混合能量的調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃對(duì)上段食管癌的劑量探討

沈麗娟 王佳浩?

混合能量的調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃對(duì)上段食管癌的劑量探討

沈麗娟 王佳浩?

目的比較食管癌患者單一X線能量與混合能量的調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃間靶區(qū)與危及器官劑量差異。方法選取10例典型上段食管癌患者CT圖像，在Pinnacle治療計(jì)劃系統(tǒng)上進(jìn)行腫瘤靶區(qū)、危及器官的勾畫。每位患者分別制定6MV、10MV與混合6MV與10MV能量的三種放射治療計(jì)劃，用相同的物理參數(shù)和優(yōu)化條件進(jìn)行優(yōu)化與計(jì)算，比較三種計(jì)劃的劑量學(xué)差異。結(jié)果混合能量計(jì)劃在靶區(qū)的均勻度上較6MV計(jì)劃與10MV計(jì)劃好，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=-8.7，P=0.003）；在靶區(qū)的適形度上，較兩種計(jì)劃好，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=10.8，P=0.015）。混合能量計(jì)劃在對(duì)危及器官的保護(hù)上（脊髓的最大劑量、肺容積劑量、心臟的容積劑量）較其它兩種計(jì)劃更具優(yōu)勢(shì)。結(jié)論混合能量的調(diào)強(qiáng)計(jì)劃對(duì)于上段食道癌病例可以改善放射治療計(jì)劃的靶區(qū)劑量均勻度與適形度，以及可以減少危及器官的受照劑量，具有一定的臨床應(yīng)用價(jià)值。

混合能量 食管癌 劑量體積比較

放射治療是食管癌的重要治療手段，特別對(duì)于中晚期不能手術(shù)的患者，放射治療具有重要意義，隨著調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)的開展，更多患者可以從中受益［1］。食管上段腫瘤所在位置解剖結(jié)構(gòu)的特殊性決定了在調(diào)強(qiáng)放射治療中不同能量射線對(duì)腫瘤劑量貢獻(xiàn)的穿透深度不同。本文對(duì)混合能量調(diào)強(qiáng)放射治療對(duì)食管上段癌靶區(qū)和危及器官的劑量進(jìn)行探討。

1 臨床資料

1.1 一般資料 2015年8月至2016年1月本院收治的上段食管癌患者10例，年齡45～72歲，中位年齡58歲。每位患者分別使用6MV、10MV、混合6MV和10MV的三種方案進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)及優(yōu)化計(jì)算。

1.2 CT掃描與器官勾畫 選取的10例食管癌患者均取仰臥位，在呼吸平穩(wěn)的情況下進(jìn)行體模固定并進(jìn)行計(jì)算機(jī)斷層掃描，CT圖像層厚為5mm，要求將整個(gè)食管與肺部掃全。

1.3 計(jì)劃的設(shè)定 在Pinnacle治療計(jì)劃系統(tǒng)上進(jìn)行調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃的制定，所有計(jì)劃用卷積算法進(jìn)行劑量計(jì)算，并且使用直接機(jī)器參數(shù)優(yōu)化進(jìn)行劑量?jī)?yōu)化。布野采用5野，上三下二，子野個(gè)數(shù)采用優(yōu)化參數(shù)后的40個(gè)子野［2］，機(jī)架角度在210°、305°、0°、55°和150°?；旌夏芰康恼{(diào)強(qiáng)計(jì)劃中，10MV光子束是應(yīng)用在225°和135°這兩個(gè)機(jī)架角度，因是兩個(gè)瘤皮距最長(zhǎng)的射線束穿透角度，6MV光子束則應(yīng)用在其他三個(gè)角度上，見圖1。另外兩個(gè)計(jì)劃中，在這5個(gè)角度上均使用單一6MV或10MV能量的光子束。在優(yōu)化結(jié)束后，經(jīng)過計(jì)算多葉準(zhǔn)直器（MLC）葉片的順序和監(jiān)測(cè)單元（MU）得到患者的整體劑量通量圖。逆向優(yōu)化函數(shù)設(shè)置如下：計(jì)劃靶區(qū)（PTV）的處方劑量為60Gy/30f，至少應(yīng)保證95%的處方劑量覆蓋＞95% PTV體積，而＞108%的PTV體積所覆蓋的處方劑量應(yīng)為0。肺的體積劑量限制為V5＜50%、V20＜30%、V30＜20%、Dmean＜13Gy，心臟的V25＜15%、Dmean＜12Gy，脊髓的Dmax＜45Gy。

圖1 混合能量射野圖

1.4 劑量學(xué)參數(shù)計(jì)算分析 對(duì)每一個(gè)患者的三種放療計(jì)劃均使用劑量體積直方圖（DVH）進(jìn)行分析，在D VH上主要計(jì)算PTV、肺的體積劑量、心臟的體積劑量以及脊髓的最大劑量，其中PTV，三種計(jì)劃分別計(jì)算其均勻度（HI）與適形度（CI），均勻度的計(jì)算方法為：HI=（D2%-D98%）/D處方，適形度的計(jì)算方法為：即參考等劑量線覆蓋的靶體積的平方/靶區(qū)體積*等劑量線包繞體積，本設(shè)計(jì)選用96%的等劑量線。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件。計(jì)量資料以（x±s）表示，6MV、10MV及混合能量的三個(gè)計(jì)劃間進(jìn)行單因素方差分析，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 三種計(jì)劃的劑量體積對(duì)比結(jié)果見表1。

表1 混合能量、6MV、10MV劑量體積對(duì)照表（x±s）

2.2 靶區(qū)的適形性 三種計(jì)劃的靶區(qū)適形度 見圖2。

圖2 靶區(qū)的適形性

2.3 監(jiān)測(cè)單元 從表1中可看出，對(duì)于平均的加速器跳數(shù)（MU），6MV的計(jì)劃比混合能量和10MV的計(jì)劃高，但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

3 討論

本組10例食管癌患者，其原發(fā)腫瘤生長(zhǎng)的部位在頸段或上胸段，手術(shù)治療的難度大，并發(fā)癥發(fā)生率高［3］，而放射治療的損傷較小，因此研究上段食管癌的放療計(jì)劃具有一定的臨床意義。放射治療技術(shù)對(duì)于食管癌患者的治療在國(guó)內(nèi)外均已較為普遍，對(duì)于照射的方式、總劑量、脊髓的耐受量、肺的保護(hù)價(jià)值等也均有較多的文獻(xiàn)報(bào)道［4-8］。

光子能量的選擇在調(diào)強(qiáng)放療中有重要的影響，較低能量的光子束（≤6MV）由于其在組織內(nèi)的百分深度劑量分布，常被用來治療頭頸部腫瘤或者淺表腫瘤；較高能量的光子束（＞6MV）在組織內(nèi)的穿透能力較強(qiáng)，較多的被用于治療深部的腫瘤。然而高能量的光子束卻有其消極的一面，比如在加速器機(jī)頭MLC上的漏射投射線較多、產(chǎn)生過多的次級(jí)電子（光子和物質(zhì)發(fā)生光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng)而產(chǎn)生［9］）和次級(jí)中子（光子與加速器機(jī)頭發(fā)生光核反應(yīng)［10］）等，這些會(huì)增加實(shí)際射線束的邊界范圍，無形中增加靶區(qū)的投影截面，增加患者不必要的輻射。而低能X線的調(diào)強(qiáng)計(jì)劃在腫瘤靶區(qū)的外圍，離皮膚表面較近的正常組織上卻沉積了較高的劑量［11］，若使腫瘤靶區(qū)得到臨床處方劑量，就必然要求制定一個(gè)包含更多照射野、更多機(jī)器跳數(shù)的復(fù)雜計(jì)劃，同時(shí)會(huì)增加治療的時(shí)間、危及器官與正常組織的受照劑量［12］等。用低能X線治療較深部的腫瘤時(shí)，皮膚的不良反應(yīng)應(yīng)予考慮。

本資料顯示，低能光子束由于其劑量擾動(dòng)效應(yīng)比高能光子束?。?3］，因此在靶區(qū)周圍可以形成適形度高、更均勻的劑量分布，6MV的調(diào)強(qiáng)計(jì)劃在PTV的均勻度與適形度上優(yōu)于10MV計(jì)劃。從胸腔的解剖結(jié)構(gòu)分析，肺部位于食管兩側(cè)，脊髓位于食道的后方，若使用單一6MV能量的調(diào)強(qiáng)計(jì)劃，由于低能光子束穿透能力的限制，則對(duì)于離皮膚表面較近的肺部組織會(huì)沉積較大的劑量，且在優(yōu)化過程中為得到靶區(qū)的目標(biāo)劑量，必然會(huì)增加機(jī)器監(jiān)測(cè)單元的跳數(shù)（MU），這可以解釋6MV調(diào)強(qiáng)計(jì)劃的平均機(jī)器跳數(shù)比混合X線能量高10.9%，比10MV高11.7%；若使用單一10MV的調(diào)強(qiáng)計(jì)劃，由于高能光子束上述消極的一面，會(huì)增加產(chǎn)生次級(jí)電子和次級(jí)中子的概率，且從蒙特卡洛劑量計(jì)算的方法中［14-15］，光子與物質(zhì)的反應(yīng)是一個(gè)隨機(jī)性過程，也就是一個(gè)概率問題，入射越多的高能光子束產(chǎn)生的次級(jí)電子與次級(jí)中子的概率也越高，因此在食管癌患者的放射治療計(jì)劃制定時(shí)，使用的混合能量的調(diào)強(qiáng)計(jì)劃，選擇在210°和150°這兩個(gè)穿透深度較長(zhǎng)且離脊髓較近的角度上使用10MV的能量，旨在得到較好的靶區(qū)均勻度與適形度，同時(shí)避免兩肺、脊髓等沉積過高的劑量。

本資料顯示，混合能量的調(diào)強(qiáng)計(jì)劃在脊髓的最大耐受量為最優(yōu)，Dmax比6MV減少0.3%，比10MV減少1%，雖然其它2個(gè)計(jì)劃脊髓的最大劑量也在臨床所接受的范圍內(nèi)。在肺的保護(hù)方面，混合能量計(jì)劃無論在平均劑量，抑或覆蓋的百分體積，也優(yōu)于其它2個(gè)計(jì)劃。從數(shù)據(jù)的分析結(jié)果可以觀察到混合能量的調(diào)強(qiáng)計(jì)劃既保留低能光子束劑量擾動(dòng)效應(yīng)小、靶區(qū)均勻度和適形度較好以及高能光子束穿透能力強(qiáng)、淺表組織劑量沉積小的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)減少了高能光子束在治療計(jì)劃系統(tǒng)中優(yōu)化與計(jì)算的誤差及在加速器MLC上的漏射透射線和產(chǎn)生次級(jí)電子與次級(jí)中子的概率，同理在心臟的保護(hù)上，混合能量計(jì)劃也是最優(yōu)的?？傊旌夏芰渴且粋€(gè)包含射野數(shù)較少、射線跳數(shù)較小、靶區(qū)均勻度與適形度較好、危及器官與正常組織劑量沉積較低的比較理想的放射治療計(jì)劃。

綜上所述，在Pinnacle治療計(jì)劃系統(tǒng)中的混合能量調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃確實(shí)能夠帶來低能與高能光子束的共同優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也克服了優(yōu)化與計(jì)算時(shí)低能與高能光子束各自的弊病，因此混合能量的調(diào)強(qiáng)計(jì)劃對(duì)于較深部的上段食管腫瘤可以改善調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃的質(zhì)量，具有一定的臨床應(yīng)用價(jià)值。

［1］田小剛,王小虎.食管癌放療的研究進(jìn)展.甘肅醫(yī)藥,2012, 31(11)：850-851.

［2］徐莉霞,李夏東,王佳浩,等.優(yōu)化參數(shù)對(duì)肺癌調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃設(shè)計(jì)的影響.實(shí)用腫瘤雜志,2015,30(1)：72-75.

［3］孫詮,陳曉冬,曹森,等.食管癌術(shù)后肺部嚴(yán)重并發(fā)癥的治療體會(huì).臨床醫(yī)學(xué)實(shí)踐,2011,20(1)：11-12.

［4］果惠,董士麗.頸段胸上段食管癌精確放療的臨床療效分析.中華全科醫(yī)學(xué),2011,9(1)：21-23.

［5］陳強(qiáng),梁寧震,晏黨.三維適形放療同步化療治療食管癌療效觀察.中國(guó)誤診學(xué)雜志,2011,11(3)：584.

［6］惠蓓娜,綜述,張曉智,等.頸段、胸上段食管癌放射治療現(xiàn)狀.陜西醫(yī)學(xué)雜志,2011,40(2)：217-219.

［7］Woudatra E, Heijimen BJ. storchipr. Automated selection of beam orientations and segmented intensity modulated radiotherapy (IMRT) for treatment esophagus tumors Radiother Oncol, 2005, 77(3), 254-261.

［8］葛琴,蔡晶,謝國(guó)棟,等.3D-CRT中采用二程計(jì)劃對(duì)局部晚期食管癌患者V20及放射性肺炎的影響.實(shí)用腫瘤雜志,2013, 28(6)：642-646.

［9］李先明,胡逸民,哈思衡.氣腔對(duì)高能X射線劑量分布的影響.中華放射腫瘤學(xué)雜志,1992,1(3)：195-199.

［10］胡逸鳴. 腫瘤放射物理學(xué).北京：原子能出版社,2006.

［11］Laughlin JS, Mohan R, Kutcher GJ. Choice of optimum megavoltage for accelerators for photon beam treatment. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 1986, 12(9)：1551-57.

［12］Subramanian TS. Linear accelerators used for IMRT should be designed as small field, high intensity, intermediate energy units. Med Phys,2002,29(11)：2526-2528.

［13］李乾坤,小射野條件下高能和低能X射線在非均勻介質(zhì)中的劑量特性的比較研究.四川大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2007,44(2)：375-379.

［14］戴相昆,王運(yùn)來,徐壽平, 等. Monte Carlo方法及其在放療中的應(yīng)用.醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2010,31(4)：88-89.

［15］張俊廣,張春光,梁少華,等.基于蒙特卡羅的IMRT模擬研究.中國(guó)醫(yī)療裝備,2008,5(1)：01-03.

ObjectiveThe difference between single X-ray energy and mixed X-ray energy in intensity-modulated radiation treatment（IMRT）plans were compared for esophageal cancer cases.The mixed X-ray energy IMRT plans on the distribution of dose were then investigated.MethodsThe CT images about 10 typical cases of esophageal cancer are selected and the target areas，OARs，and the normal tissue were contoured in the Pinnacle treatment planning system. Each patient developed three kinds of radiation treatment plans of 6 MV，10 MV and mixed X-ray energy，which were optimized and calculated，the data of dose-volume histogram used SPSS software to analysis and three plans matching t test.ResultsThe plans of mixed X-ray energy showed more superior in target dose homogeneity than plans of 6MV and 10MV plans（F=-8.7，P=0.003）. The plans of mixed X-ray energy showed better target dose conformity than the other plans（F=10.8，P=0.015）. Comparing with the three plans in max does of spinal cord，the DVH of lung and heart，the plans of mixed X-ray energy showed the best and had statistical difference.ConclusionMixed X-ray energy in IMRT plan can ameliorate the overall plan quality and actually has certain clinical signifi cance for cases of esophageal cancer.

Mixed X-ray energy Esophageal cancer Dose-volumetric comparison

310000 杭州市腫瘤醫(yī)院放射物理室

*通信作者