鼻咽癌不同调强放射治疗计划的剂量学比较

卢晓光，王峻峰，黄河

(华中科技大学同济医学院附属同济医院肿瘤科，湖北 武汉 430030)

鼻咽癌(Nasopharyngeal Carcinoma, NPC)是指发生于鼻咽腔顶部和侧壁的恶性肿瘤。我国鼻咽癌发病率为耳鼻咽喉恶性肿瘤之首，是高发恶性肿瘤之一，显著高于其他大多数国家，尤以南部地区其发病率最高，每10万人中就有15～50人罹患鼻咽癌[1～3]。

由于鼻咽癌解剖位置关系明确，而且大多对放射治疗具有中度敏感性，调强放射治疗(Intensity Modulated Radiation Therapy, IMRT)成为原发性鼻咽癌的首选治疗方法。鼻咽癌靶区范围通常较大，靶区周围危及器官(Organ At Risk，OAR)较多且占位复杂，如何在保证靶区照射剂量的同时更好地保护正常组织和危及器官是制定鼻咽癌放疗计划的关键[4～7]。IMRT计划普遍采用逆向设计方案，其核心就是利用数学算法优化设计治疗计划，治疗计划设计的优劣直接影响放疗疗效[8]。当前IMRT实现方式主要有固定野静态调强(Step and Shoot, S&S)、固定野动态调强(Dynamic Multi-leaf Collimator，DMLC)和容积旋转调强(Volumetric Modulated Arc Therapy, VMAT)，为比较上述3种模式IMRT计划的剂量学差异，本研究在相同优化参数下，利用医科达Monaco5.11治疗计划系统比较了3种鼻咽癌IMRT治疗计划靶区和危及器官的剂量。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2017年1月至2017年7月收入本院肿瘤科的鼻咽癌患者20例，所有患者均无放疗禁忌证。患者均采用头颈肩热塑膜固定，双臂自然平放于身体两侧，在自由平静呼吸状态下呈仰卧位进行CT模拟定位，扫描范围从头顶露空至锁骨头下缘2cm，扫描层厚为3 mm，通过专用网络将患者定位图像传输至Monaco治疗计划系统进行三维重建。

1.2 靶区和危及器官定义

由1名资深医师应用Monaco治疗计划系统在重建的CT影像上勾画肿瘤靶区(Gross Target Volume, GTV)、临床靶区(Clinical Target Volume, CTV)和危及器官OARs。肿瘤靶区包括CT/MRI 所显示的鼻咽原发肿瘤区GTV1和阳性淋巴结区GTV2；GTV及其周围的亚临床病灶区(GTV外扩0.5～1cm)，还包括完整鼻咽腔的全壁，正常的鼻咽粘膜下0.5cm的软组织为CTV1；CTV1及其周围0.5～1cm范围易受侵犯的区域，还包括上颌窦、鼻腔的后1/3、蝶窦的下半部分、颈部淋巴引流区和锁骨上预防区皆为CTV2；由GTV或CTV外放3 mm分别定义为计划肿瘤靶区(Planning Gross Target Volume, PGTV)或计划靶区(Planning Target Volume, PTV)。同时勾画出脑干、脊髓、视神经、视交叉、晶状体、颞叶、颞颌关节、腮腺、喉部和口腔黏膜等危及器官[9]。

1.3 放疗计划设计

由1名资深物理师设计治疗计划，使用6 MV能量X线，对固定射野调强模式(S&S和DMLC)均采用9野等角度均分设计，对VMAT模式则采用360°双弧旋转设计，剂量计算均采用X线蒙特卡洛算法。PGTV1、PGTV2、PTV1和PTV2的处方剂量要求分别为7000、6600、6000和5400cGy，计划约束条件为95%靶区剂量≥处方剂量，靶区最大剂量Dmax≤107%处方剂量；限定脑干接受6000 cGy剂量体积V60<1%、接受5400cGy剂量体积V54<10%，晶体最大剂量Dmax<800cGy，视神经Dmax<5400cGy，脊髓Dmax<4500cGy，腮腺接受3000cGy剂量体积V30<50%，口腔黏膜接受3000cGy剂量体积V30<50%，颞颌关节Dmax<5000cGy。

1.4 评估指标

计划设计完成后通过比较靶区适形指数(Conformal Index, CI)、靶区均匀性指数(Homogeneity Index, HI)、危及器官及正常组织受量对3种模式的IMRT计划进行评价[10,11]。取CI=(VPTV95/VPTV)×(VPTV95/V95)，其中VPTV95指PTV 接受95%处方剂量的体积，VPTV指PTV的总体积，V95指95%处方剂量覆盖的总体积。取HI=D2/D98，其中D2指2%靶区体积对应的高剂量，D98指98%靶区体积对应的低剂量。CI指数与HI指数越接近1，则靶区剂量分布越理想。比较脑干、脊髓和晶体的Dmax，比较视神经、腮腺、颞颌关节和口腔黏膜的V30和Dmean，比较喉部的V40和Dmean。另外还比较了BODY低剂量区体积和计划机器跳数(Monitor Unit, MU)。

1.5 统计学分析

采用SPSS 19.0 对以上各项指标进行配对t检验。P<0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 靶区剂量

3种IMRT计划靶区剂量比较结果如表1所示。两种固定射野静态调强照射模式间无显著差异，而容积旋转调强相较于前两者在靶区剂量均匀性上表现出明显劣势。VMAT调强计划虽然在靶区平均剂量上与S&S和DMLC计划相差无几，但往往得到更高的靶区最大剂量和更低的靶区最低剂量，HI指数明显大于S&S和DMLC计划。

2.2 危及器官剂量

3种IMRT计划危及器官剂量比较结果如表2所示。S&S计划与DMLC计划危及器官的吸收剂量无显著差异，VMAT计划与固定射野角度计划相比，腮腺、口腔和喉部所受剂量都有明显增加。

2.3 正常组织剂量

表3所示为除靶区和危及器官以外，扫描范围内所有正常组织受照射的剂量体积百分比。统计数据表明，DMLC计划在减少正常组织受量方面优于S&S计划，而VMAT计划较固定射野角度调强计划对降低正常组织受量更有优势。

表1 IMRT计划各种靶区剂量学参数比较 cGy,

注：HI和CI均无单位。

表2 IMRT计划危及器官剂量学参数比较 cGy,

注：V30为器官受3000cGy剂量照射的体积占器官全部体积的百分比(%)，余类推。

表3 IMRT计划正常组织剂量学参数比较 %

表4 IMRT计划加速器工作效率比较

2.4 机器跳数与治疗时间

由表4统计结果可知，执行DMLC计划时加速器工作效率高于执行S&S计划，而VMAT计划能大幅缩短治疗时间，减少多叶准直器叶片磨损，极大提高加速器工作效率。

3 讨论

与传统放射治疗相比，IMRT能够有效提高靶区吸收剂量，同时降低危及器官和正常组织受照射剂量，是当前提高鼻咽癌治疗疗效的理想手段[12]。伴随多叶准直器在放射治疗中的广泛应用，IMRT技术得到不断进步，IMRT的实现方式也逐渐丰富，了解不同调强手段之间的差异对增强放疗疗效、改善放疗副反应和提高加速器工作效率都有积极意义[13]。

本研究统计数据显示，与S&S计划相比， DMLC计划能在保证靶区剂量和危及器官限量的同时，在一定程度上降低了正常组织低剂量，虽然增加了机器跳数但缩短了治疗时间，是更先进更优化的固定射野角度调强技术；容积旋转调强与固定射野角度调强相比，虽然在靶区剂量均匀性上有所欠缺，并导致了诸如腮腺、口腔和喉部等危及器官剂量有所增加，但在满足临床剂量学要求的前提下，VMAT计划未增加机器跳数，大大缩短了治疗时间，极大程度提高了加速器工作效率，提高了射线利用率，减少了散射线、漏射线及感生射线对患者的影响，减少了正常组织所受低剂量，能够降低放射治疗诱发恶性肿瘤的发生几率。

针对鼻咽癌调强放疗剂量学的特点，国内外已有诸多学者进行了研究。张丹丹等[14]报道VMAT计划的靶区剂量覆盖率略差于S&S，除脑干外,VMAT计划各OAR的平均剂量和最高剂量均高于S&S调强计划，S&S和VMAT治疗时间分别为803.7s和389.3s；刘同海等[15]报道VMAT计划靶区适形指数更优，脑干和脊髓的最大剂量都明显增加，其他OAR剂量未见明显差异；Radhakrishnan等[16]报道VMAT计划降低了脊髓的最大剂量。

笔者认为，所使用计划系统算法、加速器物理参数和多叶准直器叶片物理参数都影响剂量计算的结果。本研究使用的Monaco治疗计划系统采用X线蒙特卡洛算法进行剂量计算，机器参数则采集自一台医科达Versa HD 医用直线加速器。该加速器配备一套AgilityTM多叶准直器系统，该多叶准直器形成最大射野范围为40cm x 40cm，在患者左右方向沿射野中心轴对称配置80对叶片，单个叶片在射野等中心位置投影宽度为0.5cm，叶片半影典型值为0.6cm，在等中心投影运动速度为3.5cm/s。使用不同的治疗计划系统和不同的加速器参数进行计算，所得到的剂量分布则会产生一定程度差异。

本研究比较了3种不同模式的IMRT调强治疗计划的剂量学差异，结果表明VMAT调强治疗能在保证靶区剂量和保护危及器官的前提下，极大提高加速器治疗效率，比固定射野调强治疗更具优势。但由于VMAT调强治疗会导致部分危及器官受量增加，在临床应用时需综合考虑患者实际情况及加速器实际条件，不能一味盲目采用。