胸中段食管癌3种调强放疗剂量学比较

贾雪丽，闫文星，徐晓捷，亢崇照，赵芳宗，韩振坤，王晓宏

食管癌是我国常见的消化道恶性肿瘤之一，以手术为主的治疗方案仍有较高局部复发率，其5 a生存率约为20%[1]。近年来全弧容积旋转调强(volumetric modulated arc therapy,VMAT)技术发展迅速，该技术在放疗中机架和多叶准直器(multi-leaf collimator,MLC)同时动态运动，可提高治疗速度[2]，同时缩短治疗时间，相对提高治疗的生物效应。由于随着治疗时间的延长，患者体位变化产生的概率加大，降低治疗精度[3]，而动态调强是机架角度固定，动态调整叶片的位置连续出束。全弧容积旋转调强(volume modulated arc therapy,VMAT)是一个完整的弧，在实际治疗时弧内每个机架角度都出束[4]。弧内间断出束的容积旋转调强(finite discontinuity-volume modulated arc therapy,D-VMAT)是为了保护重要的危及器官，在弧内间断的出束，避开重要危及器官。本文比较中段食管癌DMLC、D-VMAT和VMAT这3种计划的剂量分布特点，为中段食管癌临床放疗计划选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 一般资料选择2020年4月至2021年4月本院收治的采用医科达Infinity直线加速器做治疗的胸中段食管癌患者20例，其中男11例，女9例；年龄53～80岁，中位年龄71岁；肿瘤长度6～26.5 cm，中位长度15.75 cm，计划靶区PTV的体积47.38～667.71 cm3，中位体积191.59 cm3。

1.2 定位及靶区和OAR勾画患者均采用平静呼吸状态下仰卧位，均双臂上举双手交叉置于头顶，用热缩体膜(深圳腾飞宇科技，规格560 mm×460 mm×2.4 mm)固定，配合碳纤维固定架和体位参考金标固定。采用西门子4排CT模拟机扫描定位，扫描层厚均为5 mm。定位扫描的图像传至Pinnacle 10.9计划系统。由同一个主管医生在CT图像上勾画靶区GTV、CTV、PTV和危及器官(organs at risk,OAR)。PTV的处方剂量为50.40～63 Gy，每周5次，每次1.8～2.1 Gy，共30次。物理师将画好靶区的CT图像传至Monaco 5.11治疗计划系统(treatment planning system,TPS)，按照医生的处方要求制作多个放射治疗计划。

1.3 计划设计采用医科达Monaco 5.11计划系统，20例分别设计前1后4的5个野共面固定野的动态调强计划记为DMLC，弧内间断出束的容积旋转调强(准直器角度0°，从180°旋转至225°，330°旋转至30°，135°旋转至180°)的VMAT计划记为D-VMAT，全弧容积旋转调强的(从180°顺时针旋转360°)的VMAT计划记为VMAT。PTV处方剂量50.40～63 Gy，分30次，要求95% PTV接受100%处方剂量，单侧肺要求V5<60%、V20<30%，心脏V30<40%、V40<30%，脊髓Dmax<45 Gy，且均用一样的优化条件。

1.4 计划评估利用剂量体积直方图(dose volume histogram,DVH)比较3种计划PTV的D98、D95、D50、D5、D2、V95%、Dmax、Dmean及适形度指数CI(conformity index,CI)、均匀性指数HI(homogeneity index，HI)值[5-6]。左肺和右肺V5、V10、V20、Dmean，心脏V30、V40、Dmean和脊髓Dmax。

1.5 统计方法采用SPSS 23.0软件对3种计划分别行两两配对t检验，以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 DMLC、D-VMAT和VMAT计划靶区剂量参数比较分别对DMLC计划与D-VMAT计划行配对t检验，DMLC计划与VMAT计划行配对t检验，D-VMAT计划与VMAT计划行配对t检验，得到相应的P值。PTV的D2和D5值D-VMAT计划最优(P=0.022，P=0.045)，均匀性指数HI值DMLC计划最优(P=0.008)。见表1。

表1 20例中段食管癌患者3种计划间计划靶区剂量参数比较

2.2 DMLC和D-VMAT计划危及器官OAR剂量参数比较左肺V10、右肺V20、心脏V30值均是DMLC计划值最优(P=0.001～0.035)。见表2。

表2 20例中段食管癌患者DMLC和D-VAMT计划间危及器官OAR参数比较

2.3 DMLC和VMAT计划危及器官OAR剂量参数比较右肺V5、V10、V20、Dmean值DMLC计划均优于全弧VMAT计划(P=0.001～0.008)，见表3。

表3 20例中段食管癌患者DMLC和VAMT计划间危及器官OAR参数比较

2.4 D-VMAT和VMAT计划危及器官OAR剂量参数比较左肺V10，右肺V5、V10， D-VMAT计划优于VMAT计划(P=0.000～0.032)。左肺的V20和心脏的V30剂量参数VMAT计划优于D-VMAT计划(P=0.001，P=0.001)。

2.5 机器跳数和治疗时间的比较3个计划的机器跳数比较，结果显示，DMLC计划优于D-VMAT计划(P=0.002)、优于VMAT计划(P=0.001)。经研究，本院Infinity直线加速器在实际执行时DMLC计划的平均剂量率为3.54 Mu·s-1，VMAT计划的平均剂量率为5.29 Mu·s-1。3个计划的实际执行时间比较， D-VMAT计划和VMAT优于 DMLC计划(P=0.000～0.001)。

表4 20例中段食管癌患者DMLC和D-VAMT计划间危及器官OAR参数比较

表5 20例中段食管癌患者DMLC、D-VAMT和VAMT计划间机器跳数比较 Mu

表6 20例中段食管癌患者DMLC、D-VAMT和VAMT计划间执行时间比较 s

3 讨论

随着放疗设备的不断创新、技术的不断发展，放射治疗越来越多地应用于食管癌的治疗[7]。调强放射治疗能够明显提高食管癌患者的生存率[8]。目前容积旋转调强VMAT已广泛应用于临床，且有研究表明无论是单弧VMAT还是全弧VMAT计划的剂量分布均能满足剂量学分布要求，且能显著缩短治疗时间[9-11]。本研究的病例均选取胸中段食管癌患者，以便比较不同计划的剂量分布特征。

食管癌的放射治疗中，放射性肺炎是最主要的不良反应。调强放疗能够在有效地减少正常器官的照射剂量前提下，提高肿瘤区域的照射剂量，明显提高食管癌照射区域剂量的适形度和均匀性[12]。容积旋转调强VMAT技术，在机架旋转的同时根据靶区大小、形状等动态地调整叶片的运动，获得精准的照射[13]。动态调强DMLC在静态调强IMRT的基础上，能在出束时动态地调整多叶光栅的位置，更好地适形靶区的形状，照射速度较静态IMRT快。

本研究中计划靶区PTV的D5(P=0.045)和D2(P=0.022)剂量参数动态调强DMLC计划优于容积调强D-VMAT和VMAT计划。针对危及器官，左肺的V20(P=0.004，P=0.001)，右肺的V5(P=0.001)、V10(P=0.035，P=0.002)、V20(P=0.015，P=0.008)、Dmean(P=0.006)，机器跳数MU(P=0.002，P=0.001)，均匀性指数HI(P=0.008)参数，均是动态调强DMLC计划优于D-VMAT和VMAT计划。且左肺V10(P=0.032)，右肺V5(P=0.002)、V10(P=0.000)参数均是D-VMAT优于VMAT计划。机器跳数DMLC计划最少，全弧VMAT计划跳数最高。

本研究Infinity加速器实际出束时，容积旋转调强平均出束剂量较快，实际治疗时间较短，提高治疗精度，所以在治疗效率上，D-VMAT和VMAT计划均要优于动态调强DMLC计划。D-VMAT和VMAT计划的机器跳数较固定野DMLC计划较高，但是在机架转速一样的情况下，D-VMAT和VMAT计划的实际执行的平均剂量率为5.29 Mu·s-1，而DMLC计划的实际执行的平均剂量率为3.54 Mu·s-1。DMLC平均治疗时间较D-VMAT长33.06 s，较VMAT长29.64 s。这一结果与王清鑫等[14]的研究结果一致，旋转容积调强能有效缩短治疗时间。本研究中用的是医科达的Monaco 5.11计划系统，该计划系统的算法为蒙特卡罗算法。且本研究选择的是动态调强的固定野DMLC，动态调强是静态调强IMRT的升级技术，在机架角度固定的情况下，动态地调整多叶光栅的位置和形状，在一个固定射野内连续不间断出束，较静态调强治疗速度提升较多。Monaco 5.11计划系统能实现固定照射野的整合，无需人工操作即可实现机架角自动旋转，也能提高实际执行时间。

本研究所选取的是胸中段食管癌患者，靶区位置在纵膈中部，左右两边是低剂量敏感的正常器官肺组织，固定野的计划设计和弧内间断出束的容积调强计划设计的初衷就是避开肺组织，让剂量尽可能少地通过肺组织。本研究结果显示，弧内避开肺组织的间断出束容积调强D-VMAT较全弧容积旋转调强VMAT在左肺V10参数和右肺V10参数上有优势，但和DMLC相比无明显优势。

综上所述，在双肺组织保护和机器跳数方面，DMLC较D-VMAT和VMAT具有明显的优势，在治疗时间方面D-VMAT和VMAT较DMLC具有明显优势。对于靶区的剂量分布适形度指数，3种计划间均没有太大差异，且均能满足靶区剂量分布要求。对于心脏的保护VMAT较D-VMAT有明显的优势。