螺旋断层放疗用于胸中下段食管癌的最优计划参数探讨

程晓龙 刘吉平 陈祥 王彬冰 潘林飞 张莉

食管癌是我国高发恶性肿瘤之一，其发病率及死亡率分别位于恶性肿瘤第4位[1]。对于颈段和局部晚期食管癌患者，放疗是唯一有效且可达根治效果的治疗方法，其5年生存率为27%[2]。随着食管癌患者生存时间增加，减少放射性损伤尤为重要。胸中下段食管癌的靶区位置距离心脏和肺更近，在患者接受放疗时心脏和肺更易受到高剂量照射[3]。放射性心脏损伤（radiation-in原duced heart disease，RIHD） 和放射性肺炎（radiation pneumonitis，RP）是胸部恶性肿瘤患者严重的不良放疗反应[4]。螺旋断层放疗（helical tomotherapy，HT）集调强放疗（IMRT）、影像引导调强适形放疗、剂量引导调强适形放疗于一体，是目前最先进的肿瘤放射治疗技术之一。本研究旨在讨论HT用于胸中下段食管癌的最优计划参数，为临床提有价值的循证依据。

1 对象和方法

1.1 对象 选取2016年1月至2018年8月在浙江省肿瘤医院行HT的胸中下段食管癌患者。入组标准为：（1）经影像及病理检查确诊的域～郁期中下段食管癌；（2）拒绝手术；（3）未接受过放化疗；（4）经心电图及超声心动图检查证实无心血管疾病。排除标准为：（1）食管完全梗阻不能进食流质；（2）食管有明显穿孔或呕血；（3）既往有其他部位恶性肿瘤或已有远处转移。符合入组标准的胸中下段食管癌患者有18例，均为食管鳞状细胞癌，其中男15例，女3例，年龄43～92岁，平均65.3岁。根据美国癌症联合会第6版分期标准，域期5例，芋期10例，郁期3例。

1.2 模拟定位和靶区危及器官勾画 所有患者采取仰卧位，平静呼吸，双臂交叉抱肘置额前，用胸部热塑体模或真空负压垫进行体位固定。体表及网模的定位标志由铅丝标记，扫描时中心默认为CT坐标原点。使用Philips BrillianceTM16排大孔径CT模拟机进行模拟定位，行静脉增强扫描，层厚5mm，一般扫描范围上界至锁骨下，下界至肋膈角下缘。完成后将CT图像传输至三维治疗计划系统。依据国际辐射测量与单位委员会（ICRU）83号报告进行靶区和危及器官（OARs）勾画。计划靶区体积（PTV）由临床靶区（CTV）外扩5mm形成。OARs包括双侧肺、心脏和脊髓。

1.3 治疗计划设计 全部患者均制定IMRT、容积旋转调强放疗（VMAT）和HT 3种放疗计划。IMRT和VMAT计划在RayStation 4.0v系统（美国RaySearch公司）设计，HT计划在Tomo HelicalTMVersion 2.0.5系统（美国Accuray公司）设计。IMRT计划采用6MV的X射线，等中心 7 野共面，机架角 210°、300°、320°、0°、40°、60°和150°，70个子野。VMAT计划采用6MV 的 X 射线，178°～182°和 182°～178°的双弧，角度间隔 2°。HT 计划中射野宽度（FW）2.5cm，螺距（Pitch）为 0.287，调制因子（MF）初步设置为2，根据计划在2～3内调整。处方剂量均设定为60Gy，单次剂量2Gy，要求处方剂量至少覆盖95%的靶区体积。OARs的剂量限值为：双肺V5臆60豫、V10臆40豫、V20臆30豫、V30臆20豫、平均剂量（Dmean）＜15Gy，心脏Dmean＜20Gy，脊髓最大剂量（Dmax）＜45Gy。

1.4 计划参数 记录及分析PTV、双肺、心脏的Dmax和Dmean，双肺的 V5、V10、V15、V20、V30，心脏的 V5、V10、V15、V20、V30、V40，脊髓 Dmax，PTV 的适形指数 〔CI，悦陨越（Vt,ref）2/（Vt伊Vref），Vt,ref为处方剂量覆盖的 PTV 体积，Vt为 PTV体积，Vref为处方剂量的全部体积〕和均匀性指数〔HI，HI=100伊（D2-D98）/Dp，D2和 D98为 2%和 98%的 PTV 接受的最低剂量，Dp为处方剂量〕。并统计计划的机器跳数（MU）和治疗时间（单次治疗患者出束时间均值）。

1.5 计划剂量验证 分为点绝对剂量验证和胶片相对剂量验证。将胶片置于圆柱形模体两半球中间，按照红激光灯摆位模体，按照绿激光灯标记好四点位置以及胶片正方向位置，连接电离室，调用每例患者的质量控制计划（DQA）并出束照射（图1）。要求点绝对剂量偏差臆依3%，3mm/3%条件下胶片酌通过率＞90%。

图1 EBT3胶片剂量验证摆位图

1.6 摆位误差获取及处理 由2名放射治疗师根据皮肤标记点和红激光灯进行治疗摆位，每次治疗前均行兆伏级CT（MVCT）图像扫描，选择Normal扫描条件。扫描完后将MVCT图像与患者的计划图像进行配准。配准范围包括靶区、轮廓和附近组织的横断、冠状、矢状方向的图像。自动配准完成后检验配准结果，由MVCT图像与CT图像中的外轮廓、靶区附近组织结构的重合程度等确定是否需要再进行手动配准。配准完成后得到患者左右（X）、头脚（Y）、前后（Z）和横断面旋转（Roll）方向摆位误差的数据。记录各例患者每次MVCT的X、Y、Z和Roll方向的摆位误差值，根据公式酝越2.5移+0.7啄计算PTV外放范围[5]。

1.7 统计学处理 采用SPSS22.0统计软件，计量数据以表示。应用独立样本非参数检验的Kruskal-Wallis法分析PTV及OARs的剂量学参数，列出H值和P值，当P＜0.05为差异有统计学意义，对具有差异的组别再通过软件自带成对比较功能进行两两比较，若矫正后P＜0.05则表示差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 治疗参数 18例患者的PTV径向长度均值为（13.03依1.21）cm，PTV、双肺和心脏的体积均值分别为（387依332）、（681依279）和（3912依1688）cm3。

2.2 3种放疗计划剂量学参数比较 54组计划均满足剂量学要求，PTV剂量分布及计划参数比较见表1。PTV的Dmax和计划MU、治疗时间的参数差异有统计学意义（H=10.786、32.665、30.443，P=0.006、0.000、0.000）。HT 计划的 Dmax最低为（6341～6652）cGy，两两比较IMRT与HT的差异具有统计学意义；HT计划的MU最高为3 959～10 712，两两比较IMRT、VMAT与HT的差异均有统计学意义。VMAT的治疗时间最短（121～169）s，两两比较IMRT、HT与VMAT的差异均有统计学意义。3者在 Dmean、CI、HI方面差异均无统计学意义（均P＞0.05）。

3种放疗计划OARs的剂量学参数比较见表2。脊髓的 Dmax差异有统计学意义（H=14.028，P=0.001），HT的Dmax最低（3 027～4 115）cGy，两两比较IMRT与HT差异有统计学意义（P＜0.05）；肺的 Dmax、V20和 V30差异有统计学意义（H=11.403、7.138、6.847，P=0.003、0.028、0.049），HT组最低分别为（6301～6498）cGy、（7.17～26.88）%和（2.97～15.23）%，两两比较 IMRT的 Dmax、V20和 V30与HT差异有统计学意义；心脏的Dmax差异有统计学意义（H=7.433，P=0.024），HT 计划值最小（6 287～6 543）cGy，两两比较IMRT与HT差异有统计学意义。3组计划均表现为随受照剂量增加，受照剂量体积百分比下降的趋势。

2.3 不同固定方式摆位误差及CTV-PTV外扩边界值比较 热塑模组和真空负压垫组的平均摆位误差及CTV-PTV外扩边界值见表3，两组结果差异不明显，热塑模组稍优于真空垫组，但差异不具有统计学意义。将3例患者的MVCT的摆位误差进行在线修正，再重新扫描自动配准，获取修正后的摆位误差，共计140次修正前后摆位误差数据见表4，修正后的摆位误差明显减小，CTV-PTV的外扩边界值从5mm左右减小到2mm以内。

2.4 计划剂量验证评价 计划剂量验证的绝对剂量偏差平均值为（0.14依1.54）%，其中有 12例的结果在依2%的范围内，全部结果在依3%的范围内，如图2所示。计划剂量验证的酌通过率平均值为（95.47依2.35）%，其中11例＞95%，如图3所示。

表1 3种放疗计划PTV剂量分布及计划参数比较

表2 3种放疗计划OARs剂量学参数比较

表3 不同固定方式的摆位误差及CTV-PTV外扩值

表4 修正前后摆位误差及CTV-PTV外扩值

图2 绝对剂量偏差散点图

图3 酌通过率散点图

3 讨论

3.1 最优计划参数设置 依据HT特性并结合本研究的胸段食管癌PTV的径向长度、体积及处方剂量，设置计划参数为[6-8]：FW 为 2.5cm；Pitch 为 0.43、0.287 和 0.215；MF为2.0、2.2、2.4和2.7。选取5例病例，按照3种Pitch进行15组计划设计，调整MF使计划获得最佳机架旋转周期及剂量分布，再进行剂量学和计划参数比较。3组计划的治疗时间分别为（611依108）s、（467依126）s和（345依98）s；机器跳数分别为（8671依1354）MU、（6691依1765）MU和（4856依1078）MU。随着Pitch的增加治疗时间和机器跳数逐渐减小，纵向剂量分布逐渐变差。靶区适形性和均匀性方面没有明显差异，但是小螺距的计划中肺和心脏的平均量较低，MF的增加可改善剂量分布并小幅度增加治疗时间。因此中下段食管癌计划参数建议设置为：FW=2.5cm，Pitch=0.287，MF 优化过程中从2.0逐渐提升到2.7。

3.2 IMRT、VMAT和 HT技术比较 IMRT、VMAT和HT是目前临床应用的主流放疗技术，3者均可在保证肿瘤剂量分布的基础上降低OARs的受照剂量，但技术特点有所不同。Yin等[9]研究表明，VMAT比IMRT心脏V30降低了 10%耀30%，V40下降了 15%耀35%。VMAT在治疗时间上优势明显，相比IMRT减少55豫～66豫，可在1～2min内完成治疗，减少分次内各种不确定性因素对放疗的影响，有望提升生物效应[10]。有回顾性分析表明，HT与IMRT在放疗毒副反应的发生率和严重程度上都有明显优势[11]。本研究中，比较了IMRT、VMAT和HT在靶区及OARs的剂量分布。结果表明，3种技术的PTV的HI、CI和OARs的Dmean差异不具有统计学意义，但是HT组的Dmax和肺的V20、V30具有优势且差异有统计学意义。HT另一优势在于其图像引导，可在每次治疗前行MVCT获取图像并进行配准，最大程度降低摆位误差[12]。本研究显示行MVCT摆位误差修正后的CTV-PTV边界外扩值可控制在2mm以内，是否可根据该值对进行HT治疗的中下段食管癌患者的靶区勾画范围进行修正，有待进一步研究。

3.3 固定技术个体化 数据表明行螺旋断层放射治疗的食管癌患者多数为老年患者，对于固定技术本研究结果与国内报道类似，即体模固定优于负压真空垫[13-15]。体模固定可限制呼吸幅度，减少呼吸误差，并降低患者不自主移动度[16]。老年患者皮肤松弛，真空垫分次间误差较大，但是患者体感会相对舒适，因此对于身体状况较差、体型偏瘦且具有轻微驼背的患者，可采用真空垫和体模组合固定的方式。对于有外周静脉穿刺中心静脉置管或锁骨下中心静脉置管的患者，不宜采取双臂交叉抱肘上举体位，可用双臂平放置身体两侧体位保证更好的体位重复性。研究表明，双臂交叉抱肘置额前和双臂平放置身体两侧的两种食管癌放疗固定体位，均具有较好的重复性[14]。

3.4 基于HT技术的胸中下段食管癌治疗规范 本研究初步得出基于HT技术的胸部中下段食管癌放射治疗规范如下：（1）体位固定技术，一般患者采取仰卧、双臂交叉抱肘置额前的热塑体模体位固定方式，对于身体状况较差、体型偏瘦且具有轻微驼背的患者，采用真空垫和体模组合固定的方式，对于有外周静脉穿刺中心静脉置管或锁骨下中心静脉置管的患者，用双臂平放置身体两侧体位；（2）CT模拟定位，行静脉增强扫描，层厚5mm，一般扫描范围上界至锁骨下，下界至肋膈角下缘；（3）靶区及OARs勾画，依据 ICRU83号报告，PTV为CTV四周均匀外扩5mm；（4）剂量限值：处方剂量至少覆盖 95%的靶区体积，双肺 V5臆60豫、V10臆40豫、V20臆30豫、V30臆20豫、Dmean＜15Gy，心脏 Dmean＜20Gy，脊髓Dmax＜45Gy；（5）计划参数设置：Dose Grid 选择 Fine，FW=2.5cm，Pitch=0.287，MF优化过程中从2.0逐渐提升到2.7；（6）计划剂量验证：点绝对剂量偏差臆依3%，3mm/3%条件下胶片酌通过率＞90%。