次級準直器射野設定對食管癌調(diào)強放療計劃影響的研究

陳偉思 周 平 張大水 劉 沙 張 爽 岳 軍 陳香齡

放射治療是食管癌的重要治療手段，特別對于中晚期不能手術(shù)的患者，放射治療具有重要意義，隨著調(diào)強放射治療技術(shù)的開展，更多患者可以從中受益[1]。食管癌的放療手段有3D-CRT，IMRT和VMAT等。相對于IMRT和VMAT，3D-CRT的靶區(qū)適形度和均勻性較差，而VMAT計劃中肺V5和V10較高，對降低肺受量沒有優(yōu)勢，IMRT可以兼顧靶區(qū)劑量和肺的受照劑量，所以目前是食管癌的主要放療方式[2]。IMRT的實現(xiàn)不僅依賴于治療計劃系統(tǒng)，更重要的是加速器MLC的設計寬度和運動方式。瓦里安加速器MLC運動范圍限制不超過15 cm，因此在靶區(qū)x軸超過15 cm時，TPS自動將大野分野。本文將研究不分野的設定準直器技術(shù)在食管癌調(diào)強計劃中的應用并比較其劑量學差異。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選取我院2017年6月至12月胸上中段食管癌患者10例。其中男性5例，女性5例，中位年齡61(52～76)歲?；颊邞肒larity胸腹體位固定系統(tǒng)固定、GE 64排螺旋CT，采取仰臥位，做標記點，行CT掃描，掃描層厚5 mm。CT影像通過網(wǎng)絡傳輸至Eclipse 10.0治療計劃系統(tǒng)。所有患者由同一位高年資醫(yī)生勾畫靶區(qū)，GTV為結(jié)合食管造影、食管鏡及病例結(jié)果勾畫，CTV包括GTV前后左右各擴0.5 cm，頭腳方向擴2～3 cm及雙鎖骨上、食管旁和縱膈淋巴引流區(qū)。PGTV和PCTV分別為在GTV和CTV基礎上外擴0.5 cm。

1.2 計劃設計

采用Varian Eclipse計劃系統(tǒng)和Varian2100c加速器，配備1.0 cm厚度多葉光柵，優(yōu)化計算采用AAA算法，采用滑窗技術(shù)，劑量率400 MU/min。PGTV和PCTV分別給60.03 Gy和49.88 Gy，29次。計劃設計采用前三后二五野共面設計調(diào)強計劃，射野角度為150～160、40～60、0、300～320、200～220。設定準直器射野計劃(Set-plan)首先調(diào)整小機頭角度，使準直器能最大范圍覆蓋靶區(qū)，優(yōu)先保證靠近靶區(qū)近側(cè)準直器對靶區(qū)的覆蓋，限制射野x軸最大不超過14.8 cm，某些射野方向上靶區(qū)不能被完全覆蓋的部分，可以由其他方向的射野提供照射，優(yōu)化時選擇設定準直器射野優(yōu)化。動態(tài)調(diào)強計劃(IMRT-plan)小機頭和準直器不做改變，優(yōu)化參數(shù)兩種計劃完全一樣，直到達到比較平衡的優(yōu)化結(jié)果。要求至少95%的靶區(qū)體積接受100%的處方劑量，本文將劑量統(tǒng)一歸一到95%的靶區(qū)體積包繞100%的處方劑量。

1.3 計劃評估

根據(jù)ICRU83[3]號報告，通過評估劑量體積直方圖(dose volume histogram，DVH)來評估靶區(qū)劑量分布，Vx表示靶區(qū)或者危機器官受到大于xGy劑量照射的體積比例，單位：%；Dx%表示靶區(qū)或者危機器官 x%的體積接受的吸收劑量，單位Gy；Dmean表示平均劑量。靶區(qū)評估V95，V100，D2%、D98%、適形度指數(shù)CI和均勻性指數(shù)HI。CI=Vt,ref/Vref×Vt,ref/Vt，CI值為0～1，其值越大，表明適形度越好，其中Vt,ref為靶區(qū)內(nèi)95%處方劑量所包繞的靶區(qū)體積，Vref為95%處方劑量等劑量線所包繞的體積，Vt為靶區(qū)體積。HI=(D2-D98)/D50，其中D2為2%靶區(qū)體積所接受的劑量，D98為98%靶區(qū)體積所接受的最小劑量，D50為50%靶區(qū)體積所接受的劑量。HI值越接近0，表明靶區(qū)均勻性越好。危及器官中評估肺 V5、V10、V20、V30和Dmean；脊髓 D1%和 Dmean；心臟V30、V40和Dmean；統(tǒng)計計劃的總機器跳數(shù)MU和Segment。計劃設計完畢，對兩種計劃分別生成驗證計劃，使用二維半導體電離室矩陣對IMRT-plan和Set-plan進行調(diào)強計劃驗證，記錄3%/3 mm和2%/2 mm條件下的gamma通過率和驗證時間。

1.4 統(tǒng)計學分析

應用SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計學分析，將IMRT-plan各項參數(shù)分別與Set-plan結(jié)果進行配對t檢驗，P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)劑量學比較

Set-plan和IMRT-plan的靶區(qū)劑量學都能夠滿足臨床要求。與IMRT-plan相比，Set-plan的PGTV和PCTV的V95，D2%和D98%均降低；PCTV的V100有小幅升高，均無統(tǒng)計學差異。PCTV的CI，Set-plan與IMRT-plan相比有所降低且有統(tǒng)計學差異(表1、表2)。

表1 PGTV劑量學參數(shù)比較

表2 PCTV劑量學比較

2.2 危及器官受照劑量比較

Set-plan的肺V5，V10，V20，V30，Dmean與IMRT-plan相比有不同程度的降低，分別降低4.2%、1.68%、1.15%、0.93%、53.3 cGy，統(tǒng)計學比較差異顯著。由圖3可以看出20 Gy和30 Gy劑量覆蓋肺范圍Set-plan比IMRT-plan小。心臟V30,V40分別下降4.61%和2.08%，Dmean增加了20.4 cGy；脊髓Dmean增加了8 cGy，D1%減少33 cGy均無統(tǒng)計學差異(P>0.05)(表3、圖1)。

表3 危及器官受照劑量比較

2.3 MU和Segment的比較

Set-plan與普通調(diào)強計劃相比MU減少了8%(904.22±161.32，985.67±218.54)，Segment減少11.57%(544.33±44.10，615.56±125.00)，無統(tǒng)計學差異(P=0.19，P=0.14)。

2.4 驗證時間和驗證通過率的比較

Set-plan與普通調(diào)強計劃的驗證時間分別為(3.88±0.70)min和(4.77±0.23)min，平均減少18.66%的驗證時間，且有統(tǒng)計學差異(P=0.02)；Set-plan與普通調(diào)強計劃相比，3 mm/3%和2 mm/2%的驗證通過率略有升高(98.06±1.15，98.00±1.23；89.41±5.64，86.09±3.72)，但無統(tǒng)計學差異(P=0.90；P=0.48)。

3 討論

瓦里安的加速器，MLC與初級準直器和次級準直器協(xié)同工作[4]，形成0.5×0.5到40×40[5]范圍內(nèi)的射野，分別形成x和y方向的射野尺寸。在調(diào)強計劃執(zhí)行過程中準直器是靜止的，MLC是連續(xù)運動的[6-8]。傳統(tǒng)的調(diào)強中MLC的位置自動設置為覆蓋整個靶區(qū)。dabaja等[9]報道，分野技術(shù)通常會引起以下問題:①子野的銜接問題；②segment更多 ；③MU更多，額外增加治療時間。設定次級準直器射野的調(diào)強技術(shù)將準直器在調(diào)強優(yōu)化時設定在合適的固定的位置，可以避免產(chǎn)生分野和更好的保護危及器官[10-11]。近年來設定準直器射野調(diào)強放射治療技術(shù)已經(jīng)被廣泛使用在鼻咽癌、直腸癌、宮頸癌、乳腺癌等放射治療計劃中[12-14]。本文對設定次級準直器射野調(diào)強技術(shù)在食管癌中的應用進行探討。

Set-plan中除PCTV的HI外，靶區(qū)CI和HI略差，但均滿足臨床要求。設定準直器射野計劃由于照射范圍的限制，調(diào)強優(yōu)化自由度較低，這會對靶區(qū)適形度和均勻性產(chǎn)生影響。由于設定準直器射野計劃在降低危及器官受照劑量方面優(yōu)勢顯著，食管癌放療時在有效降低危及器官受照劑量的情況下，適當損失一些適形度和均勻性是可取的。

臨床研究認為減少肺的受照體積和受照劑量能夠更好的降低肺的放射并發(fā)癥，Wang等[15]發(fā)現(xiàn)肺組織接受5 Gy受照劑量的體積是預測食管腫瘤術(shù)后進行放化療時肺部并發(fā)癥的一個重要因素。另外肺受量的降低可以減少放射性肺炎的發(fā)病幾率，使患者收益。Set-plan的肺所有劑量學指標都比IMRT-plan顯著降低，特別是V5下降了4.23%，對肺起到了很好的保護作用。設定準直器射野計劃的準直器位置固定后，限制了照射野的照射肺的范圍，射線對肺的直接照射減少，同時也減少了計劃執(zhí)行時葉片間及端面漏射到肺的劑量，對肺保護更好。降低心臟V30可以降低心包積液的發(fā)生率，而降低V40可以降低誘發(fā)心臟疾病的幾率。準直器固定后，一定程度上減少了直接照射或透射漏射到心臟的射線，對降低心臟并發(fā)癥的發(fā)生概率有積極作用。

加速器MU的減少可以縮短患者治療時間，提高工作效率，同時降低患者的不適度，避免患者由于時間過長而移動導致的位置誤差，同時也會減少患者治療和劑量驗證時間。另外，整個身體接受的輻射劑量與機器跳數(shù)成正相關(guān)性，有研究表明，全身受照劑量的減少會相應降低患二次腫瘤的風險[16]，避免一系列風險。

對于同一患者而言，兩種計劃的擺位時間是相同的，設定準直器射野技術(shù)的驗證用時短，意味著治療時間也短?？s短原因之一是機器跳數(shù)減少。機器跳數(shù)減少可以直接縮短治療時間；二是子野數(shù)減少。加速器治療新射野時，需要先將MLC移動到初始位置，然后從網(wǎng)絡系統(tǒng)載入新射野數(shù)據(jù)，這些步驟會增加治療時間。設定準直器射野計劃的子野減少，減少的子野重疊區(qū)域的機器跳數(shù)只傳輸了一次，使得劑量傳輸更有效率，提高了等效生物劑量。

設定準直器射野計劃驗證通過率比普通調(diào)強計劃驗證通過率相對較高，分析其原因為設定準直器射野技術(shù)不需要分野，減少了子野，由于子野數(shù)減少，降低了子野之間的傳輸和銜接誤差。設定準直器射野計劃機器跳數(shù)減少，減少了散射線的影響。

食管癌中設定次級準直器射野調(diào)強技術(shù)在降低肺受照劑量方面優(yōu)勢顯著，且降低了MU，提高了工作效率，值得應用于臨床。