發(fā)生率。所謂調強，就是將加速器或鈷-60治療機的平坦度、對稱性都滿足要求的劑量（率）均勻輸出的射野，變成劑量（率）輸出不均勻的射野的過程[1]。 IMRT技術克服了3DCRT技術缺陷，通過利用多個子野分步照射在三維方向上提高腫瘤內劑量和適形度，同時減少腫瘤周圍危及器官的受照量及受照體積。簡化調強技術（simplified intensity modulated radiation therapy，sIMRT）是IMRT的一種簡化模式，有自己的特點和適用范圍，是一種臨床可選的技術方案。

1 sIMRT產生背景、定義及應用過程

1.1產生背景 隨著計算機和圖像科學的快速發(fā)展及設備的更新?lián)Q代，3DCRT技術[2]應運而生，開始越來越廣泛應用于臨床。3DCRT要求照射野的形狀必須與病變（靶區(qū)）的形狀一致，并在三維方向觀上使得腫瘤內及表面的劑量處處相等，旨在確保病變（靶區(qū)）接受較高適形度和高劑量的照射，同時減少周圍正常組織受照劑量和受照體積，尤其是一些優(yōu)先級別較高的危及器官；但該技術有一定的缺陷：僅能實現(xiàn)在射野垂直方向上，腫瘤投影形狀與劑量分布的二維適形；對形狀極不規(guī)則或瀕臨較多危及器官的腫瘤靶區(qū)，如包繞型、凹陷型和凸出型靶區(qū)，3DCRT技術很難滿足臨床劑量學需要。IMRT的出現(xiàn)，邁出了革命性的一部，彌補了3DCRT技術諸多不足，與其相比，具有計算機優(yōu)化的逆向治療計劃和計算機控制的強度可調節(jié)的治療射線兩大優(yōu)勢，該技術不但保證了腫瘤區(qū)處方劑量的精確性，而且使周邊正常組織結構幾乎不受照射。但IMRT技術自身也存在不足：子野數(shù)目過多造成了實際治療時間延長、子野跳數(shù)過小增加劑量不確定性；體部器官運動可能會導致脫靶照射或劑量疊加；除此之外，醫(yī)療單位還必須投入更多的人力物力及時間對每例IMRT患者的治療計劃進行劑量驗證。鑒于以上問題，大家在極力尋求一種同時具備IMRT劑量學優(yōu)勢與3DCRT技術實施的簡便性的放療技術，sIMRT技術便脫穎而出，并越來越廣泛應用于腫瘤臨床治療中。

1.2定義 sIMRT技術明確定義最早由中國醫(yī)學科學院腫瘤醫(yī)院耿輝、戴建榮[3]等提出：指得是單個照射野的子野數(shù)目平均≤5個、子野面積≥10 cm2、子野照射跳數(shù)≥10 MU的調強放療技術。該技術目前已在國內多數(shù)醫(yī)院開展亦被業(yè)內認可，是一種定義明確的簡化調強；另據文獻報道，很多學者也提出了許多針對某種腫瘤個體化的簡化調強技術，比如2002年Chui等[4]提出一種能產生類似于全體積調強放療劑量分布的簡化調強技術，即他們認為與靶區(qū)相交子野的權重應為中位點處照射處方劑量的1/2，相應的切線野施照劑量合在一起形成中位點處的處方量，如此，每個筆形束子野的優(yōu)化強度只是開野在中點劑量的倒數(shù)。該技術適用于單野或對穿野布野規(guī)律的腫瘤，如乳腺癌、胸壁腫瘤等；另Kestin等[5]針對乳腺癌放療計劃提出采用野中野技術：即在BEV方向觀上利用MLC形成一定數(shù)目的子野用以遮擋高劑量區(qū)，然后通過反復優(yōu)化每個子野的權重最終達到較均勻的靶區(qū)劑量分布的目的。

1.3應用過程 sIMRT技術應用過程與IMRT技術相同，包含以下四個環(huán)節(jié)：即模擬定位、計劃設計、計劃驗證和計劃實施。計劃設計環(huán)節(jié)基本上有以下5個步驟：①根據靶區(qū)的具體情況合理布野，確定等中心，可遵循3DCRT布野原則；②設定臨床處方劑量要求；③設定優(yōu)化目標及約束條件，如靶區(qū)的最小劑量、最大劑量、平均劑量以及接受處方劑量照射的最小體積，危及器官的最大劑量和接受耐受劑量照射的最大體積等；④設定總的子野個數(shù)、每個子野的最小機器跳數(shù)和最小子野面積，利用直接子野優(yōu)化技術[6-7]進行優(yōu)化，此步驟sIMRT在參數(shù)設置上有條件限制；⑤反復評價計算所得劑量分布并調整優(yōu)化條件，直至得到滿意的劑量分布。

IMRT計劃驗證可根據文獻[8]介紹的方法：將IMRT治療計劃移至40 cm×40 cm的固體水標準模體中，將各射野機架角歸為零度，其他參數(shù)不變，再計算模體計劃劑量分布，用半導體探測器陣列Mapcheck[9]在固體水模體中6 cm深度處測量每個射野的劑量分布，并用Low和Harms[10]介紹的方法比較實測和計算的劑量分布。在測量設備方面，我們也可以用矩陣電離室PTW729或IBA的Matrixx，大量研究表明[11-14]是可行的，臨床應用都非常便捷。由于sIMRT計劃的子野面積和子野機器跳數(shù)數(shù)值比較接近3DCRT的相應值，故計劃驗證環(huán)節(jié)可按3DCRT技術相同的驗證方法進行，較之IMRT計劃驗證便捷了許多。

2 sIMRT與3DCRT、IMRT技術劑量學對比

放療技術的劑量學對比，主要通過分析以下幾方面：劑量體積直方圖（dose-volume histogram，DVH ）、靶區(qū)劑量分布均勻指數(shù)（homogeneity index，HI）、適形指數(shù)（conformity index，CI）、危及器官受照劑量和受照體積以及實際治療時間的長短等。其中HI=D5%/D95%，式中D5%和D95%分別為5%與95%PTV體積所受到的照射劑量；CI=VTref/VT×VTref/Vref，式中VTref為參考等劑量線所覆蓋的靶體積，VT為靶體積，Vref為參考等劑量線所覆蓋的總體積。

sIMRT技術應用在盆腔腫瘤放療中比較常見的是宮頸癌和直腸癌，倪千喜、張九堂[15]等研究發(fā)現(xiàn)，3DCRT 、sIMRT與IMRT三種計劃的靶區(qū)平均劑量差異不大；靶區(qū)適形度IMRT>sIMRT>3DCRT；危及器官：膀胱，最大劑量差異不大。V40：IMRT0.05，無統(tǒng)計學意義，V40： sIMRT優(yōu)于3DCRT且稍遜于IMRT，V50三者無差異。機器跳數(shù)sIMRT<3DCRT

3 sIMRT聯(lián)合其他治療手段臨床應用情況

現(xiàn)如今腫瘤治療更趨于選擇綜合性治療方案，sIMRT技術聯(lián)合其他治療手段在腫瘤治療中應用也越來越廣泛，朱 川[22]等在簡化調強放療聯(lián)合肝動脈化療栓塞術（TACE）治療原發(fā)性肝癌（PHC）的臨床研究中得出以下結論：sIMRT相對于IMRT可以獲得近似療效和預后，于治療中和治療后未增加毒副反應，還有減少發(fā)生放射性肝損傷的趨勢，可作為PHC調強放療計劃設計的常規(guī)替代方式。劉霄[23]等報道，簡化調強放療結合腔內放療同步紫杉醇化療治療局部晚期宮頸癌近期效果滿意，是一種肯定有效的治療方法。除此之外，sIMRT技術聯(lián)合化療、靶向治療和手術治療也見諸多文獻[24-26]報道，具有改善療效，提高患者生存率的作用，并且毒性副作用小，具有較好的耐受性，近期療效確切，值得在臨床上研究并推廣使用。

4 討論與展望

sIMRT技術既解決了3DCRT技術所不能解決的凹形或多器官包繞靶區(qū)的適形及危及器官保護的問題，又能克服IMRT技術的不足；它適用于3DCRT技術不能滿足臨床需要，同時IMRT技術又不能顯著提高計劃質量的情況；該技術擁有簡便實用、性價比高和時效性好等諸多優(yōu)點，目前可廣泛應用于肺癌、直腸癌、乳腺癌、食管癌、胃癌、肝癌和腦膜瘤等全身各部位的腫瘤放射治療，聯(lián)合手術、后裝放療、化療、靶向治療等治療手段亦可取得滿意的臨床療效。結合以上文獻報道，sIMRT技術優(yōu)勢顯而易見，值得在臨床腫瘤治療中應用推廣。除此之外，對于sIMRT技術筆者有以下幾方面思考和理解：①醫(yī)科院明確定義的簡化調強技術為大家提供了很好的臨床實踐經驗。既然sIMRT技術是IMRT的一種簡化模式，本文認為只要滿足sIMRT技術特點和適用范圍的調強技術都可以喻為sIMRT，各種腫瘤可能都存在適合它的sIMRT技術，在臨床應用中我們可以根據實際情況選擇最優(yōu)最合適的；②sIMRT技術性價比高并且簡便實用，非常值得在基層醫(yī)院推廣，特別是放療工作量大或人力物力稀缺的基層醫(yī)院；③建議首次應用sIMRT技術的醫(yī)療單位務必嚴格質控流程，有必要對前幾例患者放療計劃進行IMRT驗證分析；④放療設備等硬件的性能差異（如加速器的劑量輸出穩(wěn)定性、MLC走位精度、MLC在等中心處的厚度以及TPS劑量計算、優(yōu)化算法等）可能會導致相同參數(shù)設置下的sIMRT計劃輸出質量的千差萬別，具體使用時應多方面考慮；⑤不同劑量分割模式下的sIMRT技術臨床應用有待進一步探索；⑥sIMRT技術聯(lián)合其他腫瘤治療手段的遠期臨床療效有待隨訪觀察統(tǒng)計。隨著計算機及影像技術的飛速發(fā)展，勢必促成調強放療技術更進一步的革新，與之適應的sIMRT技術值得去研究并更好服務于臨床。

參考文獻：

[1]胡逸民.腫瘤放射物理學[M].北京：原子能出版社，1999：2-26.

[2]Michael J.Zelefsky，Steven A.Leibel，Gerald J.Kutcher，et a/.Three-dimensional conformal radiotherapy and dose escalation：Where do we stand[J].Seminars in Radiation Oncology，1998，8（2）：107-114.

[3]耿輝，戴建榮，等.一種簡單調強放療技術應用的初步研究[J].中華放射腫瘤學雜志，2006，5：411.

[4]Chui CS，Hong L，Hunt M.A simplified intensity modulated radiation tllerapy technique for the breast[J].Med Phys，2002，29：522-528.

[5]Kestin LL.Sharpe M，F(xiàn)razier RC.Intensitv modulation to improve dose uniformity with tangential breast radiotherapy：initial clinical expefience[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys，2000，48：1559-1568.

[6]Tervo J，Kolmonen P.A model for the control of a muhileaf collimator in radiation therapy treatment planning[J].Inverse Probl，2000，16：1875-1895.

[7]Shepard DM，Earl MA，Li XA，et a1.Direct aperture optimization：a turnkey solution for step-and-shoot IMRT[J].Med Phys，2002，29：1007-1018.

[8]戴建榮，胡逸民，張紅志，等.針對患者調強放射治療計劃的劑量學驗證[J].中華放射腫瘤學雜志，2004，3：229-233.

[9]Paul AJ.A 2-D diode array and analysis software for verification of intensity modulated radiation therapy delivery[J].Med Phys，2003，30：870-879.

[10]Low DA，Harms WB.A technique for the quantitative evaluation of dose distributions[J].Med Phys，1998，25：656-661.

[11]Poppe B，Blechschmidt A，Djouguela A，et al. Two - dimensional ionization chamber arrays for IMRT plan verification[J].Med Phys，2006，33（4）：1005 -1015.

[12]王運來，戴相昆，謝耩. 二維電離室矩陣在調強放療劑量驗證中的應用[J].中華放射腫瘤學雜志，2008，2：150-151.

[13]Herzen J，Todorovic M，Cremers F，et a1.Dosimetric evaluation of a 2D pixel ionization chamber for implementation in clinical routine[J].Phys Med Biol，2007，52（4）：1197-1208.

[14]沈國輝，余輝，張書旭，譚劍明，王詩琴. 基于MatriXX調強放療計劃的劑量學驗證[J].職業(yè)與健康，2009，13：1348-1350.

[15]倪千喜，張九堂.簡化調強技術應用于直腸癌術后放療的劑量學比較[J]. 中國醫(yī)學物理學雜志，2012，01：3117-3119.

[16]劉旭紅，陳曉，崔建國，等.簡化調強放療技術（sIMRT）在非小細胞肺癌（NSCLC）中的應用[J].醫(yī)療裝備，2014，11：41-42.

[17]劉建庭，王晉麗，郭瑞嵩，等.簡化調強技術在腦轉移瘤外照射中應用的劑量學研究[J].中國醫(yī)學物理學雜志，2014，06：5244-5248+5264.

[18]陳旭明，陳穎，姚升宇，等.簡化調強技術在胃癌術后放射治療中的應用[J].中國醫(yī)學物理學雜志，2011，05：2847-2849.

[19]朱川，李湘宜，黃雙燕，等.簡化調強放療技術在原發(fā)性肝癌治療中的應用研究[J].重慶醫(yī)學，2014，01：92-94.

[20]Zhang Y， Zhu W G， Han J H， et al. Application of simplified intensity modulated radiation therapy in gastric cancer after operation.[J]. Chinese journal of gastrointestinal surgery，2013，16（3）：268-272.

[21]蔡博寧，馮林春，徐壽平，等.胸上段食管癌簡化調強技術與螺旋斷層放療劑量學的比較研究[J].實用癌癥雜志，2013，02：171-174.

[22]朱川，熊德明，李湘宜，等.簡化調強放療聯(lián)合肝動脈化療栓塞治療原發(fā)性肝癌的臨床研究[J].重慶醫(yī)學，2015，12：1626-1628+1632.

[23]劉霄，袁越，楊姝，等.簡化調強放療聯(lián)合腔內后裝治療同步化療治療ⅡB～ⅣA期宮頸癌的近期療效[J].中國老年學雜志，2015，10：2710-2712.

[24]代素梅，陳紅，孫曉東，等.簡化調強放射治療同步化療對老年局部晚期直腸癌的療效[J].中國老年學雜志，2012，06：1269-1271.

[25]張培良，張佃富. 簡化調強放療同步卡培他濱治療直腸癌術后復發(fā)臨床觀察[J]. 中華腫瘤防治雜志，2012，14：1103-1105.

[26]汪麗，謝金龍，吳艷.吉非替尼靶向介導在sIMRT治療非小細胞肺癌中的應用分析[J].臨床肺科雜志，2015，08：1377-1379+1384.

編輯/羅茗柯