食管癌放射治療劑量研究范文

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《輻射研究與輻射工藝學報》2016年第5期

摘要：

比較食管癌患者應用螺旋斷層、徑照斷層、容積旋轉調強和固定野動態調強4種放療計劃的劑量學差異。選取18例食管癌患者，利用Pinnacle9.2計劃系統設計單弧360°VMAT放療計劃和5野IMRT放療計劃。利用TomoHDTM2.0.7計劃系統設計TH放療計劃和5野TD放療計劃。利用劑量體積直方圖統計靶區劑量參數、適形性指數和均勻性指數，肺、心臟、脊髓劑量體積參數，出束時間和治療跳數。TH計劃靶區適形性和靶區均勻性略優于TD計劃，VMAT計劃靶區適形性和靶區均勻性略優于IMRT計劃，且前兩種計劃明顯優于后兩種；TH計劃和VMAT計劃肺V20Gy、V30Gy，心臟V30Gy、V40Gy分別優于TD計劃和IMRT計劃；但是TD計劃肺V5Gy具有其他計劃都不具有的優勢。TH計劃優于TD計劃優于VMAT計劃優于IMRT計劃。但如果考慮性價比，本研究認為對于食管癌VMAT計劃是首選；如果考慮放射治療計劃的質量，TH計劃是首選；但如果靶區體積比較大，肺的低劑量無法達到臨床要求時，可以考慮用TD計劃解決這一難題。

關鍵詞：

食管癌；螺旋斷層；徑照斷層；容積旋轉調強；固定野動態調強；劑量學比較

放射治療是食管癌的主要治療手段之一，但是由于病變區與脊髓、肺等重要器官緊鄰，所以主要考慮靜態調強放射治療和容積旋轉調強放射治療，有關兩種計劃劑量學比較的研究也頗多[1-3]，總體來說，VMAT計劃劑量分布優于IMRT計劃，且能減少治療跳數和降低危及器官的受量[4-6]。隨著放療技術的發展，螺旋斷層放射治療成為目前最先進的光子放療技術[7]，尤其是第二代Tomotherapy機器的出現，它不僅能提供螺旋斷層放射照射，即機架360°旋轉的同時治療床緩慢移動，而且能提供斷層徑照射，即機架僅固定在給定的n個角度但治療床緩慢進出n次[8]。美國MDAnderson腫瘤中心的LANGEN博士[9]對用螺旋斷層方式和斷層徑照方式在乳腺癌短程放療的計劃對比研究中發現，在靶區的適形度上，螺旋斷層的劑量分布要更好，但是斷層徑照在同側肺的保護上明顯超過螺旋斷層方式。TH計劃能給予更加精細的劑量分布，但是由于360°旋轉治療造成食管癌，主要危及器官肺低劑量大體積，從而增加引起放射性肺炎的機率[10]，第二代Tomotherapy獨有的TD技術不僅同樣能給予相對精細的劑量分布，而且能降低肺低劑量的體積，該結論已在乳腺癌上得到驗證[11]。本研究通過比較TH、TD、VMAT和IMRT四種放射治療計劃的靶區劑量分布和危及器官受到的劑量來為食管癌的臨床放射治療的應用提供依據。

1材料和方法

1.1一般資料

隨機選取湖南省腫瘤醫院2015年1~10月的18例食管放射治療的食管癌患者，其中男性15例，女性3例；中位年齡62(46~72)歲；根據UICC2002TNM分期，其中T3N1M08例、T3N2M05例、T2N1M01例、T3M0N03例、T4N0N01例；患者頸胸熱塑體膜固定，仰臥位雙臂上舉抱頭。在GE型CT模擬定位機下進行自由平靜呼吸螺旋和靜脈增強掃描，層厚5mm，掃描上、中、下整段食管，獲得CT圖像傳輸至放射治療計劃系統進行三維重建。

1.2靶區和危及器官定義

由科室放療醫生根據ICRU50和62號文件應用Pinnacle9.2計劃系統在CT影像上勾畫出原發腫瘤區；臨床靶區由GTV縱軸方向外擴3~5cm，前后左右外擴0.5cm（外放后根據解剖結構稍微調整），計劃靶區由CTV外放0.5cm得到。肺、脊髓和心臟為危及器官。

1.3放射治療計劃

臨床處方劑量DT要求：DPTV=60Gy/30次，VDT95%，Dmax66Gy，危及器官處方劑量要求：肺V5Gy60%~65%、V20Gy30%、V30Gy20%；心臟V30Gy40%、V40Gy30%；脊髓D1%45Gy；按照臨床處方劑量要求設計以下4組計劃：(1)TomoHDTM2.0.7計劃系統，劑量率為863MU/min，螺旋斷層照射方式(TH)；(2)TomoHDTM2.0.7計劃系統，劑量率為863MU/min，五野的斷層徑照方式(TD)；(3)Pinnacle9.2計劃系統，6MV-X線，最大劑量率為600MU/min，單弧逆時針容積旋轉治療(VMAT)：起始角度179°，終止角度181°，準直器角度5°，治療床角0°，每4°一個弧形野；(4)Pinnacle9.2計劃系統，6MV-X線，劑量率為600MU/min，固定野調強放射治療(IMRT)，采取與TD計劃相同角度的五野。

1.4評估方法

根據ICRU83[12]號報告，通過評估劑量體積直方圖(Dosevolumehistogram,DVH)的以下參數來評估靶區劑量分布（Vx表示靶區或者危機器官受到不大于xGy劑量照射的體積，單位：%；Dx%表示靶區或者危機器官x%的體積接受的吸收劑量，單位Gy；Dmean表示平均劑量）：D50%、D95%、Dmean、V50以及適形性指數[13]和均勻性指數[14]。CI=DT-PTVDT-PTVDTPTVVVVV式中：VDT-PTV計劃靶區中達到處方劑量的體積，VDT表示達到處方劑量的體積，VDT-PTV表示計劃靶區的體積。HI=%50%98%2DDD適形性指數CI值越接近1，說明計劃適形度越高；HI值越接近0，說明計劃的均勻度越高。危及器官中評估肺V5Gy、V10Gy、V20Gy、V30Gy和Dmean；脊髓D1%和Dmean；心臟V30Gy、V40Gy和Dmean；由于Tomotherapy是采用出束時間來表示治療效率，而普通加速器是采取治療跳數(MU)來表示治療跳數，所以只存在TH與TD比較，VMAT與IMRT比較。

1.5統計學分析

數據以x±s表示，采用SPSS19.0進行統計學分析，行配對t檢驗，p<0.05時認為差異具有統計學意義。

2結果

2.1靶區劑量分布

四種計劃的靶區劑量分布均能滿足臨床劑量要求。如表1和圖1所示：靶區適形性指數CI、均勻性指數HI、VDT和D95%的TH、TD、VMAT和IMRT計劃差異均具有統計學意義。四種計劃的D95%相當，且差異均具有統計學意義。D50%是TH計劃、TD計劃和VMAT計劃相當且優于IMRT計劃，但差異不具有統計學意義。

2.2危及器官劑量分布

四種計劃的肺、心臟和脊髓的劑量均能達到臨床劑量要求。如表2所示，肺V5Gy、V10Gy、V20Gy和V30Gy的TH、TD、VMAT和IMRT計劃差異均具有統計學意義；肺Dmean是TH和TD相當，但優于也相當的VMAT和IMRT，且除VMAT和IMRT比較差異不具有統計學意義外，其余均有。心臟V30Gy和V40Gy的TH、TD、VMAT和IMRT計劃、差異均具有統計學意義；脊髓D1%的TH、TD、VMAT和IMRT計劃差異均具有統計學意義。

2.3出束時間或跳數

TH和TD計劃的出束時間分別為(11.85±4.112)min和(6.780±1.424)min，VMAT和IMRT計劃跳數分別為(459.33±59.93)MU和(862±150.945)MU，且差異均具有統計學意義。

3討論

國內外關于食管癌放射治療計劃的劑量學比較頗多，但是多為VMAT、IMRT和3D-CRT之間的比較[15-16]。大量研究表明，VMAT與IMRT的計劃相比，對于食管癌最大的優勢在于顯著降低治療時間，減少跳數MU，同時還能提高靶區適形性和均勻性，降低肺和心臟高劑量的體積[17-18]，而肺V20Gy和V30Gy均是臨床放射性肺炎的重要指標[19]，但是由于360°旋轉照射治療會增加肺低劑量即V5Gy的體積，而V5Gy也是臨床認為引發放射性肺炎的重要指標[20]；本研究中，VMAT和IMRT計劃的比較得到了同樣的結論，相對于IMRT計劃，VMAT計劃的治療跳數減少46.8%，肺V20Gy和V30Gy均降低3%，心臟V30Gy和V40Gy分別降低4%和2%，但是肺V5Gy和V10Gy分別提高5%和3%，脊髓D1%兩者相當。VMAT計劃靶區適形性指數CI、均勻性指數HI、D50%、D95%、Dmean和VDT都有優勢，但是優勢并不明顯。而Fu等[21]研究表明，當食管癌IMRT計劃超過5個射野時，靶區的適形性并不會隨著射野的增加而提高。食管癌中危及器官肺是大體積器官，處于整段食管的兩側，是食管癌中重要關注的器官，為了不引起放射性肺炎降低肺受到的劑量，往往是以犧牲靶區適形性和均勻性為代價的。國內為有關Tomotherapy的TH計劃、VMAT和IMRT計劃比較的研究也有一些，主要是在肺癌、鼻咽癌和宮頸癌等[22-24]。但是由于TD技術是二代Tomotherapy機型獨有，所以相關的研究很少。已有研究[11]比較乳腺癌TH和TD計劃，表明TD照射方式改善了危急器官的低劑量區受照體積，改善了出束時間，在減少危急器官低劑量區體積和更好的靶區劑量適形性與均勻性分布上是一個很好的選擇。它給需要大范圍的危急器官保護患者提供了一種治療方式的選擇；Mcintosh等[25]在運用TD研究乳腺癌治療上也得出同樣或類似的結果，即對肺、心臟等關鍵器官的保護上，TD優勢明顯。本研究通過比較食管癌TH計劃和TD計劃劑量學差異發現，與TD計劃相比，TH計劃靶區適形性指數CI、均勻性指數HI、D50%、D95%、Dmean和VDT都略有優勢，但是優勢并不明顯。TD計劃的出束時間較TH計劃減少了42.78%，大大提高了射線的利用率。肺V5Gy和V10Gy，TD計劃比TH計劃分別降低7%和6%，但是肺V20Gy和V30Gy分別增加1%和3%，心臟V30Gy和V40Gy分別增加2%和4%，脊髓D1%兩者相當。由此可知，TD計劃對于肺的低劑量體積確實有一定優勢，而TH計劃的優勢體現在肺和心臟的高劑量體積。對于食管癌計劃來講，如果十分關注肺低劑量的體積但TH計劃又不能滿足臨床要求的情況下，可以考慮使用TD計劃，而且TD計劃可以大量減少出束時間。但是如果TH計劃的肺低劑量體積能滿足臨床要求，出束時間合適的情況下，優先考慮TH計劃不僅能降低肺高劑量的體積降低放射性肺炎發生幾率，而且能降低心臟受到的劑量提高患者的生存質量。整體來講，TH計劃和TD計劃的靶區適形性CI、靶區均勻性HI、VDT、肺V20Gy、V30Gy、Dmean和脊髓D1%都要優于VMAT和IMRT計劃；四種計劃的靶區D50%和Dmean是相當，沒有明顯的差異；心臟V30Gy和V40Gy均是TD計劃VMAT計劃相當，劣于TH計劃但比優于IMRT計劃；靶區劑量D95%是TH計劃優于TD計劃優于VMAT計劃優于IMRT計劃；肺V5Gy和V10Gy是TD計劃優于IMRT計劃優于TH計劃優于VMAT計劃。綜上所述，食管癌的四種計劃均能滿足臨床劑量要求，其中TH計劃的質量最優，但對肺低劑量體系的保護上TD計劃更具有優勢。由于目前國內Tomotherapy機器新且少，加之很多省份還未納入醫保范圍內，所以從實際臨床工作和治療費用來講，無論是對于患者還是對于技術員，VMAT計劃和IMRT計劃的性價比更高，而這其中VMAT計劃對于提高患者的治療效果和生存質量具有一定優勢。所以如果考慮性價比，本研究認為對于食管癌VMAT計劃是首選；如果考慮治療效果和生存質量，TH計劃是首選，但如果靶區體積比較大，肺的低劑量無法達到臨床要求時，可以考慮用TD計劃解決這一難題。

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作者:熊綺麗 徐剛 石勇 倪千喜 顧強 單位:中國科學院上海應用物理研究所 中南大學湘雅醫學院附屬腫瘤醫院 中南大學湘雅三醫院