動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)子野優(yōu)化技術(shù)在胸上段食管癌治療中的應(yīng)用研究*

張武哲 黃寶添 翟田田 彭 遜*

目前，調(diào)強(qiáng)放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)已成為胸上段食管癌的主要治療手段，其劑量學(xué)優(yōu)勢(shì)明顯，能提高腫瘤控制率，減少危及器官和正常組織損傷，但是實(shí)際治療時(shí)間較長可能導(dǎo)致相對(duì)生物效應(yīng)降低，亦增加了治療中不確定因素的影響[1-4]。容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)(volume modulated arc therapy，VMAT)是IMRT技術(shù)的延伸，利用可變的機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度、多葉光柵(multi-leaf collimator， MLC)運(yùn)動(dòng)速率和動(dòng)態(tài)劑量率來調(diào)制強(qiáng)度，高效的實(shí)現(xiàn)劑量投遞。相對(duì)IMRT技術(shù)，VMAT能夠明顯減少機(jī)器跳數(shù)(monitor units，MUs)，縮短治療時(shí)間(treatment time，TT)[5]。但是由于VMAT是全周連續(xù)照射，勢(shì)必導(dǎo)致低劑量照射區(qū)域的增多，這對(duì)于肺部低劑量受照區(qū)域的損傷不容忽視[6-9]。

動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)(dynamic MLC-IMRT)是在射線照射時(shí)多葉準(zhǔn)直器葉片處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，利用多葉準(zhǔn)直器相對(duì)應(yīng)的每對(duì)葉片在射線照射時(shí)在計(jì)算機(jī)控制下對(duì)靶區(qū)進(jìn)行掃描以實(shí)現(xiàn)對(duì)射野強(qiáng)度的調(diào)節(jié)。由于節(jié)省了葉片運(yùn)動(dòng)時(shí)間，所以動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)比靜態(tài)調(diào)強(qiáng)的治療時(shí)間更短，提高了治療效率。

然而，Eclipse系統(tǒng)在Truebeam直線加速器的動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)中每個(gè)射野的默認(rèn)子野數(shù)目是166個(gè)(64～320)，理論上，減少每個(gè)射野的子野數(shù)目即減少了葉片的運(yùn)動(dòng)軌跡，應(yīng)該能縮短治療時(shí)間，但子野數(shù)目的減少是否能夠滿足射野強(qiáng)度的調(diào)節(jié)，是否會(huì)導(dǎo)致計(jì)劃質(zhì)量的下降，目前國內(nèi)外在胸上段食管癌方面尚無相關(guān)研究。因此，本研究嘗試在保證不降低計(jì)劃質(zhì)量的提前下，尋求滿足射野調(diào)控要求的最少子野數(shù)目的治療計(jì)劃，以達(dá)到盡可能的縮短治療時(shí)間，提高治療精度，使胸上段食管癌患者獲益。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2017年1-8月汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬腫瘤醫(yī)院治療的30例胸上段食管癌患者，其中男性18例，女性12例；年齡43～68，平均年齡(51±2)歲。所有患者均為首程放射治療，其中病灶下緣位于胸7和胸6椎體水平者分別為3例和8例，位于胸5、胸4和胸3椎體水平者分別為8例、5例和6例。

1.2 儀器設(shè)備

采用Briliance CT Big Bore型大孔徑CT(荷蘭飛利浦公司)。

1.3 放射治療定位

患者取仰臥位，雙臂自然下垂至身體兩側(cè)，頭頸肩網(wǎng)罩固定體位。采用大孔徑CT機(jī)進(jìn)行定位掃描，層厚及層間距均為5 mm。范圍包括整個(gè)病灶，其上界至少包括下半頸，下界包括雙肺下緣。獲取的CT圖像通過DICOM 3.0傳輸?shù)紼clipse(Version 10.0)治療計(jì)劃系統(tǒng)。

1.4 靶區(qū)定義

大體腫瘤區(qū)(gross tumor volume，GTV)包括食管腫瘤病灶和食管旁腫大淋巴結(jié)。臨床腫瘤區(qū)(clinical tumor volume，CTV)包括高危臨床腫瘤區(qū)CTV1和低危臨床腫瘤區(qū)CTV2；CTV1軸向在GTV外擴(kuò)5～10 mm，縱向包括GTV外20 mm食管及食管旁組織，不包括區(qū)域淋巴結(jié)；CTV2在CTV1基礎(chǔ)上加上縱膈淋巴引流1區(qū)和2區(qū)，以及雙側(cè)鎖骨上區(qū)。計(jì)劃靶區(qū)(planning target volume，PTV)在各CTV基礎(chǔ)上三維外擴(kuò)5 mm生成PTV1(64 Gy)、PTV2(54 Gy)；需勾畫的危及器官包括雙肺、脊髓、脊髓計(jì)劃區(qū)和心臟。脊髓計(jì)劃區(qū)由脊髓三維外擴(kuò)5 mm生成。

1.5 計(jì)劃設(shè)計(jì)

應(yīng)用TrueBeam直線加速器，X射線照射能量為6 MV，Eclipse系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)。動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)共面5野照射，機(jī)架角度為210o、300o、0o、60o以及150o。用95%靶區(qū)體積獲得100%處方劑量進(jìn)行歸一，PTV1(64)64 Gy/32次，PTV2(54)54 Gy/32次。危及器官劑量限制：脊髓計(jì)劃區(qū)Dmax＜45 Gy，脊髓Dmax＜40 Gy，肺V20≤25%、V30≤20%；采用劑量體積優(yōu)化(dose volume optimizer，DVO)算法，最終劑量計(jì)算采用各向異性分析算法(anisotropic analytical algorithm，AAA)，計(jì)算網(wǎng)格為2.5 mm。在射野角度、處方劑量、優(yōu)化條件等全部不變的情況下，初步制定下列計(jì)劃。

(1)基底劑量計(jì)劃(base dose plan，BDP)。

(2)最佳劑量計(jì)劃(top dose plan，TDP)：將BDP的處方分割數(shù)改為16次，單次處方劑量不變；復(fù)制更改分割數(shù)后的BDP，利用優(yōu)化程序中的base dose plan功能將更改分割數(shù)后的BDP引入并關(guān)聯(lián)，進(jìn)而繼續(xù)優(yōu)化，計(jì)算最終劑量結(jié)果后再將處方分割數(shù)重置為32次，單次處方劑量仍保持不變，得到基于基準(zhǔn)劑量補(bǔ)償?shù)腡DP。

(3)利用計(jì)算葉片運(yùn)動(dòng)(leaf motion calculator，LMC)功能，依據(jù)得到的TDP的子野數(shù)目，將其分為G1組(64個(gè))、G2組(115個(gè))和G3組(166個(gè))3組再行劑量計(jì)算。

1.6 評(píng)估指標(biāo)

適型指數(shù)(conformity index，CI)為公式1：

式中參考取值VT為靶區(qū)體積，VT，ref為處方劑量等劑量線所包繞的靶區(qū)體積，Vref為處方劑量等劑量線所包繞的體積。CI取值在0～1，越接近1表明靶區(qū)適型度越好。

劑量均勻性指數(shù)(heterogeneity index，HI)為公式2：式中D2近似最高劑量，D98近似最低劑量，D50中位劑量。HI值越小表明其劑量均勻性越好。其他參數(shù)：最高劑量(Dmax)、平均劑量(Dmean)、劑量體積參數(shù)(Vx)、MU以及TT。

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

運(yùn)用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，正態(tài)分布的數(shù)據(jù)以(±s)表示，采用配對(duì)t檢驗(yàn)比較各組參數(shù)的差異，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)劑量參數(shù)比較

(1)PTV1(64 Gy)：G2組與G3組靶區(qū)CI比G1組高[CIG1(0.924±0.011)＜CIG2(0.925±0.011)＜CIG3(0.926±0.011)]，HI略低[HIG1(0.053±0.005)＞HIG2(0.052±0.005)＞HIG3(0.049±0.009)]；相對(duì)于G1組，G2組的Dmax、Dmean、D2、D50略低，D98略高；G3組的Dmean、D2、D50略低，D98略高。

表1 三組不同子野計(jì)劃靶區(qū)的劑量學(xué)參數(shù)比較(Gy，±s)

表1 三組不同子野計(jì)劃靶區(qū)的劑量學(xué)參數(shù)比較(Gy，±s)

注：表中a為與G1組比較，t=-3.77～8.10，P＜0.05； b為與G2組比較，t=2.18，P＜0.05。

靶區(qū) G1組 G2組 G3組 t值 P值G1與G2 G1與G3 G2與G3 G1與G2 G1與G3 G2與G3 PTV1(64 Gy)PTV2(54 Gy)Dmin(Gy) 57.67±1.9057.71±1.8557.73±1.86 -1.42 -0.56 -0.12 - - -Dmax(Gy) 68.14±0.77 68.05±0.76 67.76±1.10 a5.04 a2.22 1.69 0.00 0.05 0.12 Dmean(Gy) 65.63±0.15 65.60±0.15 65.46±0.34 a7.08 a2.65 2.16 0.00 0.02 -D2(Gy) 66.73±0.26 66.68±0.27 66.49±0.54 a7.42 a2.47 2.03 0.00 0.03 -D98(Gy) 63.19±0.18 63.20±0.18 63.24±0.20 a-3.77 a-2.79 -2.11 0.00 0.02 -D50(Gy) 65.80±0.16 65.76±0.16 65.61±0.38 a6.18 a2.73 2.18 0.00 0.02 -CI 0.924±0.011 0.925±0.011 0.926±0.011 a-2.51 -2.01 -1.54 0.03 - -HI 0.053±0.005 0.052±0.005 0.049±0.009 a7.98 a2.51 a2.51 0.00 0.03 -Dmin(Gy) 46.07±1.7846.10±1.8045.97±1.86 -0.91 1.22 1.75 - - -Dmax(Gy) 68.14±0.77 68.05±0.76 67.76±1.10 a5.64 a2.22 1.67 0.00 - -Dmean(Gy) 62.10±1.11 62.07±1.10 61.94±1.10 a8.10 a2.52 2.12 0.00 0.03 -

表2 三組不同子野計(jì)劃危及器官的劑量學(xué)參數(shù)比較(Gy，±s)

表2 三組不同子野計(jì)劃危及器官的劑量學(xué)參數(shù)比較(Gy，±s)

注：與G1組比較，at=-2.67～2.67，P＜0.05。

項(xiàng)目 G1組(64) G2組(115) G3組(166) t值 P值G1與G2 G1與G3 G2與G3 G1與G2 G1與G3 G2與G3脊髓計(jì)劃區(qū)Dmax(Gy) 45.28±2.08 45.27±2.14 45.21±2.16 0.03 0.41 0.43 0.98 0.69 0.68脊髓Dmax(Gy) 38.47±0.99 38.44±1.00 38.46±0.97 1.70 0.22 -0.64 0.12 0.83 0.54肺心臟Dmean(Gy) 10.40±2.65 10.40±2.65 10.39±2.66 -0.06 1.11 1.37 0.96 0.29 0.20 V5(%) 46.94±13.44 46.94±13.45 46.84±13.53 -0.36 1.60 1.68 0.72 0.14 0.13 V10(%) 38.38±10.95 38.37±10.95 38.36±10.98 a2.67 1.29 0.70 0.02 0.23 0.50 V13(%) 31.64±9.06 31.64±9.07 31.66±9.09 -0.54 -1.63 -1.64 0.60 0.13 0.13 V20(%) 22.08±6.28 22.07±6.29 22.03±6.31 a2.61 2.05 1.72 0.03 0.07 0.12 V30(%) 7.94±2.26 7.95±2.27 7.96±2.28 -1.47 a-2.67 -1.99 0.17 0.02 0.07 Dmean(Gy) 46.8±5.54 46.8±5.54 46.7±5.54 1.68 1.38 0.86 0.13 0.20 0.41 V20(%) 8.15±12.87 8.14±12.87 8.14±12.87 0.82 0.25 -1.00 0.43 0.81 0.34 V30(%) 4.99±8.36 4.99±8.37 4.99±8.37 0.84 0.79 -0.56 0.42 0.45 0.59 V40(%) 2.17±3.35 2.17±3.35 2.17±3.36 1.31 0.80 -1.00 0.22 0.44 0.34 V50(%) 1.24±1.80 1.24±1.80 1.24±1.80 1.00 0.00 -1.00 0.34 1.00 0.34

(2)PTV2(54 Gy)：G2組的Dmin比G3組覆蓋更好，G1組除了Dmean略高于G3組之外，其Dmax均高于其他兩組。見表1。

2.2 危及器官劑量參數(shù)比較

脊髓計(jì)劃區(qū)、脊髓和心臟均在劑量限值之內(nèi)，且組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。G1組的雙肺V10、V20高于G2組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；V30則比G3組低，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，見表2。

2.3 其他參數(shù)比較

在MU和TT參數(shù)中，G2組MU為(652±48)，G3組為(670±56)，分別較G1組(648±48)增加了0.6%、3.4%，其差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-2.48，t=-3.08；P＜0.05)。G2組的TT為(176±13)s，G3組為(184±15)s，分別較G1組(175±13)s增加了0.6%和5.1%，其差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-4.28，t=-4.81，P＜0.05)。

3 討論

放射治療的主流技術(shù)是逆向調(diào)強(qiáng)，其主要目標(biāo)是最大程度提高靶區(qū)照射劑量的同時(shí)最大限度地保護(hù)危及器官，但調(diào)強(qiáng)技術(shù)的不足之處是治療時(shí)間較長，可能增加患者治療時(shí)移動(dòng)的可能性，使治療依從性下降，分次內(nèi)治療時(shí)間相對(duì)的延長，對(duì)腫瘤細(xì)胞損傷的生物學(xué)效應(yīng)也可能隨之下降[10]。子野數(shù)目的減少，治療時(shí)間的縮短對(duì)于減少移動(dòng)誤差和提高治療效率有積極意義。

通過30例研究計(jì)劃可見，3組計(jì)劃均能滿足臨床劑量學(xué)要求，而本研究結(jié)果顯示，G2組與G3組的靶區(qū)適形度指數(shù)雖比G1組略高，但實(shí)際數(shù)值非常接近，G1組同樣高度適形靶區(qū)，其均勻性指數(shù)略差，亦滿足劑量學(xué)要求，G2組與G3組的靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)無明顯差異。Schultheiss等[11]報(bào)道，當(dāng)脊髓Dmax為45 Gy時(shí)，放射性脊髓病發(fā)生概率為0.03%，要求最大程度降低脊髓受量以減少脊髓功能受損傷的風(fēng)險(xiǎn)。本研究中3組計(jì)劃的脊髓Dmax＜40 Gy，脊髓計(jì)劃區(qū)Dmax約為45 Gy，很好的保護(hù)了脊髓，體現(xiàn)了一定的優(yōu)勢(shì)[12]。另有多篇文獻(xiàn)[13-14]報(bào)道了雙肺的V5～V30和MLD與放射性肺炎的發(fā)生率相關(guān)，并且與其嚴(yán)重程度明顯相關(guān)，一般認(rèn)為雙肺V20＜25%～30%可被接受。本結(jié)果中3組計(jì)劃的雙肺V20均＜25%，這對(duì)預(yù)防及降低放射性肺炎的發(fā)生率及嚴(yán)重程度更具優(yōu)勢(shì)，這與Yin等[15]的研究結(jié)果相符。Kumar等[16]的研究表明，急性放射性肺炎主要與V30相關(guān)，3組計(jì)劃均遠(yuǎn)低于可接受范圍(V30＜18%～20%且G1組最低)。肺部低劑量大體積照射亦是引起放射性肺炎的重要危險(xiǎn)因素，建議V5應(yīng)限制在65%以內(nèi)[17-18]。本研究結(jié)果顯示，3組計(jì)劃的V5均≤47%，遠(yuǎn)低于劑量限值，更能有效降低放射性肺炎的發(fā)生率。國內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道，心臟受照體積和劑量是心臟損傷的重要因素，3組計(jì)劃中的心臟平均劑量均≤5 Gy，遠(yuǎn)低于各項(xiàng)指標(biāo)，起到了很好的保護(hù)作用。G1組與G2組、G3組相比，其最大優(yōu)勢(shì)在于減少M(fèi)U和縮短治療時(shí)間。本研究中G2組、G3組的MU分別較G1組增加了0.6%和3.4%，而TT分別增加了0.6%和5.1%。治療時(shí)間的縮短對(duì)圖像引導(dǎo)放射治療的開展具有重要意義。Bewes等[19]報(bào)道，治療時(shí)間的縮短，能夠增加腫瘤的相對(duì)生物效應(yīng)，利于腫瘤細(xì)胞的殺傷。由于在較長時(shí)間治療過程中體位可能產(chǎn)生變化，將導(dǎo)致治療精度下降，因此縮短治療時(shí)間對(duì)精確放射治療具有顯著意義。

本研究中的3組計(jì)劃均能滿足臨床劑量學(xué)要求，G1組在保證靶區(qū)劑量分布情況下，同樣能夠有效保護(hù)脊髓、脊髓計(jì)劃區(qū)和心臟的同時(shí)降低部分危及器官的受量，MU減少對(duì)降低放射線誘導(dǎo)的繼發(fā)腫瘤的發(fā)生率有重要意義，TT縮短對(duì)提高治療效率和精度具有顯著意義的同時(shí)亦降低了設(shè)備損耗率，患者不適感的減輕增加了治療依從性[20]。因此，動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)的子野優(yōu)化技術(shù)在胸上段食管癌具有臨床應(yīng)用價(jià)值。