不同射野入射角度对食管癌放射治疗剂量学的影响

2019-08-31吕明月李萍陈韦翔王奕鸣

中国医学物理学杂志 2019年8期

吕明月，李萍，陈韦翔，王奕鸣

暨南大学附属第一医院肿瘤科，广东广州510630

前言

放射治疗是食管癌重要局部治疗手段之一[1]。调强放射治疗（Intensity-Modulated Radiotherapy,IMRT）可用于食管癌的治疗[2]。有研究对IMRT和容积调强治疗进行了剂量学比较，发现容积调强治疗在靶区剂量分布和危及器官保护上并没有优于IMRT，同时，大面积的拉弧照射会增加肺低剂量区的体积[3-4]。本研究通过对11例食管癌患者同时采用4种方式设计计划，对不同计划结果进行剂量学比较，从是否改善靶区剂量及减少正常组织的损伤等方面比较4种方式的优缺点，从而探讨更佳的计划方法。

1 材料与方法

1.1 病例选择

选择2014年3月～2016年1月临床或病理确诊的原发性中段食管鳞状细胞癌不能手术患者，共11例，其中男性8例，女性3例，年龄42～71岁，中位年龄61岁。其中，年龄大于等于50岁的3例，小于50岁的8例；肿瘤大小为7～10 cm的3例，小于7 cm的8例；所有病人KPS评分均大于80分。

1.2 体位固定和CT扫描

患者仰卧体位，双手平放身体两侧，真空袋固定。采用GE公司的CT进行胸部扫描，CT扫描范围从第4颈椎到第2腰椎，增强扫描，层厚5 mm。扫描结束后，经计算机网络传输至治疗计划系统。

1.3 靶区及危及器官的勾画

在CT图像中分别勾画大体肿瘤体积（Gross Tumor Volume，GTV）和临床靶体积（Clinical Target Volume，CTV）。GTV定义为食管原发灶及肿大淋巴结；CTV定义为包括原发灶及其亚临床灶上下3～4 cm、左右1 cm范围及相应节段淋巴引流区。肿瘤体积计划靶区（PTVg）由肿瘤靶区（GTV）外扩0.5 cm形成；计划靶区体积（PTV）由临床靶区（CTV）外扩0.5 cm形成。危及器官包括肺、心脏和脊髓。

1.4 剂量目标和放疗计划设计

直线加速器6 MV-X线，PTVg和PTV的处方剂量分别为60和50 Gy，分为27次照射。危及器官剂量限制为：脊髓Dmax＜45Gy、肺V20＜28%、心脏V33＜46%。三维适形放射治疗（Three-Dimensional Conformal Radiotherapy,3D-CRT）计划使用CMS Xio4.0计划系统进行设计，采用卷积剂量算法。3D-CRT计划采用4野共面[5]（具体入射角度为根据食管靶区形状两侧野避开脊髓的最佳角度），剂量参考点定义为靶区中心点。IMRT计划使用CMS Xio4.0计划系统进行设计，采用卷积剂量算法，分别是4野、7野和9野均匀分布共面固定照射设计。4野的入射角度参考3D-CRT计划设计时两侧野避开脊髓的最佳角度即0°、180°、120°、240°；7野的入射角度尽量避开肺的照射后均匀分布各野，即20°、40°、130°、180°、230°、320°、340°；9野的入射角度为均分360°机架旋转角度，即0°、40°、80°、120°、160°、200°、240°、280°、320°。

参考点定义为靶区中心点。具体入射角度见图1。

1.5 计划评估指标

PTVg和PTV的D95%、均匀性指数（Homogeneity Index,HI）和适形度指数（Conform ity Index,CI）等[6]。根据ICRU 83报告，HI=（D2%-D98%）/D50%，其中，Dx%表示x%体积所受到的剂量，HI越接近0表示靶区剂量越均匀；CI=(VPTV95%/VPTV)*(VPTV95%/VBody95%)，其中，VPTV95%是PTV中小于95%的剂量所包含的体积，VPTV是PTV的体积，VBody95%是身体中95%剂量所包含的体积，即治疗区。CI的取值为0～1，等于1时表示95%等剂量线体积与PTV完全一致；等于0时表示95%等剂量线体积与PTV完全没有重叠。

危及器官的剂量学参数包括肺V30、V20、V5，脊髓Dmax和心脏V33，其中，V x为全肺中受到x Gy剂量照射的体积。危机器官的评价指标为：肺V30＜15%、肺V20＜28%、脊髓 Dmax＜45 Gy、心脏V33＜40%，肺 V5尽可能取小值，以避免肺体积低剂量的大面积照射[7-10]。

1.6 统计学方法

采用SPSS 20.0软件进行统计学分析。计量数据用均数±标准差表示，两样本均数之间的比较采用配对t检验。P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 剂量分布示意图比较

病例9年龄48岁，肿瘤大小8 cm，KPS评分82分。病例9的肿瘤较大，相较其他病人，危及器官的保护和病人的长期生存质量要求更高。图2为病例9中4组计划横断位和冠状位剂量分布示意图。由图可知，4F-IMRT和9F-IMRT计划的剂量分布要优于3D-CRT和7F-IMRT计划。

2.2 危及器官和靶区的剂量体积直方图比较

图3是病例9危及器官和靶区的平均剂量体积直方图，显示各组计划靶区的曲线并没有很大差异。4F-IMRT计划肺V20、V30优于其他各组计划；4FIMRT计划心脏剂量优于7F-IMRT计划且心脏低剂量区剂量少于3D-CRT和9F-IMRT计划。

2.3 危及器官剂量学比较

危及器官的剂量学比较见表1。4组计划中脊髓Dmax＜45 Gy，心脏V33＜46%，均达到计划要求，且各组参数无统计学差异。肺的受照剂量中，4F-IMRT计划中V20低于3D-CRT计划，V20、V30低于7F-IMRT计划，V5低于9F-IMRT计划，差异均具有统计学意义（P＜0.05）。9F-IMRT计划的肺V30低于7F-IMRT和4F-IMRT计划，而7F-IMRT计划的肺V5指标低于9FIMRT计划，且差异具有统计意义（P＜0.05）。

图1 4组计划射野角度示意图Fig.1 Different incident angels of the 4 plan for the sam e patient

图2 不同计划横断面和冠状面的等剂量线分布比较Fig.2 Com parison of transverse and coronal isodose distributions of different plans

2.4 靶区的剂量学比较

靶区的剂量学比较见表2。表2中4F-IMRT计划PTVg的CI和PTV的HI、CI优于3D-CRT计划；4F-IMRT计划PTV的CI优于7F-IMRT计划，差异具有统计学意义（P＜0.05）；4F-IMRT计划与9F-IMRT计划的靶区各项参数比较无统计学意义（P＞0.05）。9F-IMRT计划的PTV的CI优于7F-IMRT计划（P＜0.05）。

图3 不同计划间重要器官和靶区的剂量体积直方图比较Fig.3 Com parison of dose-volum e histogram of organs-atrisk and target areas between different p lans

表1 不同计划危及器官参数比较（n=11，±s）Tab.1 Com parison of organs-at-risk param eters between different plans(n=11,M ean±SD)

V33/%images/BZ_51_323_2087_2177_2572.png心脏34.0±7.636.1±6.236.1±8.329.1±7.20.6380.9910.0100.016

3 讨论

食管癌全球年新发病例为482 300例，年死亡406 800例[11]。我国年新发236 589例，约占世界年新发食管癌总数的一半，居国内恶性肿瘤的第4位[12]。食管癌二维常规放疗效果差，5年生存率仅为8%～16%[13]，常规放疗不能很好地显示食管腔以外的肿瘤情况，不能准确地掌握照射野的大小和中心位置。3D-CRT可以很好地避免这类不确定因素，但是却不能有效地控制高剂量，且食管周围的危及器官如心脏、肺和脊髓得不到很好的控制。食管癌常见的不良反应之一就是放射性肺炎的发生。Claude等[14]认为全肺的平均剂量和V20与放射性肺炎呈显著相关[15-16]。沈文斌等[17]发现肺V30和合并化疗是影响晚期放射性肺损伤发生的主要因素。王澜等[18]探讨了肺低剂量对预测放射性肺炎的价值，发现当V5＞55%时，大于二级放射性肺炎的概率会明显增加。

表2 不同计划靶区的参数比较（n=11，±s）Tab.2 Com parison of target parameters between different plans(n=11,M ean±SD)

P值靶区参数3D-CRT 4F-IMRT 7F-IMRT 9F-IMRT PTVg PTV D95%/Gy HI CI D95%/Gy HI CI 56.6±2.0 0.13±0.1 0.49±0.08 46.0±3.4 0.35±0.07 0.61±0.05 56.6±0.6 0.13±0.02 0.84±0.10 48.0±1.8 0.23±0.02 0.68±0.07 56.9±0.5 0.12±0.01 0.76±0.08 47.2±2.4 0.26±0.06 0.61±0.06 56.5±1.6 0.11±0.03 0.82±0.05 47.7±1.8 0.22±0.05 0.75±0.07 3D-CRT vs 4F-IMRT 0.926 0.779 0.012 0.199 0.001 0.049 4F-IMRT vs 7F-IMRT 0.388 0.056 0.140 0.507 0.328 0.065 4F-IMRT vs 9F-IMRT 0.863 0.091 0.630 0.801 0.633 0.002 9F-IMRT vs 7F-IMRT 0.517 0.826 0.286 0.396 0.261 0.003

在传统的二维食管癌治疗方案中，3～4野最为常见。调强放疗是近年来主要的放疗技术手段，利用三维计划系统设计共面或非共面不规则射野进行分次照射，最大限度减小正常组织照射剂量和提高肿瘤靶区适形度。本研究采用CMS Xio4.0计划系统，通过4种照射方案设计计划，并比较各种数据，发现调强计划能提供更佳的靶区体积直方图和靶区CI，并有效减少正常组织的损伤。4F-IMRT计划肺的V20、V30优于其他各组计划，心脏的受照剂量优于7FIMRT计划而略差于3D-CRT计划和9F-IMRT计划。4F-IMRT计划肺V20低于3D-CRT和7F-IMRT，且差异具有统计学意义（P＜0.05）。食管癌调强7野或者9野的布野方式，在提高适形度的同时也增加了肺低剂量区的体积，不利于对肺组织的保护。对比4野和9野计划，9野计划提高了靶区的适形度并降低了肺V30的剂量，同时会造成肺V5的增加，而肺V20的剂量与4F-IMRT差别不大。建议对于老年病人和肺功能较差患者给予个体化的剂量评估，在肺V20和V30参数更优化的情况下，同时参考肺V5的剂量值。

综上，IMRT计划在提高食管癌靶区剂量和保护危及器官的剂量方面均优于3D-CRT计划，4F-IMRT与7F-IMRT、9F-IMRT相比，心脏、脊髓剂量差异不显著，但是肺的V20和V5剂量明显降低，有利于降低患者放射性肺炎的发生概率。4F-IMRT中，患者接受照射的时间较7F-IMR、9F-IMRT减少2～3倍，治疗费用较7F-IMRT、9F-IMRT减少1～2倍。4野布野角度充分考虑了食管解剖结构的特点，特别是对肺的保护。本研究在此基础上，通过用调强逆向布野的方式结合食管部位解剖结构的特点，发现4F-IMRT照射方式既能提高靶区适形度又能更好地保护危及器官，尤其显著减少肺低剂量区的体积，与9F-IMRT相比降低了机器跳数，为食管癌放疗计划设计提供了一个可以思考和借鉴的思路。