基于模型的肺部肿瘤内外两种放疗方案的肺受照物理剂量差异分析

杨 波

（西南医科大学附属医院肿瘤科，四川泸州 646000）

对于晚期肺癌肿瘤伴有纵膈淋巴结转移的患者，如果针对肺部肿瘤靶区和淋巴结靶区同时实施外放射治疗（如调强技术），在制作放疗计划设计时常常因为肺受量的限制而不能推高靶区的剂量。而组织间近距离插植放疗时，插植针植入肿瘤内部随肿瘤的运动而运动，可以忽略靶区运动的影响，com⁃mission on radiation units and measurements (ICRU)第58号报告建议，处方剂量可以直接给予到临床靶区（clinical target volume，CTV）上[1]；因此，有学者采用针对肿瘤靶区实施组织间近距离插植内照射加纵膈淋巴结调强外照射的方案来缓解肺受量的限制[2-7]。为此，本研究专门设计了一个模型来分析采用插植放疗的方案与原有方案在肺受照物理剂量的差异。

1 材料与方法

1.1 文献方案分析

文献报道组织间近距离插植放疗针对肺部肿瘤靶区CTV 的放疗方案中[7]，单次给予CTV 处方剂量为单次30 Gy，等效生物剂量为120 Gy。对纵膈淋巴结靶区采用调强放疗，处方剂量70 Gy，共约35 次。以此为基础，本研究的设计放疗计划处方剂量方案为：针对肺部肿瘤靶区设计处方剂量为120 Gy，针对纵膈淋巴结靶区为70 Gy。

1.2 设备和靶区设计

在放疗专 用CT 机（lightspeed plus 4，general electric company，USA）上扫描仿真人形模体，采用层厚5 mm，120 kv，200 mA的扫描条件进行扫描，然后传输到三维近距离治疗计划中Oncentra 4.1(Elek⁃ta，Sweden)进行勾画靶区和计划设计。在右肺中部勾画一组同心圆球体靶区模拟不同体积的肺部原发灶肿瘤靶区，半径分别为：10、18、26、34和42 mm；体积分别为：4.17、24.30、73.40、164.00 和309.00 cm3（说明：体积为计划系统中根据靶区勾画的轮廓计算所得，与标准的球体体积计算稍有差别），如图1。其中半径逐渐增加8 mm[8-10]用于模拟CTV 和计划靶区（planning target volume，PTV)大小的差别。然后在纵膈处模拟勾画两个体积分别为9.68 cc 和8.44 cc 球形靶区模拟纵膈淋巴结靶区。

图1 靶区示意图

1.3 放疗计划设计

1.3.1 针对肺部靶区的调强计划分别针对每个球体靶区（模拟的肺部原发灶肿瘤靶区）设计外照射5 野逆向静态调强放疗计划。5野调强计划的射野角度分别为：0°、72°、144°、216°和288°；计划优化目标为：全肺组织受到20 Gy 剂量以上的体积占全肺体积的百分比（V20）最低时，95%的模拟靶区体积达到处方剂量120 Gy（D95 ≥120 Gy）[11-13]。针对不同的半径大小，放疗调强计划名分别为：IMRT（10），IMRT（18），IMRT（26），IMRT（34）和IMRT（42）；其中IMRT（10）为针对靶区半径为10 mm的调强计划，其他同理。

1.3.2 针对肺部靶区的组织间近距离插植放疗计划

组织间近距离插植放疗计划的插植针为虚拟布针，布针方式为等间距平行布针[1]，垂直插入肿瘤球形靶区内，布针数目为：半径为10 mm球形靶区布针1 针，并经过球形靶区中心；半径为18 mm 和26 mm的球形靶区布针3 针；半径为34 mm 和42 mm 的球形靶区布针5 针。优化手段主要采用调整驻留点位置和驻留点时间，优化目标为当V20最低时，D95 ≥120 Gy[10-11]。针对不同的半径大小，组织间近距离插植计划名分别为：IBRT（interstitial brachytherapy）（10）IBRT（18），IBRT（26），IBRT（34）和IBRT（42）；其中IBRT（10）为针对靶区半径为10 mm 的组织间近距离插植计划，其他同理。

1.3.3 针对纵膈淋巴结靶区的调强计划

针对在纵膈处两个体积分别为9.68 cc 和8.44 cc 球形的模拟纵膈淋巴结靶区，设计5 野逆向静态调强放疗计划；处方剂量为70 Gy；优化目标：肺V20最低时95 %的模拟靶区体积达到处方剂量70 Gy（D95 ≥70 Gy）。针对纵膈处靶区的调强计划命名为：IMRT-ZG。

1.4 方案分组比较

根据制作好的三类放疗计划，进行方案分组；分3组。1组：针对肺部肿瘤靶区相同体积时，组织间近距离插植计划和调强计划。2组：针对肺部肿瘤靶区相同体积时，插植组织间近距离插植计划和调强计划分别融合纵膈调强计划IMRT-ZG 后合成方案。即：比 较IMRT(10)+IMRT-ZG 和IBRT(10) +IMRT-ZG；IMRT(18)+IMRT-ZG 和IBRT(18) +IMRT-ZG；IMRT(26)+IMRT-ZG 和IBRT(26) +IMRT-ZG；IMRT(34)+IMRT-ZG 和IBRT(34) +IMRT-ZG；IMRT(42)+IMRT-ZG 和IBRT(42) +IMRT-ZG。3 组：方案Ⅰ和方案Ⅱ；方案Ⅰ为针对肺部肿瘤靶区CTV实施插植组织间近距离插植计划和针对纵膈靶区调强计划的融合计划；方案Ⅱ为：针对肺部肿瘤靶区PTV（方案一中的CTV半径增加8mm）实施调强计划和针对纵膈靶区调强计划的融合计划。具体为：比较IM RT(18)+IMRT-ZG 和IBRT(10)+IMRT-ZG；IMRT(26)+IMRT-ZG 和IBRT(18) +IMRT-ZG；IMRT(34)+IMRT-ZG 和IBRT(26) +IMRT-ZG；IMRT(42)+IMRT-ZG 和IBRT(34) +IMRT-ZG。

1.5 统计分析

在SPSS 19.0 统计软件中，比较各组间的肺V20和V30；差异采用配对样本T 检验，以P ＜0.05 为差异具有统计学意义。作图分析肺V20 差值与肿瘤体积大小的关系。

2 结果

2.1 相同体积靶区时，肺受量参数V20和V30比较

针对相同体积靶区时，肺部靶区半价r大小分别为：10、18、26、34 和42 mm；肺受量参数V20 和V30比较中，V30 的差异具有统计学意义（P ＜0.05），见表1，表2。

表1 IBRT和IMRT针对相同肺部靶区大小时的肺V20和V30（%）

表2 针对相同肺部靶区大小的IBRT和IMRT分别融合IMGR-ZG时的肺V20和V30 (%)

2.2 两种放疗方案中肺受量参数V20和V30比较

针对不同体积靶区，方案Ⅰ和方案Ⅱ的肺V20和V30 比较中，V20 和V30 差异具有统计学意义（P ＜0.05），见表3。

表3 方案Ⅰ和方案Ⅱ的肺V20和V30 (%)

2.3 肺受量参数V20与肿瘤体积大小的关系

针对不同体积靶区，方案Ⅰ和方案Ⅱ的肺受量参数V20 差值大小（ΔV20）随着靶体积的增大而减小，见图2。

图2 Δ V20与肺部肿瘤体积大小关系

3 讨论

对于晚期肺癌肿瘤伴有纵膈淋巴结转移的患者，如果针对肺部肿瘤靶区和淋巴结靶区同时实施外放射治疗（如调强技术），在制作放疗计划设计时常常因为肺受量的限制而不能推高靶区的剂量。从模体分析的结果看，插植内照射方式相比较调强外照射而言是可以降低肺受量的，因此，针对晚期肺癌伴淋巴结转移到放疗患者，采用组织间近距离插植内照射加纵膈淋巴结调强外照射的方案来缓解肺受量的限制是可行的。这一方案使得推高肿瘤治疗剂量从而提高局控率有一定范围的突破[14]。但是，随着肺部肿瘤体积的增大，两种方案的肺受量差别在缩小，即：组织间近距离插植内照射加纵膈淋巴结调强外照射的方案在肺受量上的优势在减弱。因此，这一方案的适用范围应该可能在大体积肺肿瘤上有所限制；这与以放射性粒子植入治疗手段，针对肺癌时的适应症：肿瘤直径≤7cm的指南建议相吻合[15-16]。但是以铱源后装机器为基础时，具体这个限值存在哪个数据区间范围还需要进一步研究。

内外两种照射方式的不同，其产生的剂量分布有各自的特点，这可能是造成肺受照剂量的差异原因之一。但是，在体模上针对同一体积给予相等处方剂量照射的研究结果表明，两种照射方式在肺受量上的差别不明显；当针对不同体积大小时（插植针对CTV 靶区，调强针对PTV 靶区）肺受量差别明显。这说明两种方案产生的肺受量的差别主要源于照射靶区体积大小的不同。

同时，两种方式的肺受量差别，从数据来看都有随肿瘤体积增大而减小的趋势。可能的原因在于，PTV 的外扩是在CTV 基础上增加一个定量的范围（外扩8 mm）；随着CTV 大小的增加，PTV 体积与CTV体积的比率在下降。假设CTV的半径为r的标准球体，PTV 在CTV 基础上外扩8 mm，设K 为PTV 体积与CTV体积的比率：K=PTV体积/CTV体积，那么K=(r+8)3/r3，随着r 增大，K 值减小，接近于1。而CTV 或PTV 正好对应的是计划中高剂量覆盖区域，靶区体积大小差异越小，高剂量覆盖的范围大小差异也越小，从而可能使得肺受量的差异减小。

需要指出的是，本研究中的肺V20 和V30 剂量学指标为物理剂量学指标，并没有考虑分次照射等因素，虽然与临床预测肺副反应时所运用的剂量学指标为相同的名字，但意义有区别[17]。处方剂量选择为120 Gy 原因是为了避免剂量指标的选择不合理（比如：当选择处方剂量20 Gy，所有计划方案中肺V30 数值都为0）。总之，从模体的研究中，验证了采用组织间近距离插植内照射加纵膈淋巴结调强外照射的方案来缓解肺受量这个方案的合理性，但也预示了该方案在大体积肿瘤的应用上存在限制。但，是否可以将这一初步结论完全应用于真实人体还需要进一步的研究。

4 结论

对于晚期肺癌伴有纵膈淋巴结转移的放疗患者，采用组织间近距离插植内照射加纵膈淋巴结调强外照射的方案可以降低肺的受量，从而在一定的程度上突破全外照射方案在肺受量上的限制而推高靶区剂量。但是，随着靶区体积的增大，组织间近距离插植内照射加纵膈淋巴结调强外照射的方案在降低肺的受量方面的优势在减小。