胸中段食管癌VMAT與IMRT的放療計(jì)劃分析

甘廣輝，吳 瓊

（1.蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與公共衛(wèi)生學(xué)院，江蘇 蘇州 215123；2.蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院放療科，江蘇 蘇州 215006）

食管癌是臨床上常見的消化道腫瘤，根據(jù)世界衛(wèi)生組織2014年發(fā)布的《世界癌癥報(bào)告》，食管癌發(fā)病率居世界第六位。目前，食管癌的治療手段主要包括手術(shù)、化療、放療。放射治療作為食管癌重要治療手段之一，食管癌的放化療5 年生存率可以達(dá)到34%[1-2]。隨著放射技術(shù)的提升發(fā)展，目前食管癌放療技術(shù)主要有三維適形放療（3DCRT）、固定野調(diào)強(qiáng)放療（IMRT）、旋轉(zhuǎn)容積調(diào)強(qiáng)放療（VMAT）等。相對(duì)于3DCRT，IMRT技術(shù)使用多角度布野，逆向優(yōu)化的方式，能夠提供更好的靶區(qū)適形性（conformity index, CI）、均勻性（homogeneity index, HI）[3]。VMAT采用機(jī)架多角度旋轉(zhuǎn)，動(dòng)態(tài)多頁(yè)光柵，可變的劑量率技術(shù)。相對(duì)于IMRT，VMAT具有更高的劑量調(diào)制能力，計(jì)劃的執(zhí)行效率更快，跳數(shù)（MU）更少，適用于復(fù)雜的靶區(qū)[4-5]。本文分析了IMRT和VMAT技術(shù)在食管癌放療中計(jì)劃的復(fù)雜度和計(jì)劃質(zhì)量，并對(duì)靶區(qū)和危及器官進(jìn)行劑量學(xué)分析，為臨床上食管癌患者放療選擇最好的放療計(jì)劃方案。

1 資料和方法

1.1 資料 選取2017年—2018年在我院放療的胸中上段食管癌患者20 例，男性16 例，女性4 例，中位年齡58 歲。病理診斷均為鱗狀細(xì)胞癌，完善相關(guān)檢查，無放療禁忌證。

1.2 模擬定位CT掃描 所有患者采用仰臥位，采用熱塑模進(jìn)行體位固定。行大孔徑CT進(jìn)行增強(qiáng)定位掃描，掃描層厚為0.3 cm。CT圖像重建后，上傳至放療計(jì)劃系統(tǒng)中進(jìn)行靶區(qū)勾畫和計(jì)劃設(shè)計(jì)。

1.3 靶區(qū)和危及器官勾畫 食管癌靶區(qū)的勾畫沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)癌癥聯(lián)合會(huì)（AJCC）將食管癌分為四段。放療醫(yī)生參考第四版《腫瘤放射治療學(xué)》，并結(jié)合患者的食管鏡、食管鋇劑、胸部CT等檢查資料對(duì)靶區(qū)GTV進(jìn)行確定，GTV主要包括映像上可見的原發(fā)灶和淋巴結(jié)。在GTV的基礎(chǔ)上頭腳外放3 cm作為CTV的邊界[6]?；贗GRT技術(shù)，參考本科室Axesse加速器治療胸部患者的擺位誤差，在GTV、CTV的基礎(chǔ)上外放5 mm作為PGTV和PTV。參照RTOG（Radiation Therapy Oncology Group）、ICRU 62號(hào)和83號(hào)報(bào)告對(duì)患者的左右肺、脊髓等危及器官進(jìn)行勾畫。如圖1所示。

1.4 放療計(jì)劃設(shè)計(jì) 采用放療同步推量方案進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)，靶區(qū)處方采用根治劑量PGTV：60 Gy/30 F；PTV：54 Gy/30 F。使用醫(yī)科達(dá)Axesse加速器實(shí)施治療。該加速器配備Agility多頁(yè)準(zhǔn)直器，最大射野可達(dá)到40 cm×40 cm，60對(duì)多頁(yè)光柵（MLC）。分別設(shè)計(jì)VMAT計(jì)劃和IMRT計(jì)劃。采用醫(yī)科達(dá)Monaco 5.1版的計(jì)劃系統(tǒng)（TPS）進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)，VMAT計(jì)劃采用6M-X線雙弧技術(shù)，最大控制點(diǎn)（CP）限制為每個(gè)弧為100，最小子野寬度設(shè)定為1 cm，弧的步進(jìn)角度20；IMRT計(jì)劃采用6M-X線定角dMLC技術(shù)，分別布置5個(gè)射野，最大CP限制為每個(gè)野30，最小子野寬度為1 cm。使用蒙卡算法進(jìn)行劑量?jī)?yōu)化計(jì)算。計(jì)劃完成后，分別將60 Gy劑量覆蓋PGTV 95%的靶區(qū)體積進(jìn)行劑量歸一。如圖2所示是IMRT和VMAT計(jì)劃的劑量直方圖（DVH）比較。

圖2 IMRT和VMAT的DVH圖

1.5 計(jì)劃劑量學(xué)評(píng)估參數(shù) 參考ICRU 83號(hào)報(bào)告進(jìn)行靶區(qū)和危及器官的劑量評(píng)估?；贒VH和等劑量曲線，使用D2、D98來評(píng)估靶區(qū)的吸收劑量。HI和CI分別評(píng)估靶區(qū)的均勻性和適形度。HI定義為D1與D99的差值與處方劑量（Dp）的比值，CI定義為處方劑量覆蓋的體積（VT,Pi）靶區(qū)的體積（VPi）的比值。左、右肺和雙肺采用V5、V20和Dmean參數(shù)進(jìn)行評(píng)估和比較，脊髓則采用D2最大劑量來評(píng)估。

1.6 計(jì)劃復(fù)雜度評(píng)估參數(shù) VMAT和IMRT計(jì)劃的復(fù)雜度主要與CP、MU和子野面積（SA）有關(guān)。在兩個(gè)連續(xù)的CP之間，MU/CP的比值越低，對(duì)MLC的運(yùn)動(dòng)速度和到位精度要求越高，因此該計(jì)劃的復(fù)雜度越高。每個(gè)CP間，SA的大小影響計(jì)劃劑量的不確定性，SA越小，劑量的不確定性越大，準(zhǔn)確性越低。統(tǒng)計(jì)CP間MU低于3所占的百分比，即%（MU/CP＜3）。統(tǒng)計(jì)每個(gè)CP的SA＜5 cm×5 cm所占比，即%（SA/CP＜5 cm×5 cm）。使用這兩個(gè)參數(shù)分別來評(píng)估VMAT和IMRT計(jì)劃的復(fù)雜性。

1.7 劑量驗(yàn)證評(píng)估參數(shù) 參照AAPM TG142報(bào)告對(duì)加速器進(jìn)行質(zhì)量控制（QC）。使用德國(guó)PTW公司的OCTAVIUS Detector 729計(jì)劃驗(yàn)證設(shè)備對(duì)每個(gè)計(jì)劃進(jìn)行劑量上的驗(yàn)證（QA），如圖3所示。該驗(yàn)證設(shè)備具有729 個(gè)半導(dǎo)體探測(cè)器，分辨率0.1 mGy，每個(gè)探頭的中心間距是1 cm，最大測(cè)量野27 cm×27 cm。使用MEPHYSTO Navigator軟件處理729接收的計(jì)劃劑量信息，對(duì)計(jì)劃進(jìn)行3D的γ分析。使用絕對(duì)劑量2%/2 mm、3%/3 mm、4%/4 mm和10%的最低閾值的驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)作為計(jì)劃的通過率評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 PTW 729驗(yàn)證設(shè)備

2 結(jié)果

分別對(duì)IMRT和VMAT兩種技術(shù)的計(jì)劃劑量學(xué)、計(jì)劃質(zhì)量、計(jì)劃通過率參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。如表1所示，VMAT計(jì)劃的靶區(qū)HI和CI相對(duì)于IMRT更加好，左、右肺的V20和脊髓的D2劑量更低，但是肺V5的劑量IMRT更低。放療至肺損傷主要用V20和Dmean來評(píng)估，因此在劑量學(xué)上，VMAT計(jì)劃優(yōu)于IMRT計(jì)劃[7-8]。

表1 IMRT和VMAT靶區(qū)和危及器官的劑量學(xué)統(tǒng)計(jì)（±s）

表1 IMRT和VMAT靶區(qū)和危及器官的劑量學(xué)統(tǒng)計(jì)（±s）

結(jié)構(gòu) I M R T V M A T P G T V H I（%） 0.0 7 7±0.0 1 2 0.0 6 4±0.0 1 5 C I（%） 0.7 1±0.1 5 0.8 2±0.1 2 P T V C I（%） 0.8 3±0.1 1 0.9 2±0.1 3右肺V 5（%） 4 2.5 0±8.4 2 5 2.3 0±1 0.4 3 V 20（%） 2 6.4 0±3.7 5 2 2.2 0±8.7 6 D mean（c G y） 1 1 5 1.6 0±1 2 0.4 5 1 2 0 5.7 0±1 1 5.4 7左肺V 5（%） 3 0.5 0±8.5 3 3 8.4 0±1 0.3 7 V 20（%） 1 8.5 0±3.2 8 1 6.5 3±5.2 8 D mean（c G y） 9 1 2.3 2±1 1 0.3 4 9 7 8.5 6±1 2 0.5 6總肺V 5（%） 3 6.4 3±5.4 3 4 2.6 5±7.4 5 V 20（%） 2 1.5 3±7.3 5 1 9.8 3±5.8 3 D mean（c G y） 1 0 1 1.4 3±9 8.7 6 1 0 8 9.5 6±1 0 1.3 2脊髓D 2（c G y） 4 0 4 4.0 0±1 6 7.5 2 3 7 5 3.5 7±1 9 9.7 6

表2分別對(duì)IMRT和VMAT計(jì)劃的復(fù)雜度參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。結(jié)果表明，IMRT計(jì)劃的CP和MU都高于VMAT，MU/CP和SA/CP的所占百分比都高于VMAT，IMRT的計(jì)劃復(fù)雜度更高。

表2 IMRT和VMAT計(jì)劃復(fù)雜度參數(shù)統(tǒng)計(jì)（±s）

表2 IMRT和VMAT計(jì)劃復(fù)雜度參數(shù)統(tǒng)計(jì)（±s）

復(fù)雜度參數(shù) I M R T V M A T C P 1 4 5±0 1 1 0±5.3 M U（m u） 8 0 3.3 3±1 1 5.0 3 6 7 3.0 8±1 0 1.0 5 M U/C P＜5（%） 6 8.4 5±1 5.7 2 4 8.7 6±8.6 1 S A/C P＜5 c m×5 c m（%） 3 9.6 7±1 5.8 2 1 5.2 3±9.8 1

表3是兩組計(jì)劃劑量驗(yàn)證的結(jié)果，IMRT和VMAT計(jì)劃在三維γ通過率分析中差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

表3 IMRT和VMAT計(jì)劃的通過率分析（±s）

表3 IMRT和VMAT計(jì)劃的通過率分析（±s）

伽馬分析標(biāo)準(zhǔn) I M R T V M A T 2%/2 m m（%） 9 0.8 0±0.9 8 9 4.5 0±0.5 0 3%/3 m m（%） 9 7.0 0±1.3 0 9 7.5 0±0.6 7 4%/4 m m（%） 9 8.3 0±1.7 0 9 9.8 0±0.8 0

3 討論

胸中上段食管癌是臨床上常見的惡性腫瘤。從常規(guī)的3DCRT發(fā)展到IMRT、VMAT技術(shù)，技術(shù)的提升不僅提高了靶區(qū)的HI和CI，而且能更好地保護(hù)危及器官，降低危及器官的受量。技術(shù)的提升雖然帶來了高度的適形和危及器官的受益，但是加速器需要更強(qiáng)的調(diào)制能力來實(shí)現(xiàn)，形成更多的子野和CP，計(jì)劃的復(fù)雜度大大提高。計(jì)劃的復(fù)雜度越高，計(jì)劃的劑量學(xué)準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性越差。因此，在臨床上將計(jì)劃的復(fù)雜度作為衡量和評(píng)估計(jì)劃的標(biāo)準(zhǔn)，盡量減少計(jì)劃中SA和MU小的CP的數(shù)量，提高計(jì)劃的質(zhì)量。

VMAT是Yu于1995年首先提出的一種基于調(diào)強(qiáng)放療技術(shù)發(fā)展而來的弧形照射技術(shù)。通過多野光柵運(yùn)動(dòng)速度、機(jī)器劑量率、機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度與弧度的精確計(jì)算與配合而實(shí)現(xiàn)靶區(qū)的精準(zhǔn)照射，不僅在靶區(qū)的HI與CI方面得到了提升，同時(shí)在治療速度與效率上明顯優(yōu)于其他技術(shù)。

綜上所述，整體來講在靶區(qū)覆蓋方面VMAT計(jì)劃要優(yōu)于IMRT計(jì)劃，能夠?yàn)榘袇^(qū)提供更好的CI與HI，對(duì)腫瘤實(shí)施精準(zhǔn)照射奠定劑量學(xué)基礎(chǔ)，可以明顯降低包括肺、脊髓等危及器官劑量，減少放療并發(fā)癥的發(fā)生。計(jì)劃的復(fù)雜性IMRT高于VMAT，VMAT的劑量準(zhǔn)確性更高[9]。