胸中段食管癌術后不同布野方案對調強放療劑量分布的影響

西南醫科大學附屬醫院 腫瘤科，四川 瀘州 646000

引言

食管癌作為常見的消化道腫瘤，在我國具有較高的發病率和死亡率[1]。由于其特殊的解剖位置和結構，手術治療具有明確的局限性。因此，放射治療成為了治療食管癌的主要手段之一。近年來，調強放射治療（Intensity-Modulated Radiotherapy，IMRT）由于具有更好的靶區覆蓋度、均勻性，同時能更好地保護周圍危及器官（Organ at Risk，OAR）而被廣泛應用于食管癌的放療中[2-4]。眾所周知，胸中段食管癌的靶區跨度長，靶區和周圍正常組織關系臨近且復雜，在設計調強放療計劃時，不同的射野入射方向會導致不同的靶區及OAR劑量分布[5-6]?；诖?，本文研究了臨床常見的三種胸中段食管癌不同的射野入射方向及對應的靶區和OAR受量[7]，并對比分析其靶區和危及器官的劑量學差異，以期為臨床胸中段食管癌術后調強放療提供參考和依據。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取10例胸中段食管癌術后調強放療患者，其中男性9例，女性1例；年齡52～77歲，中位年齡64歲；病例類型均為鱗狀細胞癌。

1.2 模擬定位

所有患者均采用仰臥位，雙手上舉置于頭上，使用熱塑體模固定，采用Philips公司Lightspeed模擬定位CT在平靜呼吸狀態下行增強掃描，掃描層厚5 mm，掃描范圍上至全頸，下至肺下緣3 cm。將掃描的CT圖像傳輸至Pinnacle V9.10三維治療計劃系統（Treatment Planning System，TPS）進行靶區和危及器官的勾畫。

1.3 靶區及危及器官勾畫

所有患者的靶區均由同一高年資醫師勾畫臨床靶區（Clinical Target Volume，CTV），包括亞臨床病灶上下3～4 cm、左右1 cm范圍及其相應節段淋巴引流區。計劃靶區（Planning Target Volume，PTV）是在CTV的基礎上外擴0.5 cm形成。危及器官主要包括：雙肺、心臟、脊髓、外輪廓除去PTV的區域定義為正常組織（Normal Tissue，NT），其上、下界為PTV的上、下界外三層。PTV的平均體積為（288.6±49.4）cm3。

1.4 計劃設計

由同一高年資物理師制定IMRT放療計劃，選擇Elekta公司Precise直線加速器進行照射，能量為6 MV的X射線。每例患者分別設計基于患者身體兩側的蝴蝶形5野（PA，射野方向為180°、140°、20°、340°、220°，圖1）、7野（PB，射野方向為180°、150°、120°、20°、340°、240°、210°，圖2）及7野均分（PC，射野方向為180°、128°、76°、24°、332°、280°、228°，圖3）三種共面固定野調強放療計劃，靶區處方劑量為50.4 Gy/28 F，要求95%體積的PTV劑量不低于50.4 Gy。劑量計算網格采用3 mm，最小子野面積7 cm2，最小子野跳數設為7，最大子野個數不超過40個，采用直接機器參數優化方式（Direct Machine Parmeter Optimization，DMPO）進行優化，每種IMRT計劃的調強參數保持一致。同時，為了盡量降低OAR的劑量，每種優化方法均采用了劑量體積聯合等效均勻劑量（Equivalent Uniform Dose，EUD）的優化方法進行優化[8-9]。

1.5 計劃驗收與評估

PTV采用最大劑量Dmax、平均劑量Dmean、D95%（95%靶區體積受到的劑量）、V105%（高于105%處方劑量的相應靶體積百分數）、V110%（高于110%處方劑量的相應靶體積百分數）、劑量均勻指數（Homogeneity Index，HI）、適形指數（Conformal Index，CI）。根據ICRU 83號報告建議[10]，HI=(D2%-D98%)/D50%,其中，D2%為2%PTV體積受到的劑量，可近似認為是靶區的最大劑量，D98%為98%PTV體積受到的劑量，可近似認為是靶區最小劑量，D50%為50%PTV體積受到的劑量，近似認為靶區的中位劑量。HI反映了靶區內劑量的均勻性，其值越接近于0，表示靶區內劑量越均勻[11]。CI=(Vrptv/Vptv)×(Vrptv/Vref)，其中，Vrptv為參考等劑量線所包繞的PTV體積，Vptv為PTV的實際體積，Vref為參考等劑量線所覆蓋的總體積，CI取值為0～1，其值越接近1，表示靶區適形度越好[12]。OAR評價指標：雙肺：V5、V10、V20、V30、Dmean；心臟V20、V30、V40、Dmean；脊髓：D1cc；NT：V5、V10、V20、V30、V40、V50、Dmean。其中，V5、V10、V20、V30、V40、V50分別表示受到5、10、20、30、40和50 Gy以上劑量照射的體積，D1cc表示1 cm3體積受到的照射劑量。同時評估每種計劃的總機器跳數（Monitor Unit，MU）。

圖1 PA計劃射野分布圖

圖2 PB計劃射野分布圖

圖3 PC計劃射野分布圖

1.6 統計學分析

采用SPSS 19.0軟件對所有數據進行分析，分析數據采用±s（均數±標準差）表示，所有統計數據行單因素方差分析，組間比較采用LSD法進行組內比較，以P＜0.05為有統計學意義。

2 結果

2.1 靶區劑量學比較

PTV劑量學比較，見表1。三種IMRT計劃的靶區D95%、Dmean均能滿足要求，差異無統計學意義（P＞0.05）。PA相較于PB、PC計劃，靶區的Dmax略微增大；在HI比較上，三種計劃無顯著差異（P＞0.05）；在CI比較上，PC最高，PA最低，差異有統計學意義（P＜0.05）；三種計劃的PTV V110%比較，差異無統計學意義（P＞0.05）。

2.2 危及器官劑量學比較

2.2.1 雙肺、心臟、脊髓劑量學比較

雙肺、心臟及脊髓的劑量學參數比較，見表2。其中，PA雙肺的V5最低，PB次之，PC最高，差異有統計學意義（P＜0.05），PB比PA高約8%，PC比PB高約15%；PA與PB的V10均顯著低于PC，差異有統計學意義（P＜0.05）。但雙肺的V20、V30比較，PC優于PB，PB優于PA，差異均具有統計學意義（P＜0.05）；雙肺的Dmean，PA最低，PC最高，PC與PA及PB相比，差異均具有統計學意義（P＜0.05），但PA與PB相比，差異無統計學意義（P＞0.05）；心臟的 V20、V30、V40、Dmean，PC 優于 PB，PB優于PA，差異有統計學意義（P＜0.05）；脊髓的D1cc比較方面，PA、PB、PC三種計劃有逐漸降低的趨勢，但是差異不具有統計學意義（P＞0.05）。

2.2.2 NT的劑量學比較

體部輪廓除去PTV的區域定義為NT，其劑量學比較見表3。由表3數據可以看出，PA的V5最低，PC最高，差異有統計學意義（P＜0.05）；PA的V10最低，PC最高，但PA與PB相比，差異無統計學意義（P＞0.05），PA與PC、PB與PC相比，差異均具有統計學意義（P＜0.05）；但在V20、V30、V40、V50的比較上，PC均顯著優于PB、PB優于PA，差異有統計學意義（P＜0.05）；在Dmean比較上，與雙肺的Dmean類似。

2.2.3 機器跳數比較

三種IMRT計劃的MU比 較，PA的MU最高（388.6±50.8），PC 最低（331.7±59.0），但 PA 與 PB（378.8±43.7） 相比（P=0.674>0.05）、PB與PC相比（P=0.051>0.05），差異無統計學意義，而PA與PC差異有統計學意義（P=0.020<0.05）。

2.3 三種計劃橫斷面劑量分布

PA、PB、PC三種計劃橫段末劑量分布分別如圖4～6所示。

3 討論

食管癌是我國高發的惡性腫瘤，放射治療是其主要的治療方法之一。胸中段食管癌由于其靶區呈狹長分布，緊鄰肺、脊髓和心臟等重要的危及器官，如何在保證靶區劑量的前提下，盡量降低危及器官的劑量一直是放射治療的難點[13-15]。本文通過對臨床常見的三種調強放射治療不同射野入射方向進行對比研究，探索不同射野入射方向對靶區和危及器官的劑量學影響。

表1 三種計劃的PTV劑量學比較（n=10，±s）

表1 三種計劃的PTV劑量學比較（n=10，±s）

注：*表示該種參數沒有單位。

參數 PA PB PC P值PA vs. PB PA vs. PC PB vs. PC D95%/ cGy 5071.8±22.8 5081.2±15.3 5105.1±66.6 0.617 0.084 0.210 Dmean/cGy 5253.9±20.7 5267.1±33.5 5318.4±97.2 0.630 0.025 0.069 Dmax/ cGy 5613.7±41.6 5567.6±38.3 5541.2±99.3 0.130 0.021 0.379 HI* 0.093±0.012 0.085±0.013 0.090±0.013 0.163 0.620 0.360 CI* 0.629±0.064 0.727±0.045 0.801±0.053 0.000 0.000 0.006 V105%/% 35.4±5.6 38.7±12.4 45.4±6.9 0.398 0.017 0.104 V110%/% 0.2±0.2 0.1±0.1 0.1±0.1 0.280 0.180 0.785

表2 雙肺、心臟及脊髓的劑量學參數比較（n=10，±s）

表2 雙肺、心臟及脊髓的劑量學參數比較（n=10，±s）

P值PA vs. PC項目 參數 PA PB PC PA vs. PB PB vs. PC雙肺V5/% 52.7±4.1 60.3±4.4 85.2±5.1 0.001 <0.001 <0.001 V10/% 37.5±3.3 37.7±5.2 61.6±7.7 0.928 <0.001 <0.001 V20/% 22.6±3.2 19.9±3.3 16.9±3.5 0.096 0.001 0.045 V30/% 8.1±2.4 7.2±2.1 5.0±1.6 0.312 0.002 0.024 Dmean/cGy 1118.1±110.4 1144.5±106.7 1396.4±128.9 0.614 <0.001 <0.001心臟V20/% 63.4±7.3 53.9±8.9 43.7±10.6 0.026 <0.001 0.018 V30/% 27.7±4.0 22.8±3.5 18.3±3.9 0.008 <0.001 0.013 V40/% 13.6±3.4 11.5±2.2 8.5±1.9 0.076 <0.001 0.013 Dmean/cGy 2407.1±196.8 2257.8±236.8 2059.5±245.2 0.015 0.002 0.041脊髓 D1cc/cGy 3858.0±50.8 3748.8±126.3 3655.9±189.6 0.130 0.007 0.195

表3 NT劑量學比較（n=10，±s）

表3 NT劑量學比較（n=10，±s）

項目 參數 PA PB PC P值PA vs. PB PA vs. PC PB vs. PC NT V5/% 53.5±3.9 59.2±3.6 74.9±5.7 0.009 <0.001 <0.001 V10/% 41.5±3.5 43.4±3.3 53.1±4.7 0.294 <0.001 <0.001 V20/% 28.0±2.6 24.8±3.7 19.6±1.7 0.014 <0.001 <0.001 V30/% 12.6±1.8 10.8±2.2 7.6±1.0 0.034 <0.001 <0.001 V40/% 5.5±0.8 4.6±1.5 3.0±0.7 0.055 <0.001 0.002 V50/% 1.3±0.4 0.8±0.3 0.5±0.3 0.004 <0.001 0.002 Dmean /cGy 1237.9±88.1 1263.6±95.5 1342.8±101.9 0.552 0.021 0.074

圖4 PA計劃橫斷面劑量分布圖

圖5 PB計劃橫斷面劑量分布圖

圖6 PC計劃橫斷面劑量分布圖

通過對10例胸中段食管癌術后調強放療計劃的劑量學比較，可見三種計劃均靶區均能滿足臨床要求，7野均分計劃的靶區D95%和CI均顯著優于其余兩種計劃，這是因為7野均分角度的入射方法，充分發揮了每一個射野的劑量學補償優勢，能更好地滿足PTV的劑量學要求，同時控制PTV內的最大劑量，有更強的劑量調制能力。5野計劃由于射野角度的局限性，為了更好地減少對肺的照射，故靶區的CI和D95%均要低于7野均分計劃。PB則居于兩者之間。對比研究危及器官的劑量學，5野計劃相較于另外兩種計劃，能顯著降低雙肺的V5、Dmean。這表明減少肺的直接入射角度，可以大大減少雙肺的低劑量區域。據文獻報道，雙肺V5是影響治療相關肺炎（Treatment-related Pneumonitis，TRP）發生的獨立因素[16]，有學者認為全肺的平均劑量和V20與放射性肺炎呈顯著相關[17]。王瀾等[18]研究認為，當全肺V5>55%時，二級以上放射性肺炎的概率會明顯增高，也有學者甚至建議設計IMRT計劃時將雙肺V5的體積限制在65%以內[19]。本研究中，7野均分計劃（PC）肺V5已經達到了85%，遠超過建議值，但雙肺的V20、V30指標，7野均分計劃最低，5野計劃最高，說明較多的射野個數可能會更好地降低肺的高劑量體積。同時，通過對比研究心臟和脊髓的劑量學差異，可以發現，7野均分計劃均能更好地降低心臟的V20、V30、V40、Dmean和脊髓的D1cc，對心臟和脊髓的保護作用優于其他兩種計劃，但PA和PB的心臟和脊髓受量，也能滿足臨床要求。在NT的劑量學對比上可以發現，其劑量學差異與雙肺的劑量學差異類似，低劑量區域，5野有顯著保護優勢，7野均分計劃的高劑量體積最低，同樣再次說明射野入射角度的差異對雙肺和NT低劑量區域的保護差異。此外，5野計劃的MU最高，7野均分計劃的MU最低，但PA略高于PB，差異無統計學意義。有研究表明，MU與患者全身吸收劑量相關，減少MU可減少全身散射劑量，降低患者因放療引起的遠期并發癥和誘發第二癌癥的風險[20]。同時，MU的減少也意味著更少的出束時間和治療時間，對于運動幅度較大的胸部腫瘤，能減少因呼吸運動導致劑量誤差增大的風險，提高放療精度。

通過對比可以看出，PB兼顧了對肺和心臟、脊髓的保護作用，同時，MU適中，是絕大多數胸中段食管癌術后調強放療患者的首選方案，其余患者，可根據具體情況，考慮個體差異，酌情選用PA或PC方案。

4 結論

綜上分析，對于大多數胸中段食管癌術后放療患者，可優先選用PB；對肺功能不好或對肺保護要求比較高的患者，可優先選用PA；對心臟功能不佳，要求嚴格保護心臟的患者，可考慮采用PC。