質(zhì)子點(diǎn)掃描技術(shù)與光子Tomotherapy在前列腺癌應(yīng)用中的劑量學(xué)比較

徐偉，楊濤，解傳濱，曲寶林，曹林，王子申，宋圓圓，方春鋒，徐壽平

1.解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心放療科，北京100853；2.一洲腫瘤醫(yī)院放療科，河北涿州072550

前言

前列腺癌在全球癌癥發(fā)病率和死亡率排名第3，僅次于肺癌和乳腺癌，是老年男性生殖系統(tǒng)最常見的惡性腫瘤［1］。在歐美地區(qū)高發(fā)，但近年來我國男性前列腺癌發(fā)病率也在逐年上升［2］。前列腺癌的主要治療方法包括手術(shù)治療、內(nèi)分泌治療、化療和放射治療等。早期前列腺癌放療可達(dá)到根治目的，療效與前列腺癌根治術(shù)相近。局部晚期前列腺癌的治療則以放療為主，已遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的前列腺癌放療也可達(dá)到減輕癥狀、改善生存質(zhì)量的目的［3］。在提高前列腺腫瘤靶區(qū)照射劑量的同時(shí)如何選擇合適的技術(shù)來降低周圍危及器官的受量將是重點(diǎn)研究的方向。

螺旋斷層放射治療（Helical Tomotherapy,HT）是目前光子放射治療中較為先進(jìn)的放射治療技術(shù)［4-5］，在臨床上應(yīng)用廣泛。HT 采用二元?dú)鈩佣嗳~光柵系統(tǒng)，是傳統(tǒng)多葉光柵速度的100倍，在360°內(nèi)有51個投射角（Projection）能在保護(hù)危及器官的同時(shí)實(shí)現(xiàn)靶區(qū)劑量的均勻分布和高度適形［6-9］。

質(zhì)子束相比于光子，其最大特征就是它進(jìn)入人體后形成尖銳的Bragg峰，質(zhì)子束流在到達(dá)特定深度前釋放很少的能量，到達(dá)特定深度后釋放全部能量，利用這一特性可以讓其靶區(qū)內(nèi)釋放全部能量，更好地保護(hù)正常組織。此前有大量關(guān)于質(zhì)子治療前列腺癌的劑量學(xué)研究，研究顯示質(zhì)子與光子相比，具有一定的優(yōu)勢［10-12］。而關(guān)于質(zhì)子治療的臨床結(jié)果顯示，質(zhì)子的劑量學(xué)優(yōu)勢并沒有轉(zhuǎn)化成臨床優(yōu)勢。此前大量劑量學(xué)研究及臨床結(jié)果研究束流投照技術(shù)皆為質(zhì)子散射治療技術(shù)［10-12］，其在正常組織低劑量區(qū)方面相比于光子具有較大的優(yōu)勢，但在正常組織高劑量區(qū)方面，由于其較差的適形度，質(zhì)子散射技術(shù)差于光子調(diào)強(qiáng)。

21世紀(jì)以來，隨著質(zhì)子點(diǎn)掃描技術(shù)（SSS-PT）逐漸成熟，質(zhì)子治療真正進(jìn)入調(diào)強(qiáng)時(shí)代。比較SSS-PT與光子HT 的劑量學(xué)差異，為臨床提供一定的參考，具有較好的臨床應(yīng)用意義。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

從2017年8月～2018年1月在解放軍總醫(yī)院放療科接受HT 治療的前列腺癌患者中選取12 例患者的定位CT 圖像，患者年齡31～79 歲，中位年齡63 歲。根據(jù)美國抗癌協(xié)會（AJCC）分期法，其中Ⅰ期（T1N0和M0期）5例，Ⅱ期（T2N0和MO期）7例。

1.2 體位固定及CT模擬定位

患者均采用仰臥位，雙手交叉上舉于額頭抱肘，采用熱塑體膜與體部定位板固定，頭先進(jìn)，在平靜呼吸狀態(tài)下使用德國SIEMENS 公司大孔徑定位CT 行放療前定位，掃描范圍從腰1椎體上緣至恥骨聯(lián)合下8 cm，層厚3 mm。患者在定位前均充盈膀胱到最大限度。

1.3 靶區(qū)定義及危及器官勾畫

患者CT 定位圖像以DICOM 格式傳輸至Raystation7.0計(jì)劃系統(tǒng)工作站（Raysearch公司，瑞典）進(jìn)行勾畫。由同一位專業(yè)放療醫(yī)師參照ICRU 50 和62 號報(bào)告勾畫所有患者靶區(qū)及危及器官，盡可能降低人為誤差。臨床靶區(qū)（CTV）包括前列腺及其包膜，計(jì)劃靶區(qū)（PTV）為CTV在頭腳、左右及身體前方外放0.5 cm，后方外放0.3 cm形成。危及器官包括膀胱、直腸、兩側(cè)股骨頭。處方劑量為69 Gy/25 F。

1.4 計(jì)劃設(shè)計(jì)及限量標(biāo)準(zhǔn)

使用Raystation計(jì)劃系統(tǒng)（Raysearch公司，瑞典）進(jìn)行SSS-PT治療計(jì)劃設(shè)計(jì)及優(yōu)化，射野角度為90°和270°；使用TomoHDTMSysterm Ver 5.1.3.9 計(jì)劃系統(tǒng)（Accuray公司，美國）進(jìn)行HT計(jì)劃設(shè)計(jì)及優(yōu)化，鉛門2.5 cm，調(diào)制因子2.4，螺距0.287。所有計(jì)劃均采用6 MV光子線進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)。要求處方劑量至少覆蓋95%的靶區(qū)體積，患者接受最高劑量≤處方劑量的110%，危及器官限量要求：直腸：V40＜40%，V50＜20%；膀胱：V40＜40%，V50＜20%；股骨頭V50＜5%。

1.5 放療計(jì)劃的評估

通過劑量-體積直方圖（DVH）對兩種治療計(jì)劃的靶區(qū)和危及器官受量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

靶區(qū)評價(jià)指標(biāo)：（1）靶區(qū)適形度指數(shù)（CI）：CI=V2PTVt/（VPTV×Vt），式中VPTVt為處方劑量所覆蓋的靶區(qū)體積，VPTV為靶區(qū)體積，Vt為處方劑量所覆蓋的總體積，CI值越接近1表示適形度越好；（2）劑量均勻性指數(shù)（HI）：HI=（D2%-D98%）/Dt，式中D2%和D98%分別為2%和98%的靶區(qū)體積受照劑量，Dt為處方劑量，HI值越小說明靶區(qū)均勻性越好［8］；（3）最大劑量（Dmax）、平均劑量（Dmean）。

危及器官評價(jià)指標(biāo)：（1）直腸、膀胱Dmean，以及接受70、50、30、10 Gy照射體積占總體積的百分比（V70、V50、V30、V10）；（2）股骨頭Dmean。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

選擇SPSS 22 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，結(jié)果用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，進(jìn)行配對t檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)的劑量參數(shù)比較

SSS-PT、HT兩種計(jì)劃的劑量分布均能滿足靶區(qū)處方劑量的要求，PTV的CI和D99%，兩種技術(shù)間無明顯差異；PTV 的HI、Dmean及D1%，SSS-PT 計(jì)劃優(yōu)于HT計(jì)劃，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。詳見表1。

2.2 危及器官的劑量參數(shù)比較

兩種計(jì)劃均能滿足所有危及器官的劑量限制要求，SSS-PT 計(jì)劃中的直腸Dmean、V30、V10，膀胱Dmean、V50、V30、V10，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表1 兩種放療計(jì)劃PTV劑量參數(shù)比較（±s）Tab.1 Comparison of the dosimetric parameters of PTV between two plans(Mean±SD)

表1 兩種放療計(jì)劃PTV劑量參數(shù)比較（±s）Tab.1 Comparison of the dosimetric parameters of PTV between two plans(Mean±SD)

PTV：計(jì)劃靶區(qū)；D1%：1%PTV受照劑量；Dmean：平均受照劑量；CI：適形度指數(shù)；HI：均勻性指數(shù)；SSS-PT：質(zhì)子點(diǎn)掃描技術(shù)；HT：螺旋斷層放射治療；P值為SSS-PT與HT配對t檢驗(yàn)結(jié)果，P＜0.05差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義

PTV D1%/Gy D99%/Gy Dmean/Gy CI HI SSS-PT 72.34±0.21 67.70±0.49 70.47±0.18 0.840±0.032 0.054±0.005 HT 73.47±0.37 66.98±1.45 71.37±0.38 0.830±0.065 0.077±0.015 F值3.95 3.11 5.31 5.55 5.24 P值0.000 0.160 0.000 0.670 0.001

表2 兩種放療計(jì)劃直腸、膀胱以及股骨頭的劑量參數(shù)比較（±s）Tab.2 Comparison of the dosimetric parameters of rectum,bladder and femoral heads between two plans(Mean±SD)

表2 兩種放療計(jì)劃直腸、膀胱以及股骨頭的劑量參數(shù)比較（±s）Tab.2 Comparison of the dosimetric parameters of rectum,bladder and femoral heads between two plans(Mean±SD)

Dmean：危及器官平均受照劑量；V70、V50、V30、V10：危及器官分別接受70、50、30、10 Gy照射劑量體積的百分比；P值為SSS-PT與HT配對t檢驗(yàn)結(jié)果，P＜0.05差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義

危及器官直腸SSS-PT HT F值P值Dmean/Gy V70/%V50/%V30/%V10/%膀胱21.92±4.00 2.23±1.66 18.68±4.75 31.70±6.43 51.41±9.12 31.97±2.60 2.13±1.73 20.28±5.04 42.81±5.57 95.19±8.00 2.940 0.013 0.270 0.255 2.620 0.000 0.890 0.480 0.001 0.000 Dmean/Gy V70/%V50/%V30/%V10/%股骨頭-左Dmean/Gy股骨頭-右17.62±3.15 4.43±1.84 16.37±3.41 24.18±4.76 35.54±6.77 30.52±3.94 4.15±2.28 20.33±3.43 41.85±6.54 86.15±12.07 0.068 0.315 0.102 1.021 1.270 0.000 0.768 0.019 0.000 0.000 19.50±8.49 20.28±4.15 3.270 0.800 Dmean/Gy 19.71±8.50 20.10±4.33 2.420 0.900

3 討論

計(jì)劃的歸一會影響治療計(jì)劃的劑量學(xué)結(jié)果，將兩組治療計(jì)劃保持相同的歸一至關(guān)重要［13］。本研究中HT 與SSS-PT 歸一至相同的PTV 覆蓋，使95%的PTV接受到處方劑量。

光子的螺旋斷層掃描技術(shù)，除了優(yōu)化各個角度MLC形狀以外，其獨(dú)有的切片式投照，提高了其調(diào)制能力，在既往的劑量學(xué)比較中［6-9］，HT 治療計(jì)劃的HI優(yōu)于其他光子治療技術(shù)。本研究中SSS-PT計(jì)劃的靶區(qū)均勻性優(yōu)于HT計(jì)劃，其在Z方向（射束方向）切片式投照，又增加了同一平面的點(diǎn)掃描調(diào)強(qiáng)技術(shù)，其調(diào)制能力強(qiáng)于HT計(jì)劃。

對于靶區(qū)CI，兩種治療技術(shù)沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。SSS-PT計(jì)劃雖然調(diào)制能力優(yōu)于HT計(jì)劃，但其點(diǎn)掃描中SPOT 半影過大。為了保障靶區(qū)劑量以及控制靶區(qū)的HI，需在靶區(qū)外緣增加一排SPOT以提升靶區(qū)邊緣劑量。

對于Dmean，SSS-PT計(jì)劃相對于HT計(jì)劃對于靶區(qū)劑量控制以及膀胱直腸的保護(hù)更優(yōu)。但是對于股骨頭，兩者無差異。在此研究中，直腸和膀胱的受量在高劑量區(qū)兩種治療技術(shù)沒有差異，但在低劑量區(qū)SSS-PT 計(jì)劃優(yōu)于HT 計(jì)劃。關(guān)于質(zhì)子治療與光子治療技術(shù)在前列腺癌治療方面的差異，此前有一些類似研究［10-12］。Trofimov 等［10］選擇10 例前列腺癌患者作為研究對象，比較靜態(tài)調(diào)強(qiáng)與質(zhì)子治療之間的劑量學(xué)差異，結(jié)果在膀胱以及直腸保護(hù)方面高劑量區(qū)靜態(tài)調(diào)強(qiáng)優(yōu)于質(zhì)子治療，但在低劑量區(qū)方面質(zhì)子展現(xiàn)出更強(qiáng)的優(yōu)勢。Chera等［11］選擇5例高危前列腺癌病例進(jìn)行劑量學(xué)研究，結(jié)果顯示，與靜態(tài)調(diào)強(qiáng)相比，質(zhì)子治療能夠在不影響靶區(qū)覆蓋的前提下降低膀胱和直腸的受量。Rana等［12］選擇12例高危前列腺癌病例進(jìn)行劑量學(xué)研究，比較光子容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)技術(shù)（VMAT）與質(zhì)子均勻掃描照射技術(shù)（USPT）在前列腺癌治療上的差異，結(jié)果顯示USPT在直腸保護(hù)方面均優(yōu)于VMAT；而VMAT 對于膀胱保護(hù)方面高劑量區(qū)優(yōu)于USPT，低劑量區(qū)USPT 更佳；對于股骨頭的受量，VMAT 也明顯低于USPT。本研究結(jié)果與之前研究結(jié)果相似，質(zhì)子治療能夠顯著降低正常組織低劑量區(qū)。隨著質(zhì)子治療技術(shù)的發(fā)展，SSS-PT 技術(shù)的產(chǎn)生，質(zhì)子治療對于距離靶區(qū)較近或重疊正常組織高劑量區(qū)的控制能力得到了提升，本研究結(jié)果顯示，質(zhì)子治療在正常組織高劑量區(qū)的表現(xiàn)不弱于HT 技術(shù)。對于股骨頭受量，SSS-PT 也克服了傳統(tǒng)質(zhì)子照射技術(shù)所帶來的股骨頭劑量增加問題。

本研究中，質(zhì)子治療采用左右對穿射野進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)，這是高危前列腺癌病例的標(biāo)準(zhǔn)治療技術(shù)，前提是在射野路徑上沒有金屬假體，比如人工股骨頭。Tang等［14］做了關(guān)于前列腺癌質(zhì)子治療射野路徑方面的研究，采用前斜野進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)，結(jié)果顯示在高劑量區(qū)前斜野與左右對穿相比，能夠顯著降低直腸前壁的劑量。如果采用前斜野質(zhì)子治療技術(shù)與VMAT技術(shù)進(jìn)行比較，可能會有不同的結(jié)果。

對于光子HT 計(jì)劃，鉛門寬度、螺距和調(diào)制因子均會影響其劑量分布，當(dāng)參數(shù)不同時(shí)得到的劑量分布野也會不同［15-19］。解傳濱等［18］針對鉛門寬度、螺距、調(diào)制因子對鼻咽癌治療計(jì)劃劑量分布的影響選取5 例鼻咽癌患者進(jìn)行治療計(jì)劃設(shè)計(jì)，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鉛門寬度和螺距越小，靶區(qū)的處方劑量適形度越好，正常組織劑量越低，調(diào)制因子也在一定程度上影響著治療計(jì)劃的質(zhì)量。本研究所選取的鉛門寬度為2.5 cm，螺距為0.287，MF為2.4，這是前列腺癌HT計(jì)劃臨床常規(guī)參數(shù)的選擇。當(dāng)選用不同的參數(shù)完成HT計(jì)劃與SSS-PT 計(jì)劃進(jìn)行比較，得到的結(jié)果也可能會有一定的區(qū)別。同時(shí)，治療計(jì)劃方法與計(jì)算網(wǎng)格的大小也在一定程度上影響著劑量分布。

關(guān)于直腸的放療毒性反應(yīng)，Michalski 等［20］在放射治療學(xué)組（RTOG）0126 號報(bào)告上刊登了一個相關(guān)研究，結(jié)果顯示直腸的高劑量體積（如V70）是晚期毒副反應(yīng)的最關(guān)鍵預(yù)測指標(biāo)。Cozzarini 等［21］發(fā)現(xiàn)對于直腸二級反應(yīng)或更高反應(yīng)（如出血），V50比V60和V65具有更強(qiáng)的相關(guān)性。Fiorino 等［22］也得到類似的結(jié)果，研究顯示V50是RTOG 直腸二級反應(yīng)及更高直腸出血的關(guān)鍵劑量學(xué)指標(biāo)。Tucker等［23］報(bào)道，當(dāng)直腸壁的Dmean超過53.2 Gy，則直腸出血的發(fā)生率超過50%。Storey等［24］發(fā)現(xiàn)當(dāng)直腸V70超過25%時(shí)，晚期直腸并發(fā)癥會顯著增加。本研究中兩種治療技術(shù)直腸的V70和V50無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但SSS-PT 能有效降低直腸的Dmean和減少低劑量區(qū)。患者接受SSS-PT治療計(jì)劃相較于HT計(jì)劃，可能會減少放療并發(fā)癥的發(fā)生概率。另外，SSS-PT 治療中直腸反應(yīng)與劑量體積的相關(guān)性有待進(jìn)一步的臨床隨訪研究。

現(xiàn)有文獻(xiàn)表明膀胱受量體積與毒副反應(yīng)之間相關(guān)性并不明確。Jain 等［25］研究表明急性膀胱毒副反應(yīng)高度依賴于膀胱的充盈程度，患者在治療過程中膀胱充盈狀態(tài)很難與定位時(shí)保持一致。Lebesque等［26］研究發(fā)現(xiàn)，膀胱毒副反應(yīng)與劑量學(xué)參數(shù)的相關(guān)性難以確定，結(jié)果可能會隨著病人的改變而改變。盡管膀胱毒副反應(yīng)與劑量的相關(guān)性很難確定，Viswanathan 等［27］還是建議膀胱的V70不超過35%，這是根據(jù)接受3DCRT 治療的患者隨訪結(jié)果得到的結(jié)論。本研究中，兩種治療技術(shù)膀胱V70無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，且都滿足Viswanathan的要求。

本研究中，兩種治療技術(shù)對于股骨頭受量均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，且均能滿足股骨頭的劑量約束條件（V50＜5%）［28］?；诒狙芯恐泄晒穷^的劑量學(xué)結(jié)果，選擇研究中任何一種治療方式都不會增加股骨頭壞死的幾率。

4 總結(jié)

SSS-PT 和HT 兩種治療方式在靶區(qū)劑量分布方面均可滿足臨床需求，從劑量學(xué)角度來看，SSS-PT計(jì)劃在靶區(qū)均勻性及正常組織保護(hù)方面更優(yōu)，但其臨床上的差異，有待進(jìn)一步研究。隨著國內(nèi)質(zhì)子治療臨床的相繼開展，期待更多的臨床數(shù)據(jù)支持。