胸中段食管癌共面不等分5野及铅门跟随调强放疗计划的剂量学研究

杨含，钟明松，吴府容，李麒成，靳富

重庆大学附属肿瘤医院/重庆市肿瘤研究所/重庆市肿瘤医院肿瘤放射治疗中心，重庆400030

前言

食管癌作为全球发病率第8的肿瘤，在我国也是十分常见的消化道肿瘤，有着较高的发病率与死亡率［1‐2］。目前同步放化疗是常用的治疗手段，尤其对于无法手术的晚期食管癌患者［3‐5］。放射治疗作为食管癌主要或者综合治疗手段之一，由于其本身肿瘤结构特点（较长），导致危及器官受量偏高，因此怎样降低放射治疗的毒副反应（特别是放射性肺炎），是近年来的研究热点。放射性肺炎是食管癌最常见的并发症，临床发病率为10%～20%［6］。国外有研究表明肺的多种剂量学参数（例如Ⅴ5、Ⅴ20和Dmean）与放射性肺炎有着很强的相关性［7］。徐利明［8］研究表明肺Ⅴ5与放射性肺炎的发生率呈正相关，肺的低剂量受照体积大小可能是放射性肺炎发生更为重要的原因之一。因此，在放射治疗中如何尽可能降低肺的受量，是预防放射性肺损伤的关键。

对于食管癌放射治疗，近年来适形调强放射治疗（Intensity Modulated Radiotherapy, IMRT）技术已发展得非常成熟。IMRT 无论是靶区剂量均匀性指数（Homogeneity Index,HI）、适形度指数（ConformityIndex,CI）还是正常组织的保护都优于三维适形放疗（3DCRT）［9‐10］。研究发现在胸上段食管癌的调强治疗中，当射野数由7 野增加到9 野时，剂量分布无明显改善，综合考虑5 野和7 野为优选治疗方案［11‐12］。陈丽等［13］在胸中段食管调强放疗的研究中发现，5 野非均分方案可以有效降低肺部的受照剂量。目前，铅门跟随（Jaw Tracking, JT）技术已经广泛应用于临床肿瘤放射治疗中。研究表明，相较于铅门固定技术，JT 技术在放射治疗过程中，铅门实时跟随多叶光栅的位置变化进行运动，尽可能减小铅门的开放大小，减少叶片的透射和漏射，从而降低正常组织剂量［14‐16］。本研究在5 野共面不等分的基础上探讨不同布野设计的剂量学差异及JT 技术对剂量的影响，以期筛选出较优的治疗方案，为胸中段食管癌调强放疗提供参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性选取2017年2月～2018年11月于重庆大学附属肿瘤医院接受放射治疗的10例胸中段食管癌放疗患者，其中，男7例，女3例，病理类型均为鳞状细胞癌；年龄62～81岁，中位年龄71岁；其中T2N0M02例，T3N0M02例，T3N2M02例，T4N0M04例。

1.2 放疗定位

患者采取仰卧位，双手上举，热塑体膜固定体位。采用荷兰Philips BrillianceTM大孔径CT进行增强扫描。扫描上界到舌骨，下界至第5 腰椎水平，层厚0.3 cm。CT 图像经Aria 网络传至瓦里安Eclipes（Ⅴersion 13.6）治疗计划系统。

1.3 靶区勾画

由同一医师参照胃镜及食管钡餐造影检查结果在CT 图像上勾画大体肿瘤体积（GTⅤ），并由高年资医师进行靶区审核。GTⅤ定义为食管原发病灶和纵隔肿大淋巴结。临床靶区体积（CTⅤ）为预防性照射区，包括食管旁及2、4、5、7区，需避开气管、肺和椎体等解剖结构。GTⅤ外扩0.5～1.0 cm 为大体肿瘤计划靶区（PGTⅤ），CTⅤ外扩0.5 cm 为计划靶区体积（PTⅤ）。双肺、心脏、脊髓等危及器官参照ICRU 83号报告进行定义及勾画。

1.4 计划设计

使用Eclipes 治疗计划系统，在EDGE 加速器上采用剂量率为400 MU/min 的6 MⅤX 射线对每例患者设计4种计划方案（射野角度如图1所示），IMRT1：0°、130°、160°、195°、220°，IMRT2：0°、130°、165°、200°、330°，IMRT3：0°、30°、130°、200°、330°，IMRT‐JT：复制IMRT2 计划并通过打开Smart Leafs Motion Calculate（LMC）叶片运动的铅门跟随功能重新剂量计算得出。实际上，SIB（Simultaneous Integrated Boost）照射技术已在本科室得到开展，对于食管癌患者的照射剂量为PTⅤ51 Gy/30 f，PGTⅤ60 Gy/30 f。但在本次研究中，为了数据比对更加简洁合理，将所有计划的处方剂量统一为PTⅤ60 Gy/30 f，要求处方剂量至少覆盖95%靶区体积且靶区最大剂量点小于110%的处方剂量。危及器官剂量限制：脊髓Dmax＜45 Gy；双肺Ⅴ20＜30%，Ⅴ30＜20%；心脏Ⅴ30＜40%，Ⅴ40＜30%。剂量计算采用Anisotropic Analytical Algorithm（AAA）算法，计算网格为0.25 cm。

1.5 评价指标

所有计划根据标准剂量体积直方图进行评估。靶区评价指标为HI和CI。其中，HI=（D2%‐D98%）/D50%，D2%、D98%和D50%分别为2%、98%和50%靶区体积所受到的照射剂量，HI值越接近0，说明靶区剂量越均匀。CI=（Ⅴt,95%/Ⅴt）×（Ⅴt,95%/Ⅴ95%），Ⅴt,95%为95%剂量线所包绕的靶区体积，Ⅴt为靶区体积，Ⅴ95%为95%等剂量曲线所包绕的总体积，CI值越接近1，表示靶区剂量适形越好。危及器官评价指标有肺百分体积剂量参数Ⅴ5、Ⅴ20、Ⅴ30和平均剂量Dmean，心脏百分体积剂量参数Ⅴ20、Ⅴ30、Ⅴ40和平均剂量Dmean，脊髓的最大点剂量Dmax、1%体积剂量D1%和平均剂量Dmean。相关比较指标：机器跳数（MU）。

图1 4种计划射野角度示意图Fig.1 Different incident angles in 4 plans

1.6 统计学方法

采用SPSS 19.0 软件对4 组放疗计划进行统计分析，计量资料用均数±标准差表示，对数据结果进行配对样本t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 靶区剂量学参数比较

3 种铅门固定计划IMRT1、IMRT2、IMRT3 相互比较PTⅤ的HI差异无统计学意义（P＞0.05），其CI值IMRT1＞IMRT3＞IMRT2（P＜0.05）。IMRT2与IMRT‐JT两种计划PTⅤ的HI差异无统计学意义（P＞0.05），其CI值IMRT‐JT优于IMRT2计划（P＜0.05），IMRT‐JT计划的Ⅴ95%相对于IMRT2 计划低1%（P＜0.05），如表1所示。

表1 4种计划的靶区剂量学参数比较（±s）Tab.1 Comparison of dosimetric parameters of target areas in 4 plans(Mean±SD)

表1 4种计划的靶区剂量学参数比较（±s）Tab.1 Comparison of dosimetric parameters of target areas in 4 plans(Mean±SD)

?P值参数IMRT1IMRT2IMRT3IMRT‐JTIMRT1 vs IMRT2IMRT1 vs IMRT3IMRT2 vs IMRT3Ⅴt,95%/%Ⅴ95%/%HICI99.48±0.29 136.50±4.42 0.066±0.012 0.726±0.022 99.43±0.28 143.66±6.05 0.070±0.009 0.688±0.027 99.46±0.31 141.66±8.32 0.067±0.013 0.702±0.037 99.36±0.27 142.37±6.08 0.071±0.010 0.694±0.027 0.545 0.001 0.104 0.000 0.847 0.043 0.678 0.030 0.246 0.098 0.081 0.034IMRT2 vsIMRT‐JT 0.069 0.007 0.343 0.024

2.2 危及器官受照剂量体积参数比较

4 种计划的危及器官受量如表2所示。3 种铅门固定计划比较，IMRT2 计划的肺受量最低，IMRT1 计划的心脏、脊髓受量最低。其中IMRT2 相较于IMRT1、IMRT3计划，肺Ⅴ5分别降低8.63%、4.56%，肺Ⅴ20分别降低1.49%、3.63%，肺Dmean均减少了1 Gy（P均＜0.05）。IMRT1 相较于IMRT2、IMRT3 计划，心脏Ⅴ20分别降低2.29%、8.48%，心脏Ⅴ30分别降低5.23%、7.66%，心脏Ⅴ40分别降低3.25%、6.13%，心脏Dmean分别减少0.75、2.41 Gy（P均＜0.05）。铅门跟随调强计划与铅门固定调强计划相比，IMRT‐JT 计划的肺（Ⅴ5、Ⅴ20、Ⅴ30、Dmean）、心脏（Ⅴ20、Ⅴ30、Ⅴ40、Dmean）、脊髓（Dmax、D1%、Dmean）均低于IMRT2 计划的相应值，差异有统计学意义（P＜0.05）。图2为其中某个病例4种计划横断面剂量曲线分布示意图，由图2可见IMRT‐JT 计划的低剂量分布要明显优于其他3种计划。

2.3 计划相关指标

IMRT2 计划的MU 相较于IMRT1 和IMRT3 计划的MU 增加了10%（P＜0.05），IMRT‐JT 计划的MU 比IMRT2计划的MU增加了4%，如表3所示。

3 讨论

本研究主要探讨不同的5 野非均匀布野及铅门跟随技术对靶区剂量和危及器官受照剂量的影响。为了方便对比研究，本研究的所有计划处方统一为PTⅤ60 Gy/30 f，这使得所有危及器官的受量均高于平时的临床实施计划，但在剂量限值范围之内。

本研究中3 种不同布野的固定铅门计划比较显示，在相同的射野数目下不同角度的射野会对靶区剂量和危及器官受量造成不同的影响。由图1可知，从IMRT1 到IMRT3 再到IMRT2，射野逐渐向纵隔收拢。就靶区而言，3 种计划均能满足临床剂量要求，其中均匀性无明显差异，适形度IMRT1 最优，IMRT3次之。该结果提示射野分布越往纵隔集中适形度越差。陈丽等［13］在胸中段食管调强放疗的研究中发现，5 野非均分计划较5 野均分计划射野更向纵隔集中，其脊髓受量增高，肺Ⅴ5减小，肺Ⅴ20、Ⅴ30增大。在本研究中，从表2可以看出，随着射野逐渐向纵隔收拢，脊髓和肺Ⅴ5的变化趋势与陈丽等［13］研究结果一致，但其肺Ⅴ20、Ⅴ30的体积是先增大再减小。考虑其原因是由于IMRT 可以对不同方向入射的照射野强度进行调节，从而以非均匀射野对靶区进行照射，以便达到最优化的剂量分布［17］。在低剂量区域由于散射漏射的存在，射野的强度调节能力有限，射野穿过正常组织的体积越小导致低剂量区域也就越小，因此肺Ⅴ5随着射野的收拢而减小。随着剂量的增大，剂量分布开始受射野角度和强度调节的综合影响。虽然当射野逐渐往纵隔收拢，其射野穿过肺的体积在逐渐缩小，但计划调制能力也在逐渐减弱，计划的适形度变差，从而导致剂量体积（Ⅴ20、Ⅴ30）增大。随着射野继续收拢，虽然计划的调制能力更加弱化，但射野穿过肺的体积进一步缩小，射野分布对计划影响占主导，进而导致肺剂量体积（Ⅴ20、Ⅴ30）转而减小。由于陈丽等［13］研究中仅有一组非均匀布野的方式，因此未能体现出肺Ⅴ20、Ⅴ30随着射野往纵隔收拢先增大再减小的变化趋势。关于心脏的受照剂量方面，3组计划心脏的Ⅴ20、Ⅴ30、Ⅴ40、Dmean相互比较，可见IMRT1 心脏剂量最低，IMRT2 心脏剂量较高，IMRT3心脏剂量最高，这主要是由于射野往纵隔方向靠拢，直接穿过心脏的射野数量增加，从而导致心脏受量增加。

表2 4种计划的危及器官剂量学参数比较（±s）Tab.2 Comparison of dosimetric parameters of organs-at-risk in 4 plans(Mean±SD)

表2 4种计划的危及器官剂量学参数比较（±s）Tab.2 Comparison of dosimetric parameters of organs-at-risk in 4 plans(Mean±SD)

P值危及器官参数IMRT1IMRT2IMRT3IMRT‐JT脊髓心脏Dmax/Gy D1%/Gy Dmean/GyⅤ20/%Ⅴ30/%Ⅴ40/%Dmean/GyⅤ5/%Ⅴ20/%Ⅴ30/%Dmean/Gy 39.73±0.91 35.86±1.08 14.17±1.64 46.37±10.31 31.33±6.29 19.84±5.11 23.01±4.43 67.06±5.62 27.04±3.28 16.42±2.83 15.32±1.59肺41.38±0.69 37.61±0.98 15.60±1.94 48.66±12.02 36.56±6.91 23.09±4.62 23.76±4.52 58.43±5.73 25.55±3.69 16.89±3.17 14.19±1.69 40.52±0.95 36.67±1.31 15.46±1.95 54.85±13.44 38.99±6.90 25.97±5.31 25.42±4.53 62.99±5.71 29.18±3.99 17.40±3.63 15.29±1.74 41.06±0.73 37.06±0.95 14.90±1.84 47.37±11.57 35.40±6.73 22.29±4.50 23.08±4.46 55.42±5.54 24.66±3.58 16.32±3.12 13.69±1.64IMRT1 vsIMRT2 0.000 0.000 0.000 0.028 0.000 0.001 0.002 0.000 0.006 0.320 0.000IMRT1 vsIMRT3 0.000 0.005 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.024 0.851IMRT2 vsIMRT3 0.003 0.001 0.243 0.000 0.004 0.009 0.000 0.000 0.000 0.182 0.000IMRT2 vsIMRT‐JT 0.000 0.000 0.000 0.003 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

图2 4种计划横断面等剂量曲线分布比较Fig.2 Comparison of transverse isodose distributions in 4 plans

表3 4种计划的MU比较（±s）Tab.3 Comparison of monitor units in 4 plans(Mean±SD)

表3 4种计划的MU比较（±s）Tab.3 Comparison of monitor units in 4 plans(Mean±SD)

P值参数IMRT1IMRT2IMRT3IMRT‐JT MU 967.01±141.83 1 089.68±178.51 975.22±133.96 1 135.48±201.22IMRT1 vsIMRT2 0.000IMRT1 vsIMRT3 0.334IMRT2 vsIMRT3 0.001IMRT2 vsIMRT‐JT 0.001

尽管在调强计划中MLC的透射和漏射只占总射线不到3%，但这一现象不能被忽视。它可能导致在调强计划中，正常组织和危及器官受到更多的照射剂量。有研究表明，铅门与MLC 结合能尽可能遮挡非照射区域，相比于仅用MLC遮挡，能降低0.9%～4.4%的射线（6 MⅤ光 子）［18］。本研究中IMRT‐JT 与IMRT2 计划对比发现，在胸中段食管癌调强治疗中，铅门跟随计划能进一步降低脊髓、肺、心脏的受量，特别对于低剂量区域（肺Ⅴ5）有明显的降低（3%），但MU 平均增加4%。国内有学者对放射性肺炎的研究发现，当肺Ⅴ5＞55%时，大于二级放射性肺炎的概率会明显增加［19］。而在本研究的4 种计划中，仅有IMRT‐JT能将肺Ⅴ5控制在55%以内。

综上所述，IMRT1 的布野方式能更好地保护心脏，IMRT2 的布野方式能更好地降低肺的受照剂量，而铅门跟随技术的应用能进一步降低危及器官受量。在放射治疗中，放射学家们越来越重视肺5 Gy的受照体积在放射性肺炎的发生中所扮演的角色［20‐22］。因此在本研究中IMRT2 的布野方式与铅门跟随技术的结合能有效降低肺Ⅴ5，为临床计划设计提供参考。