早期周圍型肺腺癌不同弧度容積旋轉調強與動態(tài)調強的劑量學比較

陳吉輝，林偉，荊航，宋海平，馬學真

0 引言

肺癌為當今世界范圍內常見的惡性腫瘤之一，其發(fā)病率在我國及全球占惡性腫瘤的首位[1-2]。固定野調強放療（intensity-modulated radiotherapy,IMRT）及弧型容積旋轉調強放射治療（volumetric modulated arc therapy,VMAT）是目前常用的兩種肺癌放射治療技術[3]。VMAT計劃受多種因素影響[4]，如弧度范圍和個數(shù)、優(yōu)化參數(shù)以及物理師主觀及技術水平等。同時，靶區(qū)的大小、位置、復雜程度，對治療計劃的結果都可能產生顯著影響[5]。雖然大部分研究顯示[6-9]VMAT較IMRT技術具有顯著的劑量學優(yōu)勢，然而部分腫瘤的相關研究并未顯示有明顯的劑量學優(yōu)勢，甚至在部分腫瘤中無劑量學優(yōu)勢[10-12]。

目前在不同腫瘤中是選擇IMRT還是VMAT技術，以及合適的VMAT參數(shù)設置如單弧或雙弧計劃選擇、弧度范圍等問題上，仍然沒有定論。因此，臨床醫(yī)生根據惡性腫瘤的部位、形狀以及周圍正常組織，選擇合適的治療技術、計劃系統(tǒng)參數(shù)均需要進一步研究。

肺癌中IMRT與VMAT各研究之間病灶大小、形狀及復雜程度并不完全一致。為更精準治療，本研究擬比較在具有球形或類球形病灶的早期周圍型肺腺癌患者中單弧VMAT和5野dIMRT技術的劑量學差異，為臨床選擇合適的治療技術提供理論依據，并同時嘗試探索單弧VMAT技術在此類患者適宜的弧度范圍。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

收集2016年8月—2018年3月青島市中心醫(yī)院收治的具有球形或類球形腫瘤病灶的早期周圍型肺腺癌患者32例，其中男12例，女20例，年齡63～84歲，中位年齡為75歲。腫瘤病灶均經病理學證實為肺腺癌。按照2017年第8版國際抗癌聯(lián)盟（UICC）肺癌臨床分期標準，32例均為Tl/T2N0M0早期周圍型肺腺癌患者，腫瘤大小為1.2～5.0 cm，PTV靶區(qū)體積為56.4～198.3 cm3。

1.2 儀器設備

德國西門子公司大孔徑定位CT，瑞典醫(yī)科達公司Axesse直線加速器，Monaco 5.1治療計劃系統(tǒng)（TPS）。

1.3 體位固定及CT模擬機定位

所有患者取仰臥位，雙手臂交叉置于額前，行熱塑模固定。掃描范圍：上至環(huán)狀軟骨水平，下至肝臟下緣，層厚3 mm。將患者的CT圖像傳至放射治療計劃系統(tǒng)（TPS）。

1.4 靶區(qū)和OAR勾畫

由放療醫(yī)師進行靶區(qū)和危及器官（OAR）的勾畫。大體腫瘤靶區(qū)（GTV）：以CT模擬定位片（肺窗）顯示的原發(fā)腫瘤大小為GTV，病變的短毛刺邊緣包括在肺癌的GTV范圍中；臨床腫瘤靶區(qū)（CTV）：除非明確有腫瘤外侵的情況，常規(guī)是在GTV的基礎上各方向均外擴8 mm，不超出解剖學邊界，不預防照射淋巴引流區(qū)；計劃腫瘤靶區(qū)（PTV）：在CTV基礎上，按上、下、前、后、左、右方向各5 mm的擺位誤差外放；PTV處方劑量：95%PTV 60 Gy/30 f，5次/周。危及器官：包括雙肺（勾畫時未減去靶區(qū)）、脊髓、心臟和食管。

1.5 治療計劃設計

采用MONACO 5.1TPS，對所選病例進行單弧180°及單弧360°VMAT與5野dIMRT治療三種計劃設計。三種計劃處方劑量和OAR劑量限值保持一致。處方劑量：60 Gy/30 f（2 Gy/f）。OAR劑量限值：脊髓Dmax＜40 Gy，食管Dmax＜30 Gy，腫瘤患側肺V20＜22%～30%（根據腫瘤大小適度調整），雙肺V20＜15%，心臟Dmax＜45 Gy、V30＜30%。

1.6 計劃評估

比較：（1）PTV靶區(qū)：三種計劃的劑量分布（DVH圖），PTV的最大劑量（Dmax），最小劑量（Dmin），平均劑量（Dmean）以及靶區(qū)劑量均勻性指數(shù)（HI）、靶區(qū)適形度指數(shù)（CI）。參考國際放射單位和測量委員會（International Commission on Radiation Units and Measurements,ICRU）調強放射治療的處方，記錄和報告（2010年），定義為：HI=（D2%-D98%）/D50%。D2%為2%靶區(qū)體積所受的照射劑量，D98%為98%靶區(qū)體積所受的照射劑量。D2%約等于PTV的最大照射劑量，D98%約等于PTV的最小照射劑量。D50%表示50%的PTV體積所接受的照射劑量，約等于靶區(qū)的平均照射劑量。HI的值越大，計劃的靶區(qū)劑量均勻性越差。靶區(qū)適形度指數(shù)：CI=VT.ref/VT×VT.ref/Vref（VT.ref為參考等劑量線所包繞的靶區(qū)體積，VT為PTV體積，Vref為參考等劑量線所包繞的所有體積）。CI值在0～1之間，越接近1，該計劃的劑量適形度越高。（2）危及器官：雙肺及患側肺接受30 Gy、20 Gy、10 Gy和5 Gy的體積百分比（V30、V20、V10和V5）和肺平均劑量（MLD），以及患側肺接受50 Gy的體積百分比（V50）；脊髓的Dmin、Dmax、Dmean；心臟接受30 Gy的體積百分比V30、心臟1/3體積的照射劑量（D1/3）；食管的Dmean。（3）機器跳數(shù)（monitor unit,MU）：為某一計劃所有照射野MU的總和。

1.7 統(tǒng)計學方法

用SPSS19.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據處理，對三種計劃各劑量學指標進行單因素方差分析，然后再進行配對t檢驗的兩兩比較，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 靶區(qū)劑量分布比較結果

從DVH圖等劑量線曲線分布顯示，三組計劃腫瘤靶區(qū)PTV的覆蓋及適形度等均很好地滿足臨床劑量學要求，所有計劃均達到處方劑量覆蓋95%的靶體積，見圖1。

行單因素分析顯示，雖然單弧360°VMAT計劃中PTV的Dmax、Dmin、Dmean略有升高，但三組計劃差異均無統(tǒng)計學意義（均P＞0.05），三組計劃的HI、CI差異均無統(tǒng)計學意義（均P＞0.05），見表1。

表1 VMAT單弧180°、360°和5野dIMRT三種放療計劃PTV劑量學參數(shù)比較Table 1 Comparison of PTV dosimetric parameters among three groups

2.2 危及器官劑量學比較結果

（1）雙肺及患側肺：雙肺MLD、V5、V10、V20及患側肺MLD、V5、V10、V20在5野dIMRT組均低于其他兩組單弧VMAT計劃，差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.05）。單弧360°VMAT組患側肺MLD、V5、V10、V20稍高于單弧180°VMAT組，兩組比較差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.05），見表2～3。

（2）脊髓：三組計劃的脊髓受照劑量均能滿足臨床劑量學要求，均未超過45 Gy。行單因素分析顯示三組計劃之間Dmax差異均無統(tǒng)計學意義（均P＞0.05），但5野dIMRT組脊髓Dmean最小，單弧360°VMAT組最大，三組之間比較差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.05），見表2～3。

（3）心臟：三組計劃的心臟V30、D1/3間差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），見表2～3。

圖1 VMAT單弧180°、360°和5野dIMRT三種放療計劃DVH圖Figure 1 DVHs of single-arc 180° VMAT,single-arc 360°VMAT and 5-field dIMRT

表2 三組計劃危及器官劑量學參數(shù)Table 2 Comparison of dosimetry parameters of organs risk(OARS) among three groups

表3 三組計劃危及器官劑量學參數(shù)組間兩兩比較Table 3 Comparison of dosimetry parameters of OARs among three groups

（4）食管：5野dIMRT組食管Dmean最小，單弧360°VMAT組最大（均P＜0.05），單弧180°VMAT組與單弧360°VMAT組之間比較差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），見表2～3。

2.3 機器跳數(shù)（MU）比較結果

單弧180°VMAT（618.75±107.21）和單弧360°VMAT計劃組（643.52±110.43）均較5野dIMRT組MU（730.76±100.54）明顯減少，單弧180°VMAT較單弧360°VMAT計劃組MU稍有減低。單因素分析顯示三種計劃的MU間差異有統(tǒng)計學意義（P=0.009），進一步進行兩兩比較顯示：三組計劃之間比較差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.05），見表4。

3 討論

放射治療是肺癌的標準治療手段之一[13]，隨著放療技術的不斷發(fā)展，其地位越來越重要。IMRT技術是在3DCRT放療的基礎上發(fā)展的較為先進的精確放療技術，VMAT本質上也是IMRT的一種[14]，二者均可形成較好的腫瘤物理放射劑量分布，在顯著提高腫瘤病灶照射劑量的同時，能夠更好地保護周圍正常器官[3]。

國內外大部分研究[9,15-17]顯示，VMAT在肺癌中靶區(qū)適形度及劑量均勻性均優(yōu)于IMRT。然而，二項對周圍型肺癌的研究[18-19]顯示，靜態(tài)IMRT與VMAT計劃的靶區(qū)適形度及劑量均勻性相似。本研究結果與該兩項研究結果類似。本研究中的所有計劃均達到處方劑量要求，三組計劃腫瘤靶區(qū)PTV的靶區(qū)適形度及劑量均勻性等很好地滿足臨床劑量學要求。但三組之間HI、CI差異無統(tǒng)計學意義（均P＞0.05），說明對于周圍型肺癌患者，規(guī)則的小病灶在靶區(qū)適形度及劑量均勻性上，單弧VMAT與IMRT相比并無優(yōu)勢；弧度的增加并未顯示出靶區(qū)適形度及劑量均勻性的優(yōu)勢。其原因可能是：球形病灶形狀規(guī)則，非常容易實現(xiàn)靶區(qū)劑量適形及分布均勻，所以，VMAT技術在靶區(qū)適形度及劑量均勻性上的優(yōu)勢無法顯現(xiàn)。Guckenberger等[20]在模型上的劑量學研究也顯示，對于簡單靶區(qū)，IMRT與單弧VMAT技術大致相當。

表4 三組計劃機器跳數(shù)(MU)組間兩兩比較Table 4 Pairwise comparison of monitor unit(MU) among three groups

肺癌的放射治療過程中會危及多種器官，如：肺、脊髓、食管、心臟等，其中放射性肺損傷是肺癌放射治療中最關注的問題[21]。國內外研究顯示[22]，VMAT在肺癌中對危及器官保護優(yōu)于IMRT，但雙肺低劑量區(qū)（V5、V10）受照劑量增加。但本研究顯示出不同的結果，5野dIMRT組的雙肺Dmean、V5、V10、V20及患側肺Dmean、V5、V10、V20均低于其他兩組單弧VMAT（均P＜0.05），單弧360°VMAT組在患側肺Dmean、V5、V10、V20稍高于單弧180°VMAT組。本研究提示，5野dIMRT在規(guī)則的小病灶上對雙肺及患側肺組織的保護優(yōu)于單弧VMAT。單弧VMAT技術，隨著弧度的增加，靶區(qū)的適形度及劑量均勻性并未顯著改善，反而增加了正常肺組織的損傷?？赡苡梢韵略驅е拢簩τ谝?guī)則的小病灶，靶區(qū)劑量分布非常容易實現(xiàn)，5野dIMRT技術有限的幾個射野即可滿足需求，從而正常肺組織受照少。而VMAT技術本身射野廣泛，所以正常肺組織受照較多。在脊髓、心臟及食管的保護上，三組計劃均能達到臨床需求。在脊髓保護上，單弧180°VMAT相對優(yōu)于單弧360°VMAT。與既往研究不同，在脊髓及食管的平均受照量上，三組間5野dIMRT顯示出較好的優(yōu)勢。但是，脊髓及食管的容積效應并不明確，故平均劑量的減少是否能轉化為臨床獲益還需進一步研究。

既往研究均證明VMAT能夠明顯減少MU[4-19]。MU減少，意味著減少了散射線和漏射線，可能減少輻射誘導的第二腫瘤的發(fā)生[23]。本研究也顯示單弧VMAT組均較5野調強dIMRT組MU明顯減少，其中單弧180°VMAT較單弧360°VMAT計劃組MU稍有減少。

腫瘤靶區(qū)的大小、位置及復雜程度，對治療計劃的結果都可能產生顯著影響；VMAT計劃的優(yōu)化參數(shù)多變，且極易受到物理師主觀因素以及放療實施設備的影響[9,24]。所以，相對于IMRT，VMAT的設計還需要進一步研究以提供更客觀的證據，同時也要求物理師總結和積累經驗，制定最佳的VMAT計劃。

綜上，對于具有球形或類球形腫瘤病灶的早期周圍型肺腺癌患者，首選5野dIMRT；就單弧VMAT計劃而言，首先考慮弧度為180°。但是，目前臨床對于dIMRT與VMAT治療早期肺癌臨床療效對比的相關報道不多，對于相關治療計劃的劑量學上的優(yōu)勢能否最終轉化為臨床獲益，仍需進一步臨床研究證實。