鼻咽癌容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療中不同布野方案的劑量學(xué)對比研究

佘瑾，黎李鑫，張達(dá)

1. 宜昌市中心人民醫(yī)院 設(shè)備科，湖北 宜昌 443003；2. 四川友誼醫(yī)院 放療科，四川 成都 610041；3. 四川省腫瘤醫(yī)院 放療中心，四川 成都 610058

引言

鼻咽癌是我國常見的頭頸部惡性腫瘤之一，放射治療是鼻咽癌首選的治療方法，但鼻咽癌的靶區(qū)較大，空間形狀復(fù)雜，周圍重要器官較多，因此對物理師的工作提出了巨大的挑戰(zhàn)[1]。調(diào)強(qiáng)放射治療（Intensity Modulated Radiotherapy，IMRT）在獲得更適形靶區(qū)劑量的同時，又能降低周圍危及器官（Organs at Risk，OAR）劑量。研究表明，容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)（Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT）技術(shù)在減少治療時間的同時能獲得更好的劑量分布[2]；而非共面布野能提供更多的優(yōu)化空間，不僅能改善計劃質(zhì)量，還可以降低鄰近器官劑量[3]。蝴蝶形VMAT 布野最早由Fiandra 等[4]應(yīng)用于早期霍奇金淋巴瘤放射治療中，他們分別使用2 個共面弧和1 個或2 個非共面弧實(shí)現(xiàn)部分非共面照射。目前該技術(shù)已應(yīng)用于非霍奇金淋巴瘤[4]、縱隔淋巴瘤[5]、左側(cè)乳腺癌[6]、頭頸部腫瘤[7]等的放射治療中，但尚未見其應(yīng)用于鼻咽癌治療的報道。基于此，本研究選取10 例鼻咽癌患者作為研究對象，采用Eclipse 計劃系統(tǒng)分別設(shè)計雙弧共面（Double-arc Coplanar，2F）計劃、4 弧共面（Quadruple-arc Coplanar，4F）計劃和非共面蝴蝶形布野（Butterfly-shaped Field，BF）計劃，通過評估3 個計劃中靶區(qū)、OAR 和機(jī)器參數(shù)的差異，并比較2F 與4F、2F 與BF 計劃的劑量學(xué)差異，旨在為鼻咽癌容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療中布野方案的選擇奠定理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

選取2019 年12 月至2020 年2 月本院腫瘤科接收的原發(fā)、無遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移鼻咽癌患者10 例作為研究對象，均為首程放療、非妊娠期或哺乳期患者。10 例患者中男性6例，女性4 例；患者年齡20～65 歲，中位年齡51.5 歲；根據(jù)AJCC/UICC 鼻咽癌分期標(biāo)準(zhǔn)第8 版[8]，其中T3 期3 例，T4 期7 例；N1 期4 例，N2 期6 例。本研究經(jīng)本院倫理委員會審核批準(zhǔn)，所有研究對象均對本研究知情并自愿簽署知情同意書。

1.2 模擬及體位固定

10 例患者均采用仰臥位，選用頭枕+熱塑型頭頸肩膜（固定范圍從頭頂?shù)郊绮考靶乩习氩浚┻M(jìn)行固定。使用飛利浦Brilliance Big Bore CT 模擬定位機(jī)（貝斯特飛利浦醫(yī)療保健有限公司公司，荷蘭），待患者呼吸平穩(wěn)后開始靜脈造影增強(qiáng)掃描，掃描層厚3 mm，掃描范圍為從頭頂至鎖骨下3 cm。

1.3 靶區(qū)勾畫

由1 名經(jīng)驗(yàn)豐富的放射科醫(yī)生根據(jù)鼻咽癌靶區(qū)勾畫指南[9]，勾畫出腫瘤原發(fā)灶（Gross Tumor Volume，GTV）和左右高危淋巴結(jié)、高危亞臨床病灶（Clinical Target Volume，CTV1）、預(yù)防照射區(qū)（CTV2 和CTVln）。上述靶區(qū)分別向前、上下和兩側(cè)外擴(kuò)5 mm，向后外擴(kuò)0.3 mm，得到相應(yīng)的計劃靶體積：PGTV、PCTV1（亞臨床病灶區(qū)）、PCTV2（預(yù)防照射區(qū)）和PCTVln（頸部淋巴結(jié)引流區(qū)）。計劃設(shè)計次數(shù)30 次，處方劑量分別為69、66、54 和54 Gy。

1.4 計劃設(shè)計

所有病例CT 圖像傳至Varian Eclipse 11.0 計劃系統(tǒng)（Varian Medical Systems 公司，美國），由經(jīng)驗(yàn)豐富的物理師根據(jù)醫(yī)生要求制定放療計劃。Varian NovalisTX 加速器（Varian Medical Systems 公司，美國）中間32 對多葉準(zhǔn)直器（Multi-leaf Collimator，MLC）寬度為2.5 mm，兩邊28 對寬度為5 mm，Y 方向（頭腳方向）最大開野為22 cm。每例患者分別設(shè)計3 個計劃：2F、4F、BF。其中2F 計劃為2 個共面全弧（190°～170°），4F 計劃為4 個共面全?。?90°～170°），BF 計劃由2 個共面全?。C(jī)架角度190°～170°和170°～190°）和2 個非共面?。C(jī)架角度30°～330°和330°～30°，床轉(zhuǎn)角90°）構(gòu)成。所有共面弧均采用半鉛門技術(shù)，即根據(jù)靶區(qū)大小和形狀調(diào)整鉛門寬度（X 軸方向），同時在計劃設(shè)計時鉛門寬度保持固定，不隨MLC 寬度的改變而發(fā)生變化。本研究將X 軸方向一側(cè)鉛門移動到PCTVln 中間，靶區(qū)另一側(cè)鉛門完全打開。3 個計劃均采用相同的射野參數(shù)、目標(biāo)函數(shù)及優(yōu)化條件，以評估不同布野方式對計劃的影響。

1.5 計劃評估

將靶區(qū)劑量歸一到≥95%的體積，利用劑量-體積直方圖評估靶區(qū)指標(biāo)和OAR 參數(shù)，其中，靶區(qū)評價指標(biāo)包括：最大劑量（Dmax）、平均劑量（Dmean）、適形指數(shù)（Conformity Index，CI）、均勻性指數(shù)（Homogeneity Index，HI）。CI 的范圍為0～1，其中CI=1，表示靶區(qū)劑量完全覆蓋靶區(qū)，適形性最佳；CI=0，表示沒有適形性，適形性最差[10]。HI 理想值為0，其隨計劃劑量分布不均勻而逐漸增大[11]。OAR評估參數(shù)包括：腦干Dmax、脊髓Dmax、左右晶體Dmax、左右腮腺Dmean、喉Dmean、口咽Dmean、左右視神經(jīng)Dmax、視交叉Dmax、下頜骨V30。機(jī)器參數(shù)為機(jī)器跳數(shù)（Monitor Units，MUs）。

1.6 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 20.0 統(tǒng)計學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計量資料采用（±s）表示。由于在實(shí)際計劃設(shè)計和治療中，一般采用2F 布野方式，因此，以2F 計劃為參照，分別比較2F與4F、2F 與BF 之間靶區(qū)、OAR 和機(jī)器參數(shù)的差異。組間數(shù)據(jù)比較采用Wilcoxon 符號秩和檢驗(yàn)，以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)比較

由表1 可知，靶區(qū)劑量參數(shù)中除BF 計劃的PGTV Dmax顯著低于2F 計劃外（P＜0.05），其他參數(shù)比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。由表2 可知，4F 計劃與2F 計劃除PGTV CI 差異無統(tǒng)計學(xué)意義，其余參數(shù)均顯著高于2F 計劃（P＜0.05），而BF 計劃與2F 計劃各參數(shù)CI 比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。4F 計劃與2F 計劃除PCTV1 HI 差異無統(tǒng)計學(xué)意義外，其他參數(shù)均顯著低于2F 計劃（P＜0.05），BF 計劃僅PCTV2 和PCTVln HI 顯著低于2F 計劃（P＜0.05）。

表1 靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)比較（cGy，±s）

表1 靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)比較（cGy，±s）

注：PGTV：腫瘤原發(fā)灶靶區(qū)；PCTV1：亞臨床病灶區(qū)；PCTV2：預(yù)防照射區(qū)；PCTVin：頸部淋巴結(jié)引流區(qū)。與2F比較，aP＜0.05。

靶區(qū) 參數(shù)2F計劃4F計劃BF計劃PGTVDmax 7467.35±41.71 7431.63±79.80 7440.54±40.46a Dmean 7157.62±127.57 7116.84±30.32 7109.72±24.27 PCTV1Dmax 7449.72±62.66 7455.70±64.85 7446.95±39.14 Dmean 6938.31±44.82 6829.97±46.80 6822.88±47.69 PCTV2Dmax 7473.72±42.69 7437.70±93.13 7446.95±39.14 Dmean 6472.68±53.40 6462.34±44.74 6460.02±47.21 PCTVlnDmax 7470.89±113.08 7479.74±119.5 7486.18±103.81 Dmean 6113.35±122.5 6097.47±99.02 6110.28±103.62

表2 靶區(qū)CI和HI比較（±s）

表2 靶區(qū)CI和HI比較（±s）

注：PGTV：計劃腫瘤靶區(qū)；PCTV1：亞臨床病灶區(qū)；PCTV2：預(yù)防照射區(qū)；PCTVin：頸部淋巴結(jié)引流區(qū)；CI：適形指數(shù)；HI：均勻性指數(shù)。與2F比較，aP＜0.05。

靶區(qū) 指標(biāo)2F4FBF PGTVCI0.746±0.091 0.780±0.0550.719±0.069 HI0.060±0.004 0.052±0.007a 0.059±0.004 PCTV1CI0.345±0.062 0.362±0.061a 0.351±0.059 HI0.195±0.010 0.190±0.0150.193±0.010 PCTV2CI0.276±0.050 0.282±0.048a 0.276±0.049 HI0.329±0.011 0.318±0.011a 0.321±0.004a PCTVlnCI0.501±0.043 0.517±0.050a 0.506±0.044 HI0.328±0.009 0.316±0.009a 0.319±0.006a

2.2 OAR劑量學(xué)參數(shù)比較

2F 計劃、4F 計劃和BF 計劃的OAR 劑量學(xué)改變詳見表3，4F 計劃對脊髓、左右腮腺和喉的Dmax或Dmean均顯著低于2F 計劃（P＜0.05）。BF 計劃僅喉的Dmean顯著低于2F 計劃（P＜0.05），且BF 計劃的視交叉、左右晶體Dmax均顯著高于2F 計劃（P＜0.05）。4F 計劃和BF 計劃的其余參數(shù)與2F 計劃比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。

表3 OAR參數(shù)比較（±s）

表3 OAR參數(shù)比較（±s）

注：與2F比較，aP＜0.05。

部位 參數(shù)2F計劃4F計劃BF計劃腦干Dmax/cGy5792.03±315.685754.46±310.465777.88±351.50脊髓Dmax/cGy3805.84±240.033644.46±182.06a3767.69±141.04右晶體Dmax/cGy636.10±117.76611.94±98.68727.28±110.28a左晶體Dmax/cGy601.09±82.11602.25±100.68719.92±155.51a右腮腺Dmean/cGy3233.79±176.543119.86±131.70a3253.49±157.46左腮腺Dmean/cGy3295.92±216.143174.09±198.02a3288.18±198.98喉Dmean/cGy3332.43±223.033138.87±165.80a2973.70±149.96a口咽Dmean/cGy3375.87±143.273315.16±82.943399.34±80.13右視神經(jīng)Dmax/cGy3381.39±1755.893363.52±1744.283408.62±1750.85左視神經(jīng)Dmax/cGy2801.81±1082.012768.42±1032.942908.04±1063.29視交叉Dmax/cGy1662.97±1131.551706.14±1188.741794.53±1211.75a下頜骨V30/%49.52±13.3247.38±12.5052.02±12.01

2.3 MUs比較

4F 計 劃 的MUs 為（881.40±60.20）， 顯 著 高 于2F 的（771.90±39.60）（P=0.002）；BF 計 劃 的MUs為（755.40±44.79），與2F 計劃比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.232）。

3 討論

本文研究了常規(guī)2F計劃與4F和BF計劃的劑量學(xué)差異，其中蝴蝶形布野是一種非共面的布野方式，由2 個共面全弧和1 個或2 個非共面弧構(gòu)成，其是一項非常成熟的放射治療技術(shù)，目的在于增加中間靶區(qū)照射劑量的同時避開靶區(qū)兩側(cè)的OAR，其療效取決于能否避開OAR（在靶區(qū)與周圍OAR 之間形成峰巒狀的劑量分布，從而提高靶區(qū)適形度，有效提高靶區(qū)受照劑量），可使靶區(qū)得到充足的照射劑量的同時保護(hù)OAR。

本研究結(jié)果表明，對于靶區(qū)，BF 計劃僅對PGTV 的最大值控制有明顯優(yōu)勢，其余參數(shù)無明顯差異。整體上看，4F 計劃除PGTV 外，其余靶區(qū)適形性均優(yōu)于2F 計劃，而BF 計劃與2F 計劃無明顯差異。對于靶區(qū)均勻性，4F 計劃除PCTV1 外，其余靶區(qū)均優(yōu)于2F 計劃；BF 計劃除PCTV2 和PCTVln 外，其余靶區(qū)均勻性均好于2F 計劃。在OAR 保護(hù)方面，4F 計劃對脊髓、腮腺和喉保護(hù)更好，而BF 計劃對靶區(qū)高劑量控制更好，部分靶區(qū)均勻性好于2F 計劃，但對OAR 的保護(hù)僅體現(xiàn)為喉，而視交叉、左右晶體最大劑量甚至高于2F計劃，與李鋼等[12]研究結(jié)果一致，即非共面計劃在晶體的保護(hù)上不一定優(yōu)于共面計劃。Jeong等[2]和Ning 等[13]研究非共面計劃在鼻竇和鼻旁竇腫瘤放療中的應(yīng)用時也發(fā)現(xiàn)，非共面VMAT 計劃在靶區(qū)劑量和重要OAR 保護(hù)上優(yōu)勢并不明顯。分析原因?yàn)?，一方面，BF計劃均采用相同的機(jī)架角度和床轉(zhuǎn)角；另一方面在設(shè)計BF計劃時未固定鉛門，即2 個非共面弧僅作用于位于鉛門中間的部分靶區(qū)。因此，在未來的計劃設(shè)計時需進(jìn)一步改進(jìn)。本研究發(fā)現(xiàn)，4F 計劃在靶區(qū)適形性和均勻性上均優(yōu)于2F計劃，對部分器官保護(hù)也更好，與楊金磊等[14]研究結(jié)果一致。此外，4F 計劃在獲得更好劑量分布的同時還能降低正常組織受量，但機(jī)器跳數(shù)明顯增加，會增加治療時間。這是由于增加弧的數(shù)量可以在同一個入射角度上增加一個通量分布，即提高了劑量調(diào)制能力[15]。

非共面計劃在滿足靶區(qū)劑量要求的同時，也能實(shí)現(xiàn)OAR 的保護(hù)限量，在劑量梯度較大的靶區(qū)和器官之間還能形成很大的劑量跌落，但非共面VMAT 的實(shí)現(xiàn)與加速器性能有關(guān)，李鋼等[12]認(rèn)為，當(dāng)MLC 葉片寬度小于5 mm 時，VMAT 能夠使靶區(qū)劑量快速跌落，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的計劃。但BF 計劃有一個弊端，即床轉(zhuǎn)角需要治療師進(jìn)入機(jī)房進(jìn)行手動操作，這樣會增加患者治療時間，降低工作效率。因此，對于臨床實(shí)際情況，應(yīng)以共面計劃為主，為了進(jìn)一步提高VMAT 的調(diào)制能力，可以采用增加治療弧的方法。

鉛門對VMAT 計劃的質(zhì)量影響較大，射野增大，射線能量增高，MLC 的漏射和透射也隨之增加，OAR 受量也相應(yīng)提高，因此，需要鉛門和MLC 匹配良好才能得到最理想的結(jié)果[16]。本研究根據(jù)鼻咽癌靶區(qū)的空間分布特性，在VMAT 計劃設(shè)計時采用半鉛門技術(shù)，即將X 方向的鉛門一側(cè)固定在淋巴引流區(qū)中間位置，而鉛門的另一側(cè)完全打開，將靶區(qū)的50%完全暴露于鉛門范圍內(nèi)，設(shè)置兩個X 方向?qū)ΨQ的全弧實(shí)現(xiàn)靶區(qū)的照射。這種半鉛門技術(shù)本質(zhì)上屬于固定鉛門技術(shù)，一般用于無鉛門自動跟隨技術(shù)的加速器上[11]。對于口咽癌、鼻咽癌等靶區(qū)形狀類似的腫瘤，使用這種技術(shù)，可以降低MLC 的適形難度，提高射線輸出效率，在保證靶區(qū)劑量的同時更好地保護(hù)淋巴引流區(qū)中間和后頸部的正常組織[17]。陳亞正等[18]通過對口咽癌的研究發(fā)現(xiàn)，半鉛門技術(shù)可以明顯改善靶區(qū)HI 和CI，降低腦干、脊髓的Dmax，同時降低口腔、喉的Dmean，且在劑量分布方面有明顯優(yōu)勢。

4 結(jié)論

本研究分別對比了鼻咽癌4 弧共面計劃與2 弧共面計劃、蝴蝶形布野非共面計劃與2 弧共面計劃的劑量學(xué)差異。3 種計劃均能滿足靶區(qū)劑量要求，但BF 計劃對OAR的保護(hù)并不優(yōu)于共面計劃；4F 計劃在獲得更好劑量分布的同時能降低正常組織受量，但會增加機(jī)器跳數(shù)。今后的研究可以不斷完善病例的收集與分類，對部分OAR 的特殊要求設(shè)計不同的蝴蝶形射野計劃，針對常規(guī)患者建議采用2 弧VMAT，對OAR 保護(hù)嚴(yán)格的計劃可以采用4 弧VMAT。