鼻咽癌螺旋断层放疗与固定野动态调强放疗的剂量学比较研究*

陈亚正，廖雄飞，黎 杰，王 培

(四川省肿瘤医院放疗中心，成都 610041)

肿瘤放疗经历了二维治疗、三维适形放疗(3DCRT)、调强适形放疗(IMRT)、图像引导调强放疗(IGRT)等新技术的发展。目前，鼻咽癌固定野动态调强放疗(dIMRT)和螺旋断层放疗(Tomotherapy)也已广泛应用于临床治疗。本文从剂量学方面对后两种技术进行比较研究，为鼻咽癌的临床治疗提供技术参考。

1 资料与方法

1.1 病例选择

随机选取2013～2014年15例已经完成dIMRT治疗的T2N2Mo分期鼻咽癌患者(男性7例，女性8例，年龄20～75岁，中位年龄45岁)，靶区轮廓，危及器官及其他正常组织由同一医生勾画完成。

1.2 靶区定义及处方

靶区勾画规则参照“2010鼻咽癌调强放疗靶区及剂量设计指引专家共识”［1］，根据我院放疗中心摆位误差以及病人的移动情况，所有靶区均外放3mm，包括原发肿瘤靶区 PGTVnx，亚临床病灶区PCTV1，预防照射区 PCTV2，颈部淋巴结引流区PCTVln，颈部左右转移淋巴结 PGTVlnL、PGTVlnR，所有靶区均在皮肤以下3mm。处方剂量分别为69Gy、66Gy、60Gy、60Gy、69Gy、69Gy(所有被选择的病人均行此处方)，治疗次数为30次。危及器官包括脑干，脊髓，左右晶体，左右视神经，视交叉，腮腺，口咽，喉咙等器官。

1.3 计划设计

固定野动态调强计划采用Eclipse11．0计划系统，计算矩阵网格为(2×2×2)mm3，剂量计算为analytical anisotropic algorith(AAA)算法，准直器角度为0，机架角度的射野分布为共面7野均分(153°、102°、51°、0°、309°、258°、207°)，机器型号为Novalis Tx，60对 MLC，MLC在等中心宽度为2．5mm，MLC 运动方式为滑窗(sliding window)模式，最大射野为(22×40)cm2。Tomotherapy放疗计划使用的射野宽度(field width)为2．5cm，剂量计算网格为(0．39 ×0．39 ×0．39)cm3，调制因子(modulation factor)为 3．5，螺距比(pitch)为 0．43，计算算法为卷积迭代(convolution superposition)，64对二元气动多叶光栅。两组计划采用的标称能量均为6MV。

1.4 治疗计划评估

比较两组计划的剂量体积直方图(dose volume histogram，DVH)以及等剂量曲线在靶区和危及器官的覆盖分布情况。靶区的评估指标包括D98、D95、D50、D2，以及均匀性指数(homogeneity indices，HI)。D98、D95、D50、D2 分别表示 98%、95%、50%、2%的靶区体积受到的照射剂量。均匀性指数HI的定义为:HI=(D02-D98)/D50。HI越接近于0，说明均匀性越好。危及器官的评估指标包括脑干、脊髓的Dmax、D1cc，左右晶体、视神经、视交叉，颞叶的Dmax;腮腺、颞颌关节、下颌骨、中耳的 Dmax、Dmean;口咽、喉咙的 Dmean、D50、D05;对正常组织比较5Gy、10～50Gy的剂量所占正常组织的体积(即 V5、V10～V50)。机器跳数(monitor units，MUs)比较两种技术单次照射总跳数的平均值，治疗时间为加速器单次治疗病人出束的平均值(不包括摆位时间)。

1.5 统计学方法

采用SPSS 19．0软件对数据进行统计学分析，计量资料以均数±标准差(±s)表示，两种计划剂量学的比较采用配对 t检验进行统计学分析，P＜0．05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 Tomotherapy与dIMRT剂量分布比较

图1显示了同一病例Tomotherapy计划与dIMRT计划在同一位置的横断面，矢状面，冠状面剂量分布，可以看出两种计划的60Gy、66Gy、69Gy等剂量曲线对靶区的覆盖基本一致。但dIMRT计划在口咽和后颈区域具有更多的高剂量(40～60Gy)分布，颈部两侧的淋巴结引流区66Gy以上的剂量区域明显多于Tomotherapy计划，说明PCTVln的剂量均匀性差于Tomotherapy。见图1。

图1 同一患者Tomotherapy与dIMRT横断面、冠状面、矢状面的剂量分布

2.2 Tomotherapy 与dIMRT关于DVH图比较

图2 鼻咽癌Tomotherapy与dIMRT计划DVH图的比较

图2为Tomotherapy与dIMRT两组计划关于靶区和危及器官的DVH图比较:Tomotherapy计划的靶区曲线更加陡直，即靶区剂量均匀性更优，热点和冷点较少;Tomotherapy计划的口咽的剂量曲线低于dIMRT;晶体和视神经的曲线均高于dIMRT。见图2。

2.3 Tomotherapy与dIMRT靶区剂量参数的比较

Tomotherapy计划的 PGTVnx、PCTVln的 D98、D02以及所有靶区的均匀性指数HI，均优于dIMRT，差异有统计学意义(P＜0．05)，靶区其他参数差别不大。见表1。

表1 Tomotherapy与dIMRT两组计划靶区的剂量参数比较(Gy，±s)

表1 Tomotherapy与dIMRT两组计划靶区的剂量参数比较(Gy，±s)

靶区 Tomotherapy(Gy) dIMRT(Gy)t P PGTVnx D98 68．73 ±0．17 67．64 ±0．89 3．561 0．006 D95 69 68．39 ±0．6 3．177 0．011 D50 70．54 ±0．33 70．89 ±0．53 1．866 0．095 D2 72．01 ±0．54 73．53 ±0．9 4．462 0．002 HI* 0．047 ±0．0088 0．083 ±0．0207 4．779 0．001 PGTV1 D98 65．39 ±0．36 64．83 ±1．01 1．712 0．121 D95 66 ±0．03 65．98 ±0．94 0．083 0．936 D50 68．38 ±0．22 69．36 ±0．72 3．615 0．006 D2 70．8 ±0．45 72．68 ±0．85 5．625 0 HI* 0．079 ±0．009 0．113 ±0．203 4．873 0．001 PGTV2 D98 59．05 ±0．61 58．01 ±1．46 2．093 0．066 D95 59．97 ±0．07 59．86 ±0．73 0．506 0．625 D50 64．46 ±0．42 65．33 ±0．67 3．682 0．005 D2 68．94 ±0．62 70．73 ±1．21 4．323 0．002 HI*0．153 ±0．018 0．194 ±0．035 3．239 0．01

注:*不带单位

2.4 Tomotherapy与dIMRT关于正常组织剂量参数比较

Tomotherapy计划组的左、右视神经，视交叉的平均最大剂量Dmax高于dIMRT(P＜0．05);左、右晶体平均最大剂量Dmax高于dIMRT(P＞0．05)，脑干和脊髓D1cc低于dIMRT(P＜0．05)。左右腮腺的Dmean、D33，以及口咽的Dmean均明显低于dIMRT(P ＜0．05)。见表2。

表2 Tomotherapy与dIMRT两组计划的危及器官剂量参数(Gy，±s)

表2 Tomotherapy与dIMRT两组计划的危及器官剂量参数(Gy，±s)

评估参数 Tomotherapy(Gy)dIMRT(Gy)t P脑干Dmax 46．10 ±5．1 43．35 ±2．92 2．537 0．032 D1cc 29．63 ±3．67 33．60 ±2．95 4．531 0．001脊髓Dmax 37．16 ±3．33 41．64 ±2．49 6．434 0 D1cc 29．56 ±3．21 36．91 ±2．22 6．807 0左晶体 Dmax 4．24 ±2．11 3．22 ±0．75 2．164 0．059右晶体 Dmax 4．19 ±1．98 3．33 ±0．98 2．038 0．072左视神经 Dmax 25．99 ±9．52 7．65 ±4．21 7．851 0右视神经 Dmax 27．37 ±12．27 11．49 ±15．68 5．353 0视交叉 Dmax 17．89 ±9．52 5．81 ±2．16 5．042 0．001左颞叶 Dmax 63．63 ±2．94 63．98 ±4．89 0．509 0．623右颞叶 Dmax 64．49 ±3．06 64．49 ±3．88 0．003 0．997左腮腺Dmean 26．08 ±2．7 30 ±4．19 3．996 0．003 D33 25．96 ±3．66 30．58 ±4．83 3．906 0．004右腮腺Dmean 25．94 ±2．34 39．25 ±3．83 3．596 0．006 D33 26．39 ±3．38 30．57 ±5．1 3．804 0．004左颞颌关节Dmean 30．28 ±2．37 31．87 ±2．17 1．978 0．079 D33 47．68 ±4．07 47．43 ±8．34 0．117 0．909右颞颌关节Dmean 29．42 ±2．29 30．87 ±1．86 2．058 0．07 D33 45．43 ±4．28 45．04 ±6．13 0．304 0．768左下颌骨Dmean 31．50 ±2．38 33．81 ±1．98 2．398 0．04 D33 67．57 ±3．75 69．4 ±4．5 1．778 0．109右下颌骨Dmean 31．88 ±1．78 33．16 ±1．39 1．727 0．118 D33 67．85 ±4．19 68．59 ±4．86 0．484 0．64左中耳Dmean 34．38 ±1．84 38．07 ±4．27 3．437 0．007 D33 52．01 ±3．78 54．01 ±5．9 3．437 0．239右中耳Dmean 34．17 ±2．14 38．57 ±4．25 4．073 0．003 D33 49．13 ±16．19 55．63 ±7．36 1．223 0．252口咽Dmean 26．54 ±1．66 28．38 ±2．47 3．967 0．003 D50 22．99 ±2．03 25．84 ±3．09 30．889 0．005 D05 46．26 ±1．1 50．7 ±3．29 3．969 0．003喉咙Dmean 26．65 ±1．62 26．99 ±1．99 0．507 0．624 D50 23 ±2．82 23．69 ±2．55 0．54 0．603 D05 46．16 ±3．75 46．47 ±4．17 0．235 0．032

2.5 正常组织(皮肤体积减去所有靶区体积)剂量比较

Tomotherapy计划的 V10～V30、V69均低于dIMRT(P ＜0．05)，V5、V40、V60 也比 dIMRT 计划组低，但是差异没有统计学意义(P＞0．05)。见表3。

表3 Tomotherapy和dIMRT的正常组织剂量比较(%，±s)

表3 Tomotherapy和dIMRT的正常组织剂量比较(%，±s)

Tomotherapy(%) dIMRT(%)t P V5 38．95 ±11．51 40．31 ±9．83 0．916 0．384 V10 25．59 ±10．6 34．3 ±7．11 2．663 0．026 V20 21．05 ±4．75 25．88 ±4．91 4．4 0．002 V30 13．94 ±3．23 17．3 ±3．51 4．8 0．001 V40 9．91 ±2．36 10．87 ±2．13 1．87 0．094 V50 6．86 ±1．73 3．86 ±1．25 0．00 1．000 V60 3．26 ±1．30 4．27 ±0．76 1．995 0．077 V69 0．39 ±0．46 1．29 ±0．35 4．574 0．001

2.6 机器跳数与照射时间的比较

Tomotherapy加速器在旋转过程中不间断出束，病人治疗一次的跳数(MU)远远多于dIMRT，平均单次出束为(8 371±213)MU，比 dIMRT(2 163±92)增加了2．9倍(P=0．000);平均单次照射时间为(9．4 ±0．6)mins，比 dIMRT(13．6 ± 1．1 mins)减少了 44%(P=0．000)。

3 讨论

螺旋断层放疗系统(Tomotherapy)是将6MV加速器径向安装在CT机架里，综合了直线加速器和螺旋CT的特点，以兆伏级能量X射线扫描人体实现图像引导放疗(IGRT)。Tomotherapy系统可以实现360o旋转，每隔7度计算一次多叶光栅的位置，共有51个投影角度照射患者肿瘤靶区。与常规加速器不同的是其光栅为64对二元气动多叶光栅，单次照射多达10万个子野，开闭时间只有20ms，因此靶区剂量高度适形，正常器官能最大限度的得到保护。Tomotherapy的薄层设计使得治疗肿瘤的大小、位置、数量不受到限制。Tomotherapy的field width和pitch值越大，照射野内暴露的危及器官面积越大，所受剂量会更高，剂量分布越差;相反，field width和pitch越小，对靶区的剂量分布和正常器官的保护会更好，但是计算时间和加速器治疗时间，机器跳数(MU)会相应增加［2］。因此设置优化参数时要考虑到肿瘤的体积大小、数量、分布、以及和危及器官之间的相对邻近关系。对于体积较大，周围无重要器官或有一定耐受量正常组织的靶区，可以将射野宽度和螺距放大一些，以提高Tomotherapy的执行效率。

文献［3-5］报道了鼻咽癌 Tomotherapy与IMRT技术的剂量学差异，研究结果与本研究结论相似，即Tomotherapy技术在满足临床要求的靶区剂量前提下比常规IMRT技术更能降低大部分危及器官及正常组织的受照量。此外，Sheng［6］比较了10例鼻咽癌Tomotherapy和静态调强SAS-IMRT两种技术上的剂量学特点，认为Tomotherapy技术具有突出的剂量学优势，降低了OAR并发症的风险。Lee［2］研究了Tomotherapy和SAS-IMRT在鼻咽癌调强放疗中的剂量学比较，结果是Tomotherapy计划在靶区适形度和均匀性上具有更加明显的剂量学优势，除了视神经、视交叉最大剂量高于SAS-IMRT外，其他危及器官剂量均低于SAS-IMRT。Kim［7］使用Tomotherapy与Pinnacle系统的SmartARC和IMRT对鼻咽癌做了剂量学比较，认为Tomotherapy具有非常好的PTV剂量均匀性，能够更好地保护正常器官，缩短了治疗时间。李奇欣［8］等人对鼻咽癌Tomotherapy、VMAT、固定野IMRT三种方法进行了对比研究，结果是Tomotherapy计划的靶区适形度和剂量均匀性最优;脊髓、脑干、腮腺受量最低，但对于视神经、视交叉、晶状体的受量Tomotherapy计划相对较高。本研究结果中，15例患者两种计划的靶区剂量均能满足临床处方要求［1］。Tomotherapy计划组所有靶区的均匀性指数HI均优于dIMRT(P＜0．05)，其中靶区 PGTVnx、PGTVlnL、PGTVlnR、PGTVln 的 D98、D02均优于dIMRT(P＜0．05)，说明冷点和热点相对更少;左右腮腺平均剂量降低了4Gy左右(P＜0．05)，杭霞瑜［9］与Han［10］的研究结果中腮腺平均剂量降低4．5Gy、5Gy;左右中耳的平均剂量降低了约4Gy(P ＜0．05);口咽的 Dmean、D50、D05 分别降低了6%、11%、6%;其他大部分危及器官(除视神经、视交叉以外)的平均剂量或者最大剂量均有不同程度的下降。上述提及的文献中对于靶区均匀性以及危及器官剂量受量方面的讨论结果与本研究一致。

综上所述，Tomotherapy计划组的靶区具有更加陡峭的剂量梯度，大部分危及器官的受量均明显低于dIMRT，除了视神经、视交叉、晶体所受剂量稍高于dIMRT。靶区附近的危及器官热点分布较少，剂量曲线更为收敛。文献［11］提出第二原发癌与全身所受过多不必要的照射剂量有直接关系，本研究数据显示Tomotherapy系统能尽量降低全身所受剂量照射。总之，螺旋断层放疗技术在鼻咽癌放疗中具有明显的剂量学优势，缩短了治疗时间，具有良好的临床意义和应用前景。

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