胸中段食管癌旋轉容積調強與固定野動態調強放療的劑量學研究

劉曉靜 張西志 李 軍 花 威 陳永東 張先穩

胸中段食管是食管癌發病率最高的區域，手術及放療的療效相近，其中有相當多的一部分患者，因伴有嚴重的基礎疾病、病灶過長、與周圍組織如大血管分界不清、縱膈內淋巴結轉移等原因只能選擇放療[1],而這部分患者病灶較長較大且形狀極不規則，要想達到理想的劑量分布，使用IMRT治療在臨床上越來越多。由于食管癌靶區形狀不規則并與重要的器官如脊髓、心臟、肺等緊密相鄰，腫瘤靶區要達到理想的放療劑量比較困難，同時由于固定野調強治療時間較長，時間延長會導致相對生物效應降低、治療過程中患者體位變化、治療精度下降等一系列問題，而近來推出的旋轉容積調強(瓦里安為RapidArc)的放射治療新技術具有高效、快捷的特點，既可以縮短治療時間，同時也解決了角度優化的問題[2]。我院于2010年引進具有國際先進水平的配有RapidArc功能的瓦里安Clinac ix加速器。本文對20例胸中段食管癌病例，采用RapidArc與固定野動態調強(dynamic intensity modulated radiation therapy，dIMRT)2種方式設計治療計劃，比較兩者的劑量學差異。

1 資料與方法

1.1 病例選擇

隨機選取20例實施dlMRT治療計劃完畢的胸中段食管癌患者。男性14例，女性6例，平均年齡61.5歲(52～69歲)。病理類型均為鱗癌。臨床分期(UICC 2002)Ⅱ、Ⅲ期；TNM分期：T3N0M03例，T4N0M06例，T3N1M05例，T4N1M06例。

1.2 治療計劃

采用瓦里安Eclipse8.6治療計劃系統、Clinac ix加速器6 MV X射線，對所選病例制定RapidArc和dIMRT放療計劃。GTV為影像上可見腫瘤病灶；CTV為GTV沿二維外放8 mm并包括區域淋巴結引流區，上界為胸廓入口、下界為腫瘤下4 cm；PTV為CTV沿三維外放5 mm；對GTV給定處方劑量為6 000 cGy/28次，PTV為5 040 cGy/28次。dIMRT計劃設計采用共面360度5野均分方式，逆向動態優化設計，最大劑量率為300 MU/min；RapidArc計劃采用6MVX線，設計單弧逆時針358°(起始角度179°，終止角度181°，準直器角度為45°，治療床角度為0°)旋轉治療，最大劑量率為600 MU/min。為便于比較，在計劃完成后對2種計劃均進行歸一化處理，歸一方式為等中心處劑量歸一。

1.3 評估方法

危及器官(organs at risk，OARs)：脊髓1%體積接受照射的最大劑量D01；肺的V5、V10、V15、V20、V30及平均劑量Dmean，心臟V30、V40、V50和平均劑量Dmean。

其他相關指標：總機器跳數(MU)和治療時間。

1.4 統計學處理

應用SPSS15.0進行分析。2種計劃劑量學差異采用配對t檢驗，以P≤0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 靶區劑量比較

2種計劃方案均能很好滿足臨床劑量學要求，見表1。與dIMRT相比，RapidArc的GTV適形度CI更接近于1，差異有統計學意義(P=0.032)，其余各劑量學指標差異無統計學意義(P>0.05)。

2.2 OARs劑量學比較

由表2可見，RapidArc計劃的雙肺V10、V15、V20、Dmean，明顯低于dIMRT計劃，差異有統計學意義(P<0.05)；雙肺V5、V302種計劃相比差異無統計學意義(P>0.05)。與dIMRT相比，RapidArc計劃中脊髓D01略有升高(P<0.05)，心臟V40、Dmean也偏高(P<0.05)，這是因為雙肺與脊髓、心臟的解剖位置決定其在劑量優化時是矛盾的兩方，降低肺的受量必然會提高脊髓、心臟的受量，但仍小于各自的劑量限值，滿足臨床要求。

2.3 機器跳數(MU)及治療時間

2種計劃的平均MU有明顯差異，RapidArc為441.88(396～513)MU，dIMRT為674.62(531～798)MU，RapidArc平均減少了34.5%。治療時間也有較大差異，RapidArc單弧治療時間為75 s(69～81 s)，dIMRT平均治療時間為247 s(223～287 s)，RapidArc計劃與dIMRT計劃比較，治療時間平均縮短了172 s，是dIMRT治療時間的1/3。本研究結果進一步表明了,RapidArc最顯著的優點是，機器跳數MU減少、總治療時間縮短，減輕了治療中不確定性因素的影響及患者不適感。

3 討論

目前有關于RapidArc在臨床上治療的文獻多為乳腺癌、前列腺癌、肺癌病例[3～5]，有關于在食管癌上運用的文獻尚未出現，食管癌常規放療時總的肺體積和劑量常常超過正常肺組織的耐受劑量，為了解決這個問題，目前臨床上已使用調強放射治療來降低肺的照射體積和劑量，根據Chandra等[6]的研究證實，在食管癌放療中，使用IMRT與3D-CRT相比，可顯著降低肺部總V10、V20、V30的有效體積，平均肺劑量，肺積分劑量。但IMRT的問題是治療時間長，機器跳數多，接受低劑量照射的正常組織體積大[7,8]。Yu等[9]于1995年提出了另一種旋轉調強方式(intensity modulated arctherapy，IMAT，瓦里安的旋轉容積跳強商品名為RapidArc)，IMAT是在加速器機架連續旋轉的過程中通過動態多葉光柵(MLC)連續運動形成一系列子野，并配合通過改變劑量率形成可變束流來完成的調強放療方式，國外關于頭頸部以及盆腔腫瘤做了旋轉調強與固定野調強的劑量學對比，研究證明IMAT優于IMRT或相當[10]。而位于食管胸中段的腫瘤，放療中照射野可累及的肺組織體積最大，當食管病灶較大較長時，常因肺組織耐受量的限制而不能保證靶區的足夠劑量。在本研究中，通過對胸中段食管癌RapidArc與dIMRT的劑量學比較，我們可以發現，兩種治療技術所設計的治療計劃靶區劑量分布均能滿足臨床治療需要。RapidArc治療計劃的雙肺V10、V15、V20、Dmean明顯下降，均有統計學意義。美國放射腫瘤學協會[11]在一個前瞻性研究中發現，V20不僅與放射性肺炎的發生率相關，而且與其嚴重程度明顯相關。本實驗結果顯示RapidArc計劃比IMRT計劃降低雙肺V20更明顯，對預防及降低放射性肺炎的發生率及嚴重程度具有更大的優勢。

表1 2種計劃靶區劑量學指標(±s，﹪)

表1 2種計劃靶區劑量學指標(±s，﹪)

指標RapidArcdIMRTtPGTV Dmax(cGy) 6418．44±2．55 6405．84±29．31 1．2340．257 Dmean(cGy) 6157．42±57．07 6198．74±85．62 -1．7530．123 Dmin(cGy) 5779．35±185．48 5815．41±216．38 -1．8260．111 V95% 99．97±0．08 99．94±0．13 0．6110．561 HI 1．059±0．012 1．048±0．025 1．3060．233 CI 0．921±0．179 0．859±0．241 -0．8690．032PTV Dmax(cGy) 6146．39±74．44 6195．89±89．86 -1．6570．142 Dmean(cGy) 5458．17±55．68 5418．91±43．27 0．9740．332 Dmin(cGy) 4272．12±214．31 4485．77±164．24 -2．3630．070 V95% 98．67±0．07 99．14±0．08 0．6270．543 HI 1．157±0．092 1．141±0．065 0．5740．584 CI 0．585±0．09 0．557±0．11 1．6540．142

表2 危及器官劑量學指標(±s，﹪)

表2 危及器官劑量學指標(±s，﹪)

指標RapidArcdIMRTtP肺 V5(%)68．64±8．7867．50±9．660．9400．379 V10(%)40．32±7．8443．32±7．19-2．4040．047 V15(%)21．92±7．0630．38±5．29-5．7490．000 V20(%)14．74±4．6518．47±5．17-11．530．000 V30(%)3．42±2．094．39±2．31-1．6490．143 Dmean(cGy)1014．73±176．851115．25±179．563．9290．006心臟 V30(%)22．26±6．4320．48±7．98-1．1960．071 V40(%)15．41±5．3513．15±6．250．9490．038 Dmean(cGy)2467．45±435．672246．38±483．29-2．4410．034脊髓 D013771．91±212．523615．25±234．832．0600．033

RapidArc的MU減少34.5%，治療時間為dIMRT的1/3，因此提高了設備使用率；同時每次治療時間的縮短可以增加腫瘤的相對生物效應。由于在較長時間治療過程中患者體位會產生變化，將導致治療位置精度降低；因此縮短治療時間對圖像引導下的調強放療也具有顯著意義。但是由于在常規固定射野調強計劃中所使用優化模板并不能很好地應用到旋轉調強中，并且由于可調節因素(治療弧度數、準直器角度、多葉光柵、劑量率、機架旋轉速度)較多，這都使得RapidArc計劃設計所需的時間明顯長于dIMRT計劃設計。以我們所進行的該項研究為例，食管癌固定射野調強計劃優化時間一般都能控制在0.5～1 h，而RapidArc計劃則需2～2.5 h。同時由于RapidArc應用于臨床的時間較短并且技術較為復雜，對于放療實施、質控設備和質控人員的要求更加嚴格，其質量保證與質量控制也相對困難。所以在臨床上使用時需要放療醫師、物理師、技師共同努力，才能簡單、快捷、準確地完成整個治療計劃的實施和驗證。

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