鼻咽癌容积旋转调强放疗中不同布野方案的剂量学对比研究

佘瑾，黎李鑫，张达

1. 宜昌市中心人民医院 设备科，湖北 宜昌 443003；2. 四川友谊医院 放疗科，四川 成都 610041；3. 四川省肿瘤医院 放疗中心，四川 成都 610058

引言

鼻咽癌是我国常见的头颈部恶性肿瘤之一，放射治疗是鼻咽癌首选的治疗方法，但鼻咽癌的靶区较大，空间形状复杂，周围重要器官较多，因此对物理师的工作提出了巨大的挑战[1]。调强放射治疗（Intensity Modulated Radiotherapy，IMRT）在获得更适形靶区剂量的同时，又能降低周围危及器官（Organs at Risk，OAR）剂量。研究表明，容积旋转调强（Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT）技术在减少治疗时间的同时能获得更好的剂量分布[2]；而非共面布野能提供更多的优化空间，不仅能改善计划质量，还可以降低邻近器官剂量[3]。蝴蝶形VMAT 布野最早由Fiandra 等[4]应用于早期霍奇金淋巴瘤放射治疗中，他们分别使用2 个共面弧和1 个或2 个非共面弧实现部分非共面照射。目前该技术已应用于非霍奇金淋巴瘤[4]、纵隔淋巴瘤[5]、左侧乳腺癌[6]、头颈部肿瘤[7]等的放射治疗中，但尚未见其应用于鼻咽癌治疗的报道。基于此，本研究选取10 例鼻咽癌患者作为研究对象，采用Eclipse 计划系统分别设计双弧共面（Double-arc Coplanar，2F）计划、4 弧共面（Quadruple-arc Coplanar，4F）计划和非共面蝴蝶形布野（Butterfly-shaped Field，BF）计划，通过评估3 个计划中靶区、OAR 和机器参数的差异，并比较2F 与4F、2F 与BF 计划的剂量学差异，旨在为鼻咽癌容积旋转调强放疗中布野方案的选择奠定理论依据。

1 材料与方法

1.1 临床资料

选取2019 年12 月至2020 年2 月本院肿瘤科接收的原发、无远处转移鼻咽癌患者10 例作为研究对象，均为首程放疗、非妊娠期或哺乳期患者。10 例患者中男性6例，女性4 例；患者年龄20～65 岁，中位年龄51.5 岁；根据AJCC/UICC 鼻咽癌分期标准第8 版[8]，其中T3 期3 例，T4 期7 例；N1 期4 例，N2 期6 例。本研究经本院伦理委员会审核批准，所有研究对象均对本研究知情并自愿签署知情同意书。

1.2 模拟及体位固定

10 例患者均采用仰卧位，选用头枕+热塑型头颈肩膜（固定范围从头顶到肩部及胸廓上半部）进行固定。使用飞利浦Brilliance Big Bore CT 模拟定位机（贝斯特飞利浦医疗保健有限公司公司，荷兰），待患者呼吸平稳后开始静脉造影增强扫描，扫描层厚3 mm，扫描范围为从头顶至锁骨下3 cm。

1.3 靶区勾画

由1 名经验丰富的放射科医生根据鼻咽癌靶区勾画指南[9]，勾画出肿瘤原发灶（Gross Tumor Volume，GTV）和左右高危淋巴结、高危亚临床病灶（Clinical Target Volume，CTV1）、预防照射区（CTV2 和CTVln）。上述靶区分别向前、上下和两侧外扩5 mm，向后外扩0.3 mm，得到相应的计划靶体积：PGTV、PCTV1（亚临床病灶区）、PCTV2（预防照射区）和PCTVln（颈部淋巴结引流区）。计划设计次数30 次，处方剂量分别为69、66、54 和54 Gy。

1.4 计划设计

所有病例CT 图像传至Varian Eclipse 11.0 计划系统（Varian Medical Systems 公司，美国），由经验丰富的物理师根据医生要求制定放疗计划。Varian NovalisTX 加速器（Varian Medical Systems 公司，美国）中间32 对多叶准直器（Multi-leaf Collimator，MLC）宽度为2.5 mm，两边28 对宽度为5 mm，Y 方向（头脚方向）最大开野为22 cm。每例患者分别设计3 个计划：2F、4F、BF。其中2F 计划为2 个共面全弧（190°～170°），4F 计划为4 个共面全弧（190°～170°），BF 计划由2 个共面全弧（机架角度190°～170°和170°～190°）和2 个非共面弧（机架角度30°～330°和330°～30°，床转角90°）构成。所有共面弧均采用半铅门技术，即根据靶区大小和形状调整铅门宽度（X 轴方向），同时在计划设计时铅门宽度保持固定，不随MLC 宽度的改变而发生变化。本研究将X 轴方向一侧铅门移动到PCTVln 中间，靶区另一侧铅门完全打开。3 个计划均采用相同的射野参数、目标函数及优化条件，以评估不同布野方式对计划的影响。

1.5 计划评估

将靶区剂量归一到≥95%的体积，利用剂量-体积直方图评估靶区指标和OAR 参数，其中，靶区评价指标包括：最大剂量（Dmax）、平均剂量（Dmean）、适形指数（Conformity Index，CI）、均匀性指数（Homogeneity Index，HI）。CI 的范围为0～1，其中CI=1，表示靶区剂量完全覆盖靶区，适形性最佳；CI=0，表示没有适形性，适形性最差[10]。HI 理想值为0，其随计划剂量分布不均匀而逐渐增大[11]。OAR评估参数包括：脑干Dmax、脊髓Dmax、左右晶体Dmax、左右腮腺Dmean、喉Dmean、口咽Dmean、左右视神经Dmax、视交叉Dmax、下颌骨V30。机器参数为机器跳数（Monitor Units，MUs）。

1.6 统计学方法

采用SPSS 20.0 统计学软件进行数据分析，计量资料采用（±s）表示。由于在实际计划设计和治疗中，一般采用2F 布野方式，因此，以2F 计划为参照，分别比较2F与4F、2F 与BF 之间靶区、OAR 和机器参数的差异。组间数据比较采用Wilcoxon 符号秩和检验，以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

由表1 可知，靶区剂量参数中除BF 计划的PGTV Dmax显著低于2F 计划外（P＜0.05），其他参数比较差异均无统计学意义（P＞0.05）。由表2 可知，4F 计划与2F 计划除PGTV CI 差异无统计学意义，其余参数均显著高于2F 计划（P＜0.05），而BF 计划与2F 计划各参数CI 比较差异均无统计学意义（P＞0.05）。4F 计划与2F 计划除PCTV1 HI 差异无统计学意义外，其他参数均显著低于2F 计划（P＜0.05），BF 计划仅PCTV2 和PCTVln HI 显著低于2F 计划（P＜0.05）。

表1 靶区剂量学参数比较（cGy，±s）

表1 靶区剂量学参数比较（cGy，±s）

注：PGTV：肿瘤原发灶靶区；PCTV1：亚临床病灶区；PCTV2：预防照射区；PCTVin：颈部淋巴结引流区。与2F比较，aP＜0.05。

靶区 参数2F计划4F计划BF计划PGTVDmax 7467.35±41.71 7431.63±79.80 7440.54±40.46a Dmean 7157.62±127.57 7116.84±30.32 7109.72±24.27 PCTV1Dmax 7449.72±62.66 7455.70±64.85 7446.95±39.14 Dmean 6938.31±44.82 6829.97±46.80 6822.88±47.69 PCTV2Dmax 7473.72±42.69 7437.70±93.13 7446.95±39.14 Dmean 6472.68±53.40 6462.34±44.74 6460.02±47.21 PCTVlnDmax 7470.89±113.08 7479.74±119.5 7486.18±103.81 Dmean 6113.35±122.5 6097.47±99.02 6110.28±103.62

表2 靶区CI和HI比较（±s）

表2 靶区CI和HI比较（±s）

注：PGTV：计划肿瘤靶区；PCTV1：亚临床病灶区；PCTV2：预防照射区；PCTVin：颈部淋巴结引流区；CI：适形指数；HI：均匀性指数。与2F比较，aP＜0.05。

靶区 指标2F4FBF PGTVCI0.746±0.091 0.780±0.0550.719±0.069 HI0.060±0.004 0.052±0.007a 0.059±0.004 PCTV1CI0.345±0.062 0.362±0.061a 0.351±0.059 HI0.195±0.010 0.190±0.0150.193±0.010 PCTV2CI0.276±0.050 0.282±0.048a 0.276±0.049 HI0.329±0.011 0.318±0.011a 0.321±0.004a PCTVlnCI0.501±0.043 0.517±0.050a 0.506±0.044 HI0.328±0.009 0.316±0.009a 0.319±0.006a

2.2 OAR剂量学参数比较

2F 计划、4F 计划和BF 计划的OAR 剂量学改变详见表3，4F 计划对脊髓、左右腮腺和喉的Dmax或Dmean均显著低于2F 计划（P＜0.05）。BF 计划仅喉的Dmean显著低于2F 计划（P＜0.05），且BF 计划的视交叉、左右晶体Dmax均显著高于2F 计划（P＜0.05）。4F 计划和BF 计划的其余参数与2F 计划比较差异均无统计学意义（P＞0.05）。

表3 OAR参数比较（±s）

表3 OAR参数比较（±s）

注：与2F比较，aP＜0.05。

部位 参数2F计划4F计划BF计划脑干Dmax/cGy5792.03±315.685754.46±310.465777.88±351.50脊髓Dmax/cGy3805.84±240.033644.46±182.06a3767.69±141.04右晶体Dmax/cGy636.10±117.76611.94±98.68727.28±110.28a左晶体Dmax/cGy601.09±82.11602.25±100.68719.92±155.51a右腮腺Dmean/cGy3233.79±176.543119.86±131.70a3253.49±157.46左腮腺Dmean/cGy3295.92±216.143174.09±198.02a3288.18±198.98喉Dmean/cGy3332.43±223.033138.87±165.80a2973.70±149.96a口咽Dmean/cGy3375.87±143.273315.16±82.943399.34±80.13右视神经Dmax/cGy3381.39±1755.893363.52±1744.283408.62±1750.85左视神经Dmax/cGy2801.81±1082.012768.42±1032.942908.04±1063.29视交叉Dmax/cGy1662.97±1131.551706.14±1188.741794.53±1211.75a下颌骨V30/%49.52±13.3247.38±12.5052.02±12.01

2.3 MUs比较

4F 计 划 的MUs 为（881.40±60.20）， 显 著 高 于2F 的（771.90±39.60）（P=0.002）；BF 计 划 的MUs为（755.40±44.79），与2F 计划比较差异无统计学意义（P=0.232）。

3 讨论

本文研究了常规2F计划与4F和BF计划的剂量学差异，其中蝴蝶形布野是一种非共面的布野方式，由2 个共面全弧和1 个或2 个非共面弧构成，其是一项非常成熟的放射治疗技术，目的在于增加中间靶区照射剂量的同时避开靶区两侧的OAR，其疗效取决于能否避开OAR（在靶区与周围OAR 之间形成峰峦状的剂量分布，从而提高靶区适形度，有效提高靶区受照剂量），可使靶区得到充足的照射剂量的同时保护OAR。

本研究结果表明，对于靶区，BF 计划仅对PGTV 的最大值控制有明显优势，其余参数无明显差异。整体上看，4F 计划除PGTV 外，其余靶区适形性均优于2F 计划，而BF 计划与2F 计划无明显差异。对于靶区均匀性，4F 计划除PCTV1 外，其余靶区均优于2F 计划；BF 计划除PCTV2 和PCTVln 外，其余靶区均匀性均好于2F 计划。在OAR 保护方面，4F 计划对脊髓、腮腺和喉保护更好，而BF 计划对靶区高剂量控制更好，部分靶区均匀性好于2F 计划，但对OAR 的保护仅体现为喉，而视交叉、左右晶体最大剂量甚至高于2F计划，与李钢等[12]研究结果一致，即非共面计划在晶体的保护上不一定优于共面计划。Jeong等[2]和Ning 等[13]研究非共面计划在鼻窦和鼻旁窦肿瘤放疗中的应用时也发现，非共面VMAT 计划在靶区剂量和重要OAR 保护上优势并不明显。分析原因为，一方面，BF计划均采用相同的机架角度和床转角；另一方面在设计BF计划时未固定铅门，即2 个非共面弧仅作用于位于铅门中间的部分靶区。因此，在未来的计划设计时需进一步改进。本研究发现，4F 计划在靶区适形性和均匀性上均优于2F计划，对部分器官保护也更好，与杨金磊等[14]研究结果一致。此外，4F 计划在获得更好剂量分布的同时还能降低正常组织受量，但机器跳数明显增加，会增加治疗时间。这是由于增加弧的数量可以在同一个入射角度上增加一个通量分布，即提高了剂量调制能力[15]。

非共面计划在满足靶区剂量要求的同时，也能实现OAR 的保护限量，在剂量梯度较大的靶区和器官之间还能形成很大的剂量跌落，但非共面VMAT 的实现与加速器性能有关，李钢等[12]认为，当MLC 叶片宽度小于5 mm 时，VMAT 能够使靶区剂量快速跌落，实现更复杂的计划。但BF 计划有一个弊端，即床转角需要治疗师进入机房进行手动操作，这样会增加患者治疗时间，降低工作效率。因此，对于临床实际情况，应以共面计划为主，为了进一步提高VMAT 的调制能力，可以采用增加治疗弧的方法。

铅门对VMAT 计划的质量影响较大，射野增大，射线能量增高，MLC 的漏射和透射也随之增加，OAR 受量也相应提高，因此，需要铅门和MLC 匹配良好才能得到最理想的结果[16]。本研究根据鼻咽癌靶区的空间分布特性，在VMAT 计划设计时采用半铅门技术，即将X 方向的铅门一侧固定在淋巴引流区中间位置，而铅门的另一侧完全打开，将靶区的50%完全暴露于铅门范围内，设置两个X 方向对称的全弧实现靶区的照射。这种半铅门技术本质上属于固定铅门技术，一般用于无铅门自动跟随技术的加速器上[11]。对于口咽癌、鼻咽癌等靶区形状类似的肿瘤，使用这种技术，可以降低MLC 的适形难度，提高射线输出效率，在保证靶区剂量的同时更好地保护淋巴引流区中间和后颈部的正常组织[17]。陈亚正等[18]通过对口咽癌的研究发现，半铅门技术可以明显改善靶区HI 和CI，降低脑干、脊髓的Dmax，同时降低口腔、喉的Dmean，且在剂量分布方面有明显优势。

4 结论

本研究分别对比了鼻咽癌4 弧共面计划与2 弧共面计划、蝴蝶形布野非共面计划与2 弧共面计划的剂量学差异。3 种计划均能满足靶区剂量要求，但BF 计划对OAR的保护并不优于共面计划；4F 计划在获得更好剂量分布的同时能降低正常组织受量，但会增加机器跳数。今后的研究可以不断完善病例的收集与分类，对部分OAR 的特殊要求设计不同的蝴蝶形射野计划，针对常规患者建议采用2 弧VMAT，对OAR 保护严格的计划可以采用4 弧VMAT。