螺旋斷層放療用于胸中下段食管癌的最優(yōu)計劃參數(shù)探討

程曉龍 劉吉平 陳祥 王彬冰 潘林飛 張莉

食管癌是我國高發(fā)惡性腫瘤之一，其發(fā)病率及死亡率分別位于惡性腫瘤第4位[1]。對于頸段和局部晚期食管癌患者，放療是唯一有效且可達根治效果的治療方法，其5年生存率為27%[2]。隨著食管癌患者生存時間增加，減少放射性損傷尤為重要。胸中下段食管癌的靶區(qū)位置距離心臟和肺更近，在患者接受放療時心臟和肺更易受到高劑量照射[3]。放射性心臟損傷（radiation-in原duced heart disease，RIHD） 和放射性肺炎（radiation pneumonitis，RP）是胸部惡性腫瘤患者嚴重的不良放療反應[4]。螺旋斷層放療（helical tomotherapy，HT）集調(diào)強放療（IMRT）、影像引導調(diào)強適形放療、劑量引導調(diào)強適形放療于一體，是目前最先進的腫瘤放射治療技術之一。本研究旨在討論HT用于胸中下段食管癌的最優(yōu)計劃參數(shù)，為臨床提有價值的循證依據(jù)。

1 對象和方法

1.1 對象 選取2016年1月至2018年8月在浙江省腫瘤醫(yī)院行HT的胸中下段食管癌患者。入組標準為：（1）經(jīng)影像及病理檢查確診的域～郁期中下段食管癌；（2）拒絕手術；（3）未接受過放化療；（4）經(jīng)心電圖及超聲心動圖檢查證實無心血管疾病。排除標準為：（1）食管完全梗阻不能進食流質(zhì)；（2）食管有明顯穿孔或嘔血；（3）既往有其他部位惡性腫瘤或已有遠處轉(zhuǎn)移。符合入組標準的胸中下段食管癌患者有18例，均為食管鱗狀細胞癌，其中男15例，女3例，年齡43～92歲，平均65.3歲。根據(jù)美國癌癥聯(lián)合會第6版分期標準，域期5例，芋期10例，郁期3例。

1.2 模擬定位和靶區(qū)危及器官勾畫 所有患者采取仰臥位，平靜呼吸，雙臂交叉抱肘置額前，用胸部熱塑體模或真空負壓墊進行體位固定。體表及網(wǎng)模的定位標志由鉛絲標記，掃描時中心默認為CT坐標原點。使用Philips BrillianceTM16排大孔徑CT模擬機進行模擬定位，行靜脈增強掃描，層厚5mm，一般掃描范圍上界至鎖骨下，下界至肋膈角下緣。完成后將CT圖像傳輸至三維治療計劃系統(tǒng)。依據(jù)國際輻射測量與單位委員會（ICRU）83號報告進行靶區(qū)和危及器官（OARs）勾畫。計劃靶區(qū)體積（PTV）由臨床靶區(qū)（CTV）外擴5mm形成。OARs包括雙側(cè)肺、心臟和脊髓。

1.3 治療計劃設計 全部患者均制定IMRT、容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強放療（VMAT）和HT 3種放療計劃。IMRT和VMAT計劃在RayStation 4.0v系統(tǒng)（美國RaySearch公司）設計，HT計劃在Tomo HelicalTMVersion 2.0.5系統(tǒng)（美國Accuray公司）設計。IMRT計劃采用6MV的X射線，等中心 7 野共面，機架角 210°、300°、320°、0°、40°、60°和150°，70個子野。VMAT計劃采用6MV 的 X 射線，178°～182°和 182°～178°的雙弧，角度間隔 2°。HT 計劃中射野寬度（FW）2.5cm，螺距（Pitch）為 0.287，調(diào)制因子（MF）初步設置為2，根據(jù)計劃在2～3內(nèi)調(diào)整。處方劑量均設定為60Gy，單次劑量2Gy，要求處方劑量至少覆蓋95%的靶區(qū)體積。OARs的劑量限值為：雙肺V5臆60豫、V10臆40豫、V20臆30豫、V30臆20豫、平均劑量（Dmean）＜15Gy，心臟Dmean＜20Gy，脊髓最大劑量（Dmax）＜45Gy。

1.4 計劃參數(shù) 記錄及分析PTV、雙肺、心臟的Dmax和Dmean，雙肺的 V5、V10、V15、V20、V30，心臟的 V5、V10、V15、V20、V30、V40，脊髓 Dmax，PTV 的適形指數(shù) 〔CI，悅隕越（Vt,ref）2/（Vt伊Vref），Vt,ref為處方劑量覆蓋的 PTV 體積，Vt為 PTV體積，Vref為處方劑量的全部體積〕和均勻性指數(shù)〔HI，HI=100伊（D2-D98）/Dp，D2和 D98為 2%和 98%的 PTV 接受的最低劑量，Dp為處方劑量〕。并統(tǒng)計計劃的機器跳數(shù)（MU）和治療時間（單次治療患者出束時間均值）。

1.5 計劃劑量驗證 分為點絕對劑量驗證和膠片相對劑量驗證。將膠片置于圓柱形模體兩半球中間，按照紅激光燈擺位模體，按照綠激光燈標記好四點位置以及膠片正方向位置，連接電離室，調(diào)用每例患者的質(zhì)量控制計劃（DQA）并出束照射（圖1）。要求點絕對劑量偏差臆依3%，3mm/3%條件下膠片酌通過率＞90%。

圖1 EBT3膠片劑量驗證擺位圖

1.6 擺位誤差獲取及處理 由2名放射治療師根據(jù)皮膚標記點和紅激光燈進行治療擺位，每次治療前均行兆伏級CT（MVCT）圖像掃描，選擇Normal掃描條件。掃描完后將MVCT圖像與患者的計劃圖像進行配準。配準范圍包括靶區(qū)、輪廓和附近組織的橫斷、冠狀、矢狀方向的圖像。自動配準完成后檢驗配準結(jié)果，由MVCT圖像與CT圖像中的外輪廓、靶區(qū)附近組織結(jié)構的重合程度等確定是否需要再進行手動配準。配準完成后得到患者左右（X）、頭腳（Y）、前后（Z）和橫斷面旋轉(zhuǎn)（Roll）方向擺位誤差的數(shù)據(jù)。記錄各例患者每次MVCT的X、Y、Z和Roll方向的擺位誤差值，根據(jù)公式醞越2.5移+0.7啄計算PTV外放范圍[5]。

1.7 統(tǒng)計學處理 采用SPSS22.0統(tǒng)計軟件，計量數(shù)據(jù)以表示。應用獨立樣本非參數(shù)檢驗的Kruskal-Wallis法分析PTV及OARs的劑量學參數(shù)，列出H值和P值，當P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義，對具有差異的組別再通過軟件自帶成對比較功能進行兩兩比較，若矯正后P＜0.05則表示差異具有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 治療參數(shù) 18例患者的PTV徑向長度均值為（13.03依1.21）cm，PTV、雙肺和心臟的體積均值分別為（387依332）、（681依279）和（3912依1688）cm3。

2.2 3種放療計劃劑量學參數(shù)比較 54組計劃均滿足劑量學要求，PTV劑量分布及計劃參數(shù)比較見表1。PTV的Dmax和計劃MU、治療時間的參數(shù)差異有統(tǒng)計學意義（H=10.786、32.665、30.443，P=0.006、0.000、0.000）。HT 計劃的 Dmax最低為（6341～6652）cGy，兩兩比較IMRT與HT的差異具有統(tǒng)計學意義；HT計劃的MU最高為3 959～10 712，兩兩比較IMRT、VMAT與HT的差異均有統(tǒng)計學意義。VMAT的治療時間最短（121～169）s，兩兩比較IMRT、HT與VMAT的差異均有統(tǒng)計學意義。3者在 Dmean、CI、HI方面差異均無統(tǒng)計學意義（均P＞0.05）。

3種放療計劃OARs的劑量學參數(shù)比較見表2。脊髓的 Dmax差異有統(tǒng)計學意義（H=14.028，P=0.001），HT的Dmax最低（3 027～4 115）cGy，兩兩比較IMRT與HT差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）；肺的 Dmax、V20和 V30差異有統(tǒng)計學意義（H=11.403、7.138、6.847，P=0.003、0.028、0.049），HT組最低分別為（6301～6498）cGy、（7.17～26.88）%和（2.97～15.23）%，兩兩比較 IMRT的 Dmax、V20和 V30與HT差異有統(tǒng)計學意義；心臟的Dmax差異有統(tǒng)計學意義（H=7.433，P=0.024），HT 計劃值最?。? 287～6 543）cGy，兩兩比較IMRT與HT差異有統(tǒng)計學意義。3組計劃均表現(xiàn)為隨受照劑量增加，受照劑量體積百分比下降的趨勢。

2.3 不同固定方式擺位誤差及CTV-PTV外擴邊界值比較 熱塑模組和真空負壓墊組的平均擺位誤差及CTV-PTV外擴邊界值見表3，兩組結(jié)果差異不明顯，熱塑模組稍優(yōu)于真空墊組，但差異不具有統(tǒng)計學意義。將3例患者的MVCT的擺位誤差進行在線修正，再重新掃描自動配準，獲取修正后的擺位誤差，共計140次修正前后擺位誤差數(shù)據(jù)見表4，修正后的擺位誤差明顯減小，CTV-PTV的外擴邊界值從5mm左右減小到2mm以內(nèi)。

2.4 計劃劑量驗證評價 計劃劑量驗證的絕對劑量偏差平均值為（0.14依1.54）%，其中有 12例的結(jié)果在依2%的范圍內(nèi)，全部結(jié)果在依3%的范圍內(nèi)，如圖2所示。計劃劑量驗證的酌通過率平均值為（95.47依2.35）%，其中11例＞95%，如圖3所示。

表1 3種放療計劃PTV劑量分布及計劃參數(shù)比較

表2 3種放療計劃OARs劑量學參數(shù)比較

表3 不同固定方式的擺位誤差及CTV-PTV外擴值

表4 修正前后擺位誤差及CTV-PTV外擴值

圖2 絕對劑量偏差散點圖

圖3 酌通過率散點圖

3 討論

3.1 最優(yōu)計劃參數(shù)設置 依據(jù)HT特性并結(jié)合本研究的胸段食管癌PTV的徑向長度、體積及處方劑量，設置計劃參數(shù)為[6-8]：FW 為 2.5cm；Pitch 為 0.43、0.287 和 0.215；MF為2.0、2.2、2.4和2.7。選取5例病例，按照3種Pitch進行15組計劃設計，調(diào)整MF使計劃獲得最佳機架旋轉(zhuǎn)周期及劑量分布，再進行劑量學和計劃參數(shù)比較。3組計劃的治療時間分別為（611依108）s、（467依126）s和（345依98）s；機器跳數(shù)分別為（8671依1354）MU、（6691依1765）MU和（4856依1078）MU。隨著Pitch的增加治療時間和機器跳數(shù)逐漸減小，縱向劑量分布逐漸變差。靶區(qū)適形性和均勻性方面沒有明顯差異，但是小螺距的計劃中肺和心臟的平均量較低，MF的增加可改善劑量分布并小幅度增加治療時間。因此中下段食管癌計劃參數(shù)建議設置為：FW=2.5cm，Pitch=0.287，MF 優(yōu)化過程中從2.0逐漸提升到2.7。

3.2 IMRT、VMAT和 HT技術比較 IMRT、VMAT和HT是目前臨床應用的主流放療技術，3者均可在保證腫瘤劑量分布的基礎上降低OARs的受照劑量，但技術特點有所不同。Yin等[9]研究表明，VMAT比IMRT心臟V30降低了 10%耀30%，V40下降了 15%耀35%。VMAT在治療時間上優(yōu)勢明顯，相比IMRT減少55豫～66豫，可在1～2min內(nèi)完成治療，減少分次內(nèi)各種不確定性因素對放療的影響，有望提升生物效應[10]。有回顧性分析表明，HT與IMRT在放療毒副反應的發(fā)生率和嚴重程度上都有明顯優(yōu)勢[11]。本研究中，比較了IMRT、VMAT和HT在靶區(qū)及OARs的劑量分布。結(jié)果表明，3種技術的PTV的HI、CI和OARs的Dmean差異不具有統(tǒng)計學意義，但是HT組的Dmax和肺的V20、V30具有優(yōu)勢且差異有統(tǒng)計學意義。HT另一優(yōu)勢在于其圖像引導，可在每次治療前行MVCT獲取圖像并進行配準，最大程度降低擺位誤差[12]。本研究顯示行MVCT擺位誤差修正后的CTV-PTV邊界外擴值可控制在2mm以內(nèi)，是否可根據(jù)該值對進行HT治療的中下段食管癌患者的靶區(qū)勾畫范圍進行修正，有待進一步研究。

3.3 固定技術個體化 數(shù)據(jù)表明行螺旋斷層放射治療的食管癌患者多數(shù)為老年患者，對于固定技術本研究結(jié)果與國內(nèi)報道類似，即體模固定優(yōu)于負壓真空墊[13-15]。體模固定可限制呼吸幅度，減少呼吸誤差，并降低患者不自主移動度[16]。老年患者皮膚松弛，真空墊分次間誤差較大，但是患者體感會相對舒適，因此對于身體狀況較差、體型偏瘦且具有輕微駝背的患者，可采用真空墊和體模組合固定的方式。對于有外周靜脈穿刺中心靜脈置管或鎖骨下中心靜脈置管的患者，不宜采取雙臂交叉抱肘上舉體位，可用雙臂平放置身體兩側(cè)體位保證更好的體位重復性。研究表明，雙臂交叉抱肘置額前和雙臂平放置身體兩側(cè)的兩種食管癌放療固定體位，均具有較好的重復性[14]。

3.4 基于HT技術的胸中下段食管癌治療規(guī)范 本研究初步得出基于HT技術的胸部中下段食管癌放射治療規(guī)范如下：（1）體位固定技術，一般患者采取仰臥、雙臂交叉抱肘置額前的熱塑體模體位固定方式，對于身體狀況較差、體型偏瘦且具有輕微駝背的患者，采用真空墊和體模組合固定的方式，對于有外周靜脈穿刺中心靜脈置管或鎖骨下中心靜脈置管的患者，用雙臂平放置身體兩側(cè)體位；（2）CT模擬定位，行靜脈增強掃描，層厚5mm，一般掃描范圍上界至鎖骨下，下界至肋膈角下緣；（3）靶區(qū)及OARs勾畫，依據(jù) ICRU83號報告，PTV為CTV四周均勻外擴5mm；（4）劑量限值：處方劑量至少覆蓋 95%的靶區(qū)體積，雙肺 V5臆60豫、V10臆40豫、V20臆30豫、V30臆20豫、Dmean＜15Gy，心臟 Dmean＜20Gy，脊髓Dmax＜45Gy；（5）計劃參數(shù)設置：Dose Grid 選擇 Fine，F(xiàn)W=2.5cm，Pitch=0.287，MF優(yōu)化過程中從2.0逐漸提升到2.7；（6）計劃劑量驗證：點絕對劑量偏差臆依3%，3mm/3%條件下膠片酌通過率＞90%。