食管癌調(diào)強計劃中鎢門鎖定和鎢門跟隨技術(shù)劑量學(xué)比較

陳艷，黃宇亮，吳昊，賈冬，賈霖，韓建軍，李晨光，張藝寶

1.綿陽市第三人民醫(yī)院/四川省精神衛(wèi)生中心，四川綿陽621000；2.北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院暨北京市腫瘤防治研究所放療科/惡性腫瘤發(fā)病機制及轉(zhuǎn)化研究教育部重點實驗室，北京100142

前言

多葉準(zhǔn)直器（Multi-Leaf Collimators,MLC）是實現(xiàn)調(diào)強放療的關(guān)鍵設(shè)備［1］。作為瓦里安加速器的第三級準(zhǔn)直系統(tǒng)，MLC的透漏率隨射線能量的不同可達(dá)0.9%～7.0%［2-3］，但如果配合鎢門使用則可將透漏率降低至0.1%以下［4］。Wu等［5］和Feng等［6］分別報道了利用鎢門跟隨技術(shù)（Jaw Tracking）在容積調(diào)強（Volumetric Arc Therapy,VMAT）和固定野調(diào)強（Intensity-Modulated Radiation Therapy,IMRT）中有效降低MLC透漏劑量的應(yīng)用。Chen等［7］的研究卻發(fā)現(xiàn)，鎢門鎖定（Fixed Jaw）有時能夠更好地保護腹盆部的危及器官。相對于腹盆部的放射性器官損傷風(fēng)險，低劑量導(dǎo)致的放射性肺炎在臨床上更為常見。作為通過放療計劃預(yù)測和防范放射性肺炎的主要劑量學(xué)指標(biāo)，肺平均劑量（Dmean）［8-9］、劑量高于 5 Gy 和20 Gy的肺體積（V5Gy和V20Gy）等［10］，均對MLC透漏線十分敏感。鎢門鎖定技術(shù)在相關(guān)部位的研究報道尚顯不足。

本工作基于食管癌IMRT技術(shù)，研究比較鎢門鎖定和鎢門跟隨技術(shù)在靶區(qū)劑量覆蓋和危及器官保護方面的劑量學(xué)優(yōu)劣，以期為臨床決策提供數(shù)據(jù)和方法參考。

1 材料與方法

1.1 病例選擇

回顧性選取2017年1月～2018年3月在綿陽市第三人民醫(yī)院放射治療中心接受固定野調(diào)強放療的48例患者放療計劃數(shù)據(jù)，男43人，女5人，TNM分期Ⅳ期（均有鎖骨上轉(zhuǎn)移），患者其他基本情況統(tǒng)計如表1所示。

表1 入組的48例食管癌患者基本情況統(tǒng)計Tab.1 Clinical data of 48 patients with esophageal cancer

其中，臨床靶區(qū)（Clinical Target Volume,CTV）涵蓋瘤床及相應(yīng)淋巴引流區(qū)，包括下頸、鎖骨上、氣管食管旁、中上縱膈（2、4、5、7區(qū)），下界至隆突下3 cm，若病灶或吻合口位于胸中下段，則下界位于瘤床下緣3.0 cm，胸下段食管癌包括上腹部胃左動脈區(qū)域淋巴結(jié)。計劃靶區(qū)（Planning Target Volume,PTV）為CTV外放0.5～0.8 cm［11-12］。

1.2 計劃設(shè)計和優(yōu)化目標(biāo)

考慮到靶區(qū)和危及器官相對位置特點，所有計劃均采用7個固定野設(shè)計：第1、3、4、5、7 5個野的機架分別取160°、40°、0°、320°、200°，除第4野（0°）為保護心臟覆蓋部分靶區(qū)外，其余射野大小均與靶區(qū)適形；而第2、6野為降低肺受量，則只關(guān)注下頸和鎖骨上部分區(qū)域，機架角度分別為70°和290°，如圖1所示。準(zhǔn)直器旋轉(zhuǎn)角度以MLC運動幅度范圍最小為標(biāo)準(zhǔn)進行個體化調(diào)整。在鎢門鎖定計劃（Fixed）組，7個射野的鎢門均鎖定；鎢門跟隨計劃（Tracking）組中，只有第2和第6野鎖定（否則射野會過大），其余5野均選擇跟隨。除了鎢門設(shè)置外，兩組計劃的其他布野條件、優(yōu)化參數(shù)等均一致。計劃設(shè)計均在瓦里安Eclipse 10.0系統(tǒng)上，基于Clinac-ix加速器6 MV光子、Millennium 120 MLC完成。IMRT優(yōu)化算法和劑量體積算法分別采用DVO-100282和AAA-100282。

所有的病例處方劑量均為：95%的PTV體積在28次治療中接受不低于50.4 Gy劑量。各計劃在計算完畢后先以此標(biāo)準(zhǔn)進行歸一，以便在足夠的靶區(qū)覆蓋前提下進行危及器官受量比較。優(yōu)化目標(biāo)分別為：雙肺 V20Gy＜30%（最好＜25%），V5Gy＜65%（最好＜60%）；心臟V30Gy＜40%、V40Gy＜30%，并盡量降低平均劑量；脊髓最大劑量點Dmax＜40 Gy；全局熱點盡量保持在110%以內(nèi)（即55.44 Gy），若確有困難則盡量將熱點控制在靶區(qū)范圍并避開重要危及器官［13］。處理熱點的方法包括：將等劑量線轉(zhuǎn)化為輔助結(jié)構(gòu)并賦予高權(quán)重壓制熱點，手工修改主要貢獻(xiàn)野的通量圖等［14］。為確保鎖定組計劃最終可以滿足臨床要求，在其他優(yōu)化條件不變的情況下，對其進行熱點處理，成為修改（Modified）組。

圖1 典型食管癌患者的布野示意圖Fig.1 Beam geometry in a patient with esophageal cancer

1.3 劑量學(xué)分析和比較

為避免手工獲取劑量-體積參數(shù)可能發(fā)生的錯誤并提高分析效率，本工作采用自動提取方法［15］。所有計劃的表格式DVH數(shù)據(jù)（DVH in tabular format）以0.10 Gy的間隔導(dǎo)出，用自編程序從中批量讀取靶區(qū)體積（用于填寫表2中的部分?jǐn)?shù)據(jù)），脊髓Dmax，全局Dmax，心臟 V30Gy、V40Gy、Dmean，雙肺 V5Gy、V20Gy和 Dmean，適形度指數(shù)和均勻性指數(shù)［16-17］等。基于同樣數(shù)據(jù)，編寫程序為Fixed組和Tracking組分別計算30例患者的平均DVH值并用SigmaPlot 10.0軟件（Systat Software,Inc.,San Jose,CA）繪制成圖進行比較。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

基于SPSS 21.0軟件，對于符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)采用配對t檢驗，不符合的則采用Wilcoxon秩和檢驗。正態(tài)分布檢驗方法為Shapiro-Wilk法。設(shè)P＜0.05為結(jié)果有統(tǒng)計學(xué)差異。

2 結(jié)果

2.1 劑量學(xué)參數(shù)統(tǒng)計

表2展示了48例患者在優(yōu)化條件和布野角度相同、僅僅改變鎢門準(zhǔn)直器設(shè)置的情況下，Tracking組、Fixed組和Modified組計劃的劑量學(xué)參數(shù)統(tǒng)計結(jié)果。

表2 不同鎢門設(shè)置組48例食管癌患者固定野調(diào)強計劃的劑量學(xué)參數(shù)比較（±s）Tab.2 Dosimetric comparison of intensity-modulated radiotherapy(IMRT)with different jaw settings for esophageal cancers in 48 patients(Mean±SD)

表2 不同鎢門設(shè)置組48例食管癌患者固定野調(diào)強計劃的劑量學(xué)參數(shù)比較（±s）Tab.2 Dosimetric comparison of intensity-modulated radiotherapy(IMRT)with different jaw settings for esophageal cancers in 48 patients(Mean±SD)

*Tracking組vs Modified組，?表示數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，檢驗方法為配對t檢驗；其余的檢驗方法為Wilcoxon秩和檢驗。

參數(shù)脊髓Dmax/Gy心臟Tracking組36.42±0.68Fixed組36.63±0.91Modified組35.72±1.25 P值*＜0.001?＜0.001 V30 Gy/%V40 Gy/%Dmean/Gy 23.68±18.09 9.51±7.67 16.93±10.19 23.52±18.10 9.33±7.52 16.63±10.10 21.86±16.61 9.32±7.44 16.52±9.96＜0.001 0.046＜0.001適形度指數(shù)1.27±0.091.32±0.111.30±0.09＜0.001?＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001?

2.2 平均DVH圖比較

為更加直觀展示3種鎢門設(shè)置方法對于食管癌IMRT計劃的劑量學(xué)影響，圖2繪制了48例患者的平均DVH圖，其中，斷線、實線和點線分別代表了Tracking組、Fixed組和Modified組。

圖2 不同鎢門設(shè)置條件下48例食管癌患者IMRT計劃的平均DVH圖Fig.2 Mean dose-volume histogram of IMRT plans optimized with different jaw settings for 48 esophageal cancer patients

3 討論

如表2所示，相較于Tracking組，F(xiàn)ixed組能夠更好地保護心臟和肺組織。其中，心臟的V30Gy、V40Gy、Dmean分別平均降低了0.16%（0.68%）、0.18%（1.89%）、0.30 Gy（1.77%）；而肺的 V5Gy、V20Gy、Dmean則分別平均降低了 3.88%（6.84%）、0.36%（1.50%）、0.49 Gy（4.06%）。適形度指數(shù)和均勻性指數(shù)均值的變化幅度均不大，分別為0.05和0.01。然而作為代價，F(xiàn)ixed組脊髓的Dmax和全局熱點分別增加了0.21 Gy（0.58%）和1.27 Gy（2.14%），但是可以在后續(xù)的熱點處理過程中得到解決（Modified組），由于IMRT的射野角度有限性導(dǎo)致其產(chǎn)生熱點難以避免，依賴人工后處理進行降低或消除的做法是臨床的常規(guī)手段。在保持Fixed組計劃其他條件不變的情況下，消除熱點后得到的Modified組脊髓Dmax和全局熱點均顯著低于 Tracking組（P＜0.001），降幅分別為 0.70 Gy（1.92%）和1.41 Gy（2.38%）。其原因可能是全局熱點經(jīng)常分布在脊柱旁，在人工對其進行后處理的同時，脊髓的Dmax也會得到一定程度的降低，如圖3示例。與此同時，Modified組在心臟和肺保護方面得到了很好的保持，心臟 V30Gy、V40Gy、Dmean；肺 V5Gy、V20Gy、Dmean等降幅分別為1.82%（7.69%）、0.19%（2.00%）、0.41 Gy（2.42%）；3.72%（6.56%）、0.32%（1.33%）、0.45 Gy（3.73%），差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。其中，心臟V30Gy、V40Gy、Dmean等參數(shù)的降幅進一步增大，降幅進一步降低的程度分別為7.01%、0.11%和0.65%。此外，Modified組因靶區(qū)外熱區(qū)部分被消除等原因，適形指數(shù)與Tracking組的差異進一步縮小。同樣因為熱點控制的原因，靶區(qū)的均勻性指數(shù)甚至好于Tracking組，且差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義。

圖3 Modified組患者在處理熱點的同時壓低了脊髓DmaxFig.3 Spinal cord Dmaxin a patient from Modified group was reduced when processing the hotspot.

由于歸一的原因，圖2所示3組計劃的平均CTV和PTV曲線均能夠滿足處方要求。其中，Modified組在靶區(qū)劑量跌落和脊髓劑量等方面優(yōu)勢明顯，而心臟和肺與Fixed組相當(dāng)，且均明顯好于Tracking組。上述觀察均與表2提示的數(shù)據(jù)相符。

表2和圖2均證明了鎢門鎖定技術(shù)在特殊情況下比鎢門跟隨技術(shù)更能夠有效保護心臟、肺等重要器官。其原因可能是，雖然鎢門跟隨技術(shù)可以降低閉合MLC的透漏線，但受到優(yōu)化算法的限制，MLC形成的射野形狀可能過大。利用鎢門鎖定技術(shù)適當(dāng)限制某些射野的大小，利用主準(zhǔn)直器遮擋重要危及器官能夠降低重要敏感器官的低劑量區(qū)，使其得到更好地保護。

4 結(jié)論

在設(shè)計食管癌固定野調(diào)強放療計劃時，合理使用鎢門鎖定技術(shù)遮擋重要危及器官，結(jié)合對熱點必要的人工后處理，可以取得比鎢門跟隨技術(shù)更好的劑量學(xué)效果，在保證靶區(qū)劑量覆蓋的情況下，可以顯著降低肺、脊髓和心臟等劑量，應(yīng)在臨床實踐中予以充分考慮。