不同宽度多叶准直器叶片对食管癌调强放射治疗的剂量学影响

李 军 张西志* 侯笑笑 张先稳 桂龙刚 陈永东

目前，治疗肿瘤的目标不仅希望努力达到治愈，而是越来越重视在保证治疗效果的同时提高患者的生活质量。放射治疗是利用辐射对恶性肿瘤进行照射使其生长受到抑制而致死的一种疗法，其基本原则是破坏恶性肿瘤和保护正常组织。在各种放射治疗设备中，医用电子直线加速器成为现代放射治疗最主要的装置[1-4]。

随着放射治疗技术的发展，目前主流的调强放射治疗(intensity modulated radiation therapy，IMRT)中，多叶准直器(multi-leaf collimator，MLC)起到了举足轻重的作用[5]。Varian医用加速器采用60对叶片，中间部位40对叶片在等中心位置的投影宽度为5 mm，两边的宽度为10 mm。本研究应用Varian的Eclipse 13.5治疗计划系统，通过在MLC的中间区域以及边缘区域进行IMRT优化设计，分别对靶区的基本参数以及危及器官的受量进行比较，从而分析出两组计划的差异，为食管癌IMRT提供更加合理的参考。

1 资料与方法

1.1 临床资料

随机选取2017年2月至2018年2月苏北人民医院收治的40例食管癌患者，其中男性26例，女性14例；年龄54～68岁，平均年龄(61±7)岁。病理类型均为鳞癌；计划靶区(planning target volume，PTV)长度15～21 cm，双肺体积为2912.53～3436.38 cm3。

1.2 仪器设备

Varian模拟定位机，真空垫，Lightspeed型16排大孔径螺旋定位CT(美国GE公司)，Eclipse 13.5三维治疗计划系统(treatment planning system，TPS)和Clinac IX医用电子直线加速器(美国Varian公司)。加速器的MLC由60对叶片组成，中间部位40对叶片在等中心位置的投影宽度为5 mm，两边宽度为10 mm。

1.3 影像获取

所有患者均采用仰卧位，双手保持上举抱头姿势，通过CT对患者进行增强扫描，扫描层厚5 mm，扫描范围从环甲膜至膈肌下缘。扫描后的CT图像通过ARIA网络系统传输至TPS工作站中。

1.4 放射治疗计划设计

利用Eclipse 13.5治疗计划系统进行靶区勾画、计划设计与评估。靶区包括肿瘤体积(gross tumor volume，GTV)、临床靶区(clinical target volume，CTV)以及PTV。其中GTV为影像上可见肿瘤病灶，GTV均匀外扩8 mm，包括整个淋巴结引流区得到CTV，PTV为CTV沿三维外放5 mm，同时勾画周围危及器官，包括肺、脊髓及心脏等。处方剂量CTV为6000 cGy/28 f，PTV为5040 cGy/28 f。

1.5 评估方法

(1)通过剂量-体积直方图(dose-volume histogram，DVH)分析GTV和PTV的平均剂量Dmean、均匀性指数(homogeneity index，HI)和适合度指数(conformity index，CI)[6]。其HI的计算为公式1：

式中D5为5%靶体积受照最低剂量，D95为95%靶体积受照最低剂量，HI值越大(远离1)表明该计划的剂量分布均匀性越差。

CI的计算为公式2：

式中VT为靶体积，VTref为参考等剂量线面所包绕的靶区的体积，Vref为参考等剂量线面所包绕的所有区域的体积。CI取值在0～1，越靠近1表明靶区适合度越好。

(2)危及器官(organs at risk，OARs)：脊髓接受照射的最大剂量Dmax；肺的V5(照射剂量为500 cGy时的体积，以此类推)、V10、V15、V20、V30及平均剂量Dmean，心脏V30、V40和平均剂量Dmean。

1.6 统计学方法

所有数据用SPSS 15.0进行分析，计量资料结果以均值±标准差(x-±s)表示，两组计划的剂量学差异采用配对t检验进行统计学分析，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 剂量分布比较

通过相同的条件，在MLC的中间区域以及边缘区域进行IMRT优化设计，对同例患者的两种计划在同一层靶区的剂量分布比较，可明显地显示出MLC中间区域的5 mm叶片的剂量适形性优于左侧代表MLC两侧区域的10 mm叶片结果(如图1所示)。

图1 两种计划靶区剂量分布比较

2.2 两种计划DVH比较

在相同患者的两种计划的DVH比较中，对于肺和脊髓而言，在低剂量区，MLC两侧边缘区(10 mm)高于MLC中间区域(5 mm)，而在高剂量区，MLC两侧边缘区(10 mm)要低于MLC中间区域(5 mm)；对于心脏而言，无论在低剂量区还是高剂量区，MLC两侧边缘区(10 mm)都要低于MLC中间区域(5 mm)；对于靶区而言，无论是PTV还是CTV，MLC两侧边缘区(10 mm)剂量都要低于MLC中间区域(5 mm)(如图2所示)。

表1 两组计划的剂量学参数对比(x-±s)

图2 两种计划DVH比较

2.3 两组计划剂量学比较

在两组计划的靶区和危及器官的剂量学评估参数对比中，对于CTV和PTV而言，MLC中间区域的Dmean要高于MLC边缘区域，其差异有统计学意义(t=-1.536，t=-5.919；P＜0.05)；MLC中间区域的HI值要低于MLC边缘区域，其差异有统计学意义(t=4.536，t=3.004；P＜0.05)；MLC中间区域的CI值要高于MLC边缘区域，其差异有统计学意义(t=2.075，t=-2.089；P＜0.05)。对于双肺而言，MLC中间区域的Dmean、V5、V10、V20及V30略高于MLC边缘区域，其差异有统计学意义(t=4.773，t=6.282，t=0.047，t=4.536，t=2.075；P＜0.05)。对于心脏而言，MLC中间区域的Dmean和V30值要略低于MLC边缘区域，其差异有统计学意义(t=-3.531，t=-3.551；P＜0.05)。对于脊髓而言，MLC中间区域的Dmax值要高于MLC边缘区域，其差异有统计学意义(t=-5.980，P＜0.05)，见表1。

3 讨论

在目前主流的IMRT中，MLC起到了举足轻重的作用，通过对MLC的调节控制，达到对射线强度以及形状的调节，从而实现与肿瘤靶区相一致的剂量曲线，与此同时能够尽可能的降低靶区周围重要OARs的照射剂量。本研究MLC不同宽度的叶片对放射治疗计划的影响，通过改变计划的中心，在MLC的中间区域以及边缘区域进行IMRT优化设计，其结果显示，虽然两组计划优化条件完全相同，但是由于MLC叶片宽度不同，在MLC的中间区域以及边缘区域的优化HI和CI之间有统计学差异。选择在MLC的中间区域进行优化，靶区的HI更好，且CI更高，然而选择在边缘区域进行优化，肺部受照剂量普遍低于在MLC中间区域优化的结果，心脏的平均剂量也低于中间区域优化的结果，脊髓的最大值无明显统计学差异。由此可见，在MLC中间区域优化，靶区均匀性以及适形性更优，在边缘区域进行优化，肺部以及心脏剂量会偏低。造成这种差异的原因主要是由于MLC叶片的宽度不同引起，正常情况下，叶片宽度越薄，形成的靶区形状越好，从而计划的适形性也就越高，然而叶片宽度越厚，叶片形成靶区形状所需要的数量越少，叶片间的漏射线越少，因此肺部受照剂量会比宽度较薄的叶片有所降低。

范廷勇等[7]探讨不同MLC叶片宽度对IMRT治疗计划的影响，结果发现5 mm的MLC与10 mm的MLC比较，前者适形度好，靶区剂量更均匀，更适合于形状不规则且邻近危险器官的病灶IMRT。张富利等[8]在2013年通过对Elekta Precise、Varian 2100及Siemens Artiste的3种加速器进行宫颈癌术后IMRT计划的分析，比较3种计划在靶区剂量均匀性、适形度以及OARs受照体积和剂量分布方面的差异，结果表明，无论配置何种类型MLC的加速器均有其各自的优缺点，故在临床应用或设备购置评估中应充分考虑诸如肿瘤部位、体积、设备停机时间、维修保养、操作方便程度等多方面相关因素做出合理选择。杨超凤等[9]比较两种不同MLC叶片宽度对鼻咽癌IMRT计划剂量学的影响，结果显示两组计划的靶区CI和靶区剂量HI之间差别有统计学意义，比较5 mm和10 mm的MLC，前者更适合用于鼻咽癌患者的IMRT。2017年，叶柳清等[10]较两种不同宽度的MLC对肺癌IMRT的剂量学影响，结果表明，选择配置5 mm叶片宽度的Siemens Artiste加速器在完成肺癌IMRT计划中能更好地提高靶区适形度。

4 结语

选择在MLC的中间区域进行优化，靶区的均匀性和适形度更优，心脏受照剂量更低，而在边缘区域进行优化，肺部以及脊髓剂量会更低。因此，物理师在进行食管癌IMRT计划设计时，当OARs都能达到剂量限值的基础上，应该尽量选择MLC的中间区域进行优化，这样能够获得更加良好的靶区适形性，在无法满足肺部受照剂量最低限制的情况下，需要结合患者实际情况以及加速器的MLC叶片不同宽度来进行适当的调整，从而得到最适合患者的IMRT[11-12]。