胸中段食管癌調(diào)強放療計劃設(shè)計劑量對比研究

謝自宏，王鵬

作者單位：1皖南醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院放療科，安徽 蕪湖 241000；

2中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)附屬第一醫(yī)院西區(qū)放射治療科，安徽 合肥 230031

放射物理技術(shù)和理論的發(fā)展促進(jìn)了調(diào)強放療（IMRT）在臨床上的應(yīng)用，在食管癌放療中的應(yīng)用愈加成熟，并成為臨床治療中由于醫(yī)學(xué)原因或者拒絕手術(shù)食管癌病人的常規(guī)局部治療手段［1-4］。食管癌是我國常見病，胸中段多見，鄰近雙肺，心臟，脊髓，是制定調(diào)強放療計劃需要進(jìn)行劑量約束的考慮因素，尤其是限制放射性肺炎的發(fā)生是計劃制定的重要考慮因素。關(guān)于照射野設(shè)計和入射角度，雖然VMAT 已經(jīng)在很多單位得到應(yīng)用，實際上臨床上仍然多采用5 野［1］或者7 野照射。本研究選擇30 例惡性胸中段食管鱗狀細(xì)胞癌病人分別設(shè)計了等分5野、優(yōu)化5 野與等分7 野3 種調(diào)強放療計劃，希望在于優(yōu)化計劃靶體積劑量分布和改善臨近危及器官（雙肺，心臟，脊髓）的劑量約束進(jìn)行比較分析，在確保計劃靶體積劑量的同時，確保危及器官的劑量約束，尤其是減少放射性肺炎的發(fā)生，旨在為今后胸中段食管鱗狀細(xì)胞癌的設(shè)計放療計劃提供經(jīng)驗?zāi)０濉?/p>

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2017 年5 月至2020 年6 月皖南醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院由于醫(yī)學(xué)原因不能手術(shù)或者拒絕手術(shù)治療，并接受IMRT 治療的胸中段食管鱗狀細(xì)胞癌病人30例，其中男性22例，女性8例，年齡范圍為51～90歲，年齡74.7歲。胸中段定義按中國食管癌放射治療指南（2020 版）［2］：自奇靜脈弓下緣至下肺靜脈水平，內(nèi)鏡檢查自門齒20～＜25 cm，腫瘤的部位按原發(fā)灶的中點界定。所有病人接受照射前均通過電子纖維胃鏡活檢獲得病理學(xué)證據(jù)，并完善相關(guān)影像學(xué)檢查（包括食道造影、增強胸部CT、腹部超聲等），排除放射治療禁忌證ECOG 0～1分。病人病變長徑均不超過7 cm，長徑（4.93±1.66）cm。上述病人均設(shè)計了IMRT 放療計劃，照射劑量為6 000 cGy。 所有病人均在食管癌IMRT 放療（或同步化療）知情同意書上簽字。本研究符合《世界醫(yī)學(xué)協(xié)會赫爾辛基宣言》相關(guān)要求。

1.2 方法

1.2.1 體位固定和CT掃描 病人仰臥于真空墊中，真空墊放置于定位平板上，調(diào)整好病人的體位使病人身體充分與真空墊接觸，真空泵抽氣形成負(fù)壓使真空墊半包裹病人身體，病人雙臂放置于額頭之上，掃描設(shè)備為螺旋CT 增強無間距掃描，掃描層厚為2.5 mm，掃描范圍上界為顱底，下界為第2腰椎下緣以dicom 格式將圖像傳輸至Electa xio TPS 放射治療計劃系統(tǒng)，放療設(shè)備為Electa 公司Electa Precise直線加速器。

1.2.2 靶區(qū)和臨近危及器官的勾畫 靶區(qū)勾畫具體方案如下：靶區(qū)包括腫瘤靶體積（GTV）、臨床靶體積（CTV）、計劃靶體積（PTV），危及器官包括：左右肺（全肺）、脊髓、心臟。GTV 勾畫方法：GTV 包括增厚的食管、縱隔內(nèi)短徑≥10 mm 的淋巴結(jié)，氣管食管溝內(nèi)直徑超過5 mm的淋巴結(jié)，并參考病人食道吞鋇造影、胃鏡、MRI、PET/CT 等其他相關(guān)已完成檢查結(jié)果進(jìn)行勾畫；GTV 在四周外放8 mm 形成CTV，沿病灶及正常食管的長徑上下各延長3 cm 形成CTV，并根據(jù)解剖屏障（動脈，椎體等）進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?，包繞同時水平的淋巴結(jié)區(qū)進(jìn)行預(yù)防性放療。PTV來自日常擺位誤差數(shù)據(jù)測量，外放7～10 mm。雙肺（左右肺）在肺窗位上自動勾畫，雙肺的體積定義即為雙肺總體積（包括GTV 以外所包括的正常組織）。心臟的勾畫：從左心房到心尖的所有層面，脊髓的勾畫：CT 圖像上逐層勾畫，要求包繞整個骨性椎管。副主任醫(yī)師以上資質(zhì)的醫(yī)師審核靶區(qū)和正常組織的勾畫。

1.2.3 IMRT 設(shè)計 放射治療計劃系統(tǒng)為Electa xio TPS 放射治療計劃系統(tǒng)工作站，放療計劃限制條件為最小子野面積為4.0 cm2，連續(xù)子野最小變化面積3.0 cm2，最小寬度為0.60 cm，子野最小跳數(shù)5 MU。所有的30 例病人均設(shè)計3 套放療計劃，包括：均分5野，優(yōu)化5野和等分7野3種食管癌根治性調(diào)強放射治療計劃。上述調(diào)強放療計劃采用同樣的優(yōu)化和劑量約束參數(shù)。 詳細(xì)計劃如下：均分5 野入射角：即設(shè)計5 個照射野角度分別為0o、72o、144o、216o和288o；不均分5野入射角，及將除正中0o照射野外，其它的4 野向中線靠近，5 個照射野分別為0o、50o、150o、210o和310o；均分7 野采用等分入射角，即0o、51o、102o，153o、204o、255o、306o。計劃靶體積的劑量約束：要求處方劑量6 000 cGy 包繞95%PTV；危及器官（脊髓，全肺，心臟）的劑量約束：脊髓≤45 Gy；全肺V5≤55%，V20≤25%～33%，V30≤20%，全肺平均劑量≤1 500 cGy；心臟劑量約束V30≤40%，V40≤30%。

1.3 3 種計劃的劑量學(xué)參數(shù)對比 應(yīng)用Electa xio TPS放射治療計劃系統(tǒng)自帶的積分劑量體積直方圖進(jìn)行計劃評估，評估內(nèi)容：計劃靶區(qū)劑量學(xué)指標(biāo)包括計劃靶區(qū)劑量（最大劑量和平均劑量），均勻性指數(shù)（homogeneity index，HI）、適形指數(shù)（conformity index，CI），和危及器官（全肺，心臟，脊髓）進(jìn)行相關(guān)劑量學(xué)參數(shù)統(tǒng)計學(xué)分析。根據(jù)ICRU 83 號報告，計劃靶區(qū)的HI：HI=（D2%-D98%）/D50%，HI 值越小靶區(qū)的劑量分布均勻性越好。計劃靶區(qū)CI 比較：CI=VT95%/VT×VT95%/V95%，VT為靶區(qū)總體積，VT95%為95%處方等劑量線所包繞的計劃靶區(qū)體積，V95%為95%的處方劑量線面所包括的總體積，CI 介于0～1，CI 值越接近于1，表示適形度越好；D98%為靶區(qū)PTV 的98%體積接受的最低劑量），D2%為2%體積接受的最大劑量，D50%為50%體積接受最低劑量。靶區(qū)均勻劑量較小表示均勻性更好。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS 26.0 統(tǒng)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。計數(shù)資料以例數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計描述，計量資料以中位數(shù)或±s 進(jìn)行統(tǒng)計描述；計量資料多組間比較采用單因素方差分析，多組間兩兩比較采用q 檢驗。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 計劃靶體積劑量學(xué) 優(yōu)化5 野調(diào)強計劃靶區(qū)最大劑量、平均劑量明顯高于等分5 野和等分7 野調(diào)強計劃靶區(qū)，CI 值明顯低于等分5 野和等分7 野調(diào)強計劃靶區(qū)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；而等分5 野和等分7 野調(diào)強計劃靶區(qū)最大劑量、平均劑量、CI值均差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。等分7 野調(diào)強計劃靶區(qū)HI受照射劑量明顯高于等分5 野和優(yōu)化5野調(diào)強計劃靶區(qū)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；而5野和優(yōu)化5 野調(diào)強計劃靶區(qū)HI 受照射劑量差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。見表1。

表1 3種照射野調(diào)強計劃靶體積劑量學(xué)比較/±s

表1 3種照射野調(diào)強計劃靶體積劑量學(xué)比較/±s

注：HI為均勻性指數(shù)，CI為適形指數(shù)。

計劃靶區(qū)參數(shù)等分5F_IMRT優(yōu)化5F_IMRT等分7F_IMRT F值P值最大劑量/cGy 6301.7±56.8 6389.5±51.8 6289.9±52.3 30.83＜0.001平均劑量/cGy 6211.4±53.8 6296.7±49.8 6201.3±49.3 31.67＜0.001 HI 0.1095±0.04 0.1009±0.04 0.9236±0.02 5581.95＜0.001 CI 0.86±0.05 0.82±0.05 0.88±0.03 14.24＜0.001

2.2 危及器官（雙肺，心臟，脊髓）劑量約束比較

2.2.1 全肺劑量學(xué)參數(shù) 結(jié)果顯示，優(yōu)化5 野調(diào)強計劃靶區(qū)全肺V5、V10 受照射劑量明顯低于等分5野和等分7 野調(diào)強計劃靶區(qū)，V30 受照射劑量明顯高于等分5 野和等分7 野調(diào)強計劃靶區(qū)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；而等分5野和等分7野調(diào)強計劃靶區(qū)全肺V5、V10、V30受照射劑量均差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。等分5 野，優(yōu)化5 野和等分7 野調(diào)強計劃靶區(qū)的全肺平均劑量和V20 受照射劑量相比，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），但是表2 中可見全肺V20（%）值為0.064 接近0.05，而V30（%）則小于0.01。見表2。

表2 3種照射野調(diào)強計劃全肺受照射劑量學(xué)比較/±s

表2 3種照射野調(diào)強計劃全肺受照射劑量學(xué)比較/±s

計劃靶區(qū)參數(shù)等分5F_IMRT優(yōu)化5F_IMRT等分7F_IMRT F值P值全肺平均劑量/cGy 1 435.9±276.8全肺V5/%54.1±10.5全肺V10/%38.8±5.3全肺V20/%24.2±4.5全肺V30/%8.3±1.6 1 394.9±178.8 47.1±9.8 34.5±5.1 25.8±5.3 9.4±1.4 1 498.9±198.8 1.67 0.195 56.1±10.2 6.48 0.002 40.9±6.2 10.35＜0.001 22.9±4.3 2.84 0.064 8.1±1.2 7.40 0.001

2.2.2 脊髓、心臟受照射劑量學(xué)參數(shù)比較 結(jié)果顯示，優(yōu)化5 野調(diào)強計劃靶區(qū)脊髓最大劑量和心臟V30 照射劑量明顯高于等分7 野調(diào)強計劃靶區(qū)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；其他組間脊髓最大劑量和心臟V30 照射劑量均差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），所有指標(biāo)均在正常范圍內(nèi)。等分5 野，優(yōu)化5野和等分7 野調(diào)強計劃靶區(qū)的心臟V40 照射劑量相比，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。見表3。

表3 3種照射野調(diào)強計劃脊髓、心臟受照射劑量學(xué)比較/±s

表3 3種照射野調(diào)強計劃脊髓、心臟受照射劑量學(xué)比較/±s

計劃靶區(qū)參數(shù)等分5F_IMRT優(yōu)化5F_IMRT等分7F_IMRT F值P值脊髓最大劑量/cGy 4 183.3±214.6 4 299.8±207.9 4 099.5±207.9 6.87 0.002心臟V30/%33.5±3.1 35.6±4.2 31.8±2.9 9.15＜0.001心臟V40/%23.7±5.1 25.1±6.2 22.1±5.5 2.15 0.123

3 討論

放射治療仍然是食管癌多學(xué)科綜合治療重要的組成部分，調(diào)強放療被認(rèn)為能夠確保靶區(qū)足夠的劑量和正常組織（雙肺，心臟，脊髓）的劑量約束尤為重要，尤其是肺組織受量提高可能會誘發(fā)放射性肺炎，影響肺功能和生活質(zhì)量，臨床工作中要在抗腫瘤療效和不良反應(yīng)間取得平衡，需要對照射野進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。關(guān)于照射野的設(shè)計有諸多研究［3-5］，研究內(nèi)容集中于靶區(qū)劑量學(xué)和正常組織的劑量約束方面，主要目的是試圖提高照射野對靶區(qū)均勻性的改變，以及對正常組織的劑量影響程度，提高靶區(qū)劑量和均勻性往往會增加靶區(qū)周圍正常組織受到低劑量照射。筆者通過改變照射野數(shù)和照射角度的改變對于靶區(qū)和正常組織劑量學(xué)改變。

具體包括靶區(qū)劑量學(xué)，以及靶區(qū)的CI 和HI 是提高局部控制率，確保臨床療效的基本條件，但是減少胸部照射時的正常組織，即雙肺，心臟，脊髓的受量，可以減輕放射性損傷。本組數(shù)據(jù)試圖通過設(shè)計不同照射野設(shè)計探討改變?nèi)肷浣嵌群透淖冋丈湟皵?shù)對于靶區(qū)和臨近危及器官劑量參數(shù)改變趨勢，探索其規(guī)律，為臨床治療提供依據(jù)。這些參數(shù)包括對計劃靶區(qū)劑量學(xué)劑量分布的變化規(guī)律，包括計劃靶區(qū)的最大劑量，平均劑量，CI和HI值；以及食管臨近危及器官的劑量的變化規(guī)律，包括：全肺平均劑量，以及全肺V5，V10，V20，V30，以及脊髓最大劑量以及心臟受量。

臨床實踐中，部分食管癌病人伴隨有肺部疾病，射線照射可能會進(jìn)一步損害其肺功能，肺組織低劑量區(qū)（V5，V10）和中劑量區(qū)（V20，V30［6-7］）都有重要的放射性肺炎的預(yù)測能力，都是臨床實踐需要考慮的重要因素［2-3］，筆者試圖通過改變?nèi)肷浣嵌群腿肷湟皵?shù)探索靶區(qū)和正常組織的劑量分布。理論上講，增加調(diào)強照射的野數(shù)可以更好地對靶區(qū)劑量進(jìn)行優(yōu)化，得到更優(yōu)化的計劃靶體積劑量分布，比如執(zhí)行VMAT 有更多的優(yōu)勢，但是目前認(rèn)為5～7 個調(diào)強照射野可以滿足實際的靶區(qū)和危及器官的劑量約束。因而，本研究采用5 野和7 野入射角度，設(shè)計了3種調(diào)強放療計劃，均分5野，優(yōu)化5野和等分7野3種食管癌根治性調(diào)強放射治療計劃。對相關(guān)劑量學(xué)統(tǒng)計學(xué)結(jié)果的分析表明：增加照射野到7 野后計劃靶體積的最大劑量和平均劑量和等分5野差異無統(tǒng)計學(xué)意義，而優(yōu)化5 野的最大劑量和平均劑量略提高，但是絕對值增加很低，對計劃靶體積的CI和HI 比較發(fā)現(xiàn)，7 野顯著優(yōu)于5 野（包括等分5 野和優(yōu)化5野）。同樣，我們對食管臨近危及器官劑量進(jìn)行了比較，我們認(rèn)為3 種放療計劃的劑量約束均能達(dá)到臨床要求。對全肺的劑量學(xué)而言，對于降低低劑量區(qū)參數(shù)，如全肺V5 和V10 這兩個指標(biāo)，優(yōu)化5較均分7 野調(diào)強計劃顯示出一定的優(yōu)勢；但我們的數(shù)據(jù)表明等分7野調(diào)強放射治療計劃可見降低中劑量區(qū)參數(shù)，如：全肺V20（接近顯著性意義）和V30（顯著性意義）方面有著更多的優(yōu)勢。在對另外2 個危及器官（脊髓和心臟）的劑量學(xué)比較發(fā)現(xiàn)：增加調(diào)強照射野數(shù)量數(shù)目后，脊髓劑量有下降的趨勢；而對于5 野照射來而言，縮小兩前野與兩后野與中線的夾角后，脊髓的最高劑量有所增加，但是仍在劑量約束范圍內(nèi)，差異無統(tǒng)計學(xué)意義。同樣對于心臟而言，結(jié)果表明優(yōu)化5 野調(diào)強計劃在降低雙肺低劑量區(qū)（V5）的同時，食管鄰近危及器官心臟的照受照劑量V30有所增加，但是V40變化不明顯，這和文獻(xiàn)報道的基本一致［8-15］。

綜上所述，通過對上述3 種調(diào)強放療計劃計劃靶區(qū)劑量學(xué)和危及器官的劑量分布的劑量比較劑量學(xué)分析，我們發(fā)現(xiàn)：（1）三種設(shè)野調(diào)強放療計劃均符合所設(shè)計的劑量約束，其中計劃靶體積的最大劑量和平均劑量差異3種計劃差異無統(tǒng)計學(xué)意義；（2）而對計劃靶體積而言，增加照射野（7 野）后CI 和HI有所改善；（3）對于臨近危及器官而言，優(yōu)化5 野調(diào)強放療計劃在降低雙肺V5和V10有一定的優(yōu)勢，表明其雙肺低劑量區(qū)體積有一定的優(yōu)勢；（4）而等分7野能夠降低V20 值，V30 降低程度也接近統(tǒng)計學(xué)意義。在臨床實踐中，優(yōu)化5 野和等分7 野調(diào)強放療計劃均能達(dá)到臨床要求，臨床可以根據(jù)病人實際調(diào)強計劃的V5 或V20 值，病人經(jīng)濟境況，治療時間等因素做出選擇。