鼻咽癌調(diào)強適形放療中正常器官體積劑量變化的研究

王震吾,王明智,楊 波,楚建軍

(蘇州大學附屬第四醫(yī)院腫瘤放療科,江蘇無錫,214062)

鼻咽癌(NPC)調(diào)強適形放療(IMRT)因能高度適合靶區(qū)形狀的劑量分布,在明顯提高靶區(qū)平均劑量的同時,大大降低重要器官的照射劑量,在臨床上得到廣泛的應用。調(diào)強放射治療計劃的設計多是依據(jù)治療前瞬間獲取的影像學CT、MRI、PET-CT等圖像來設計的,一般情況一個IMRT計劃運用至全程放療結束。但是,隨著劑量的累加,諸多因素會發(fā)生相應的變化,如原發(fā)腫瘤會逐漸退縮、腮腺體積退縮、患者體質(zhì)量下降、輪廓改變等而引起周圍正常組織也會產(chǎn)生相應的空間位置變化[1-6]。為此,作者在2009年2～7月進行IMRT的鼻咽癌患者在放療至20次時重新CT掃描,復制第1次的GTV、CTV,而正常器官重新勾畫,使用原計劃側重觀察正常器官的體積和劑量的變化,旨在探討在鼻咽癌患者的調(diào)強放療過程中是否有必要行重復CT掃描和重新計劃,實行分階段設計治療計劃的可能,現(xiàn)將研究結果報告如下。

1 臨床資料與方法

1.1 主要設備

美國Varian公司的23EX醫(yī)用直線加速器(配備120葉多葉準直器)、Eclipse治療計劃系統(tǒng)和ARIA8.6網(wǎng)絡;美國CMS公司的Xio治療計劃系統(tǒng);美國Picker公司的PQS-單排螺旋CT;比利時ORFIT公司的頭頸肩固定架及EFFCAST熱塑面罩,日本東芝公司的 LX-40A醫(yī)用模擬定位機等。

1.2 一般資料

2009年2～7月本院首治經(jīng)鼻咽活檢和CT/MRI診斷為鼻咽癌患者20例,其中男14例;女6例,年齡32～81歲,中位年齡56歲。全部標本經(jīng)病理活檢為低分化鱗癌,所有患者放療前KPS評分>70分。臨床分期按1992年福州分期的標準,T1、T2、T3、T4分別為 4 、12、4、0 例 ,N0、N1、N2、N3分別為 2、4、11、3例,TNM 分期 :Ⅰ 、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ期分別為 1、3、13、3例。放療前常規(guī)胸片、腹部B超、骨掃描等影像學檢查,排除遠處轉移。

1.3 方法

1.3.1 體位固定及CT掃描要求:患者取仰臥位,雙手置體側,以熱塑網(wǎng)膜固定體位。掃描從顱頂?shù)铰⊥环植嫠?病灶區(qū)層厚3 mm,其余層厚5 mm,增強掃描,掃描圖像經(jīng)過網(wǎng)絡傳送到美國CMS公司Xio三維治療計劃系統(tǒng)工作站主機中。

1.3.2 靶體積的定義、勾畫和處方劑量:靶區(qū)定義參考ICRU50號和62號報告原則[7-8],GTVnx為增強CT/MRI和鼻咽癌顯示的鼻咽部腫塊和咽后淋巴結;GTVnd為增強CT/MRI和臨床確定的頸部轉移淋巴結,CTV1包括鼻咽、顱底、咽旁間隙、翼腭窩、上頜竇和高危淋巴引流區(qū),CTV2為頸部淋巴結預防照射區(qū),PTV是CTV的基礎上外放3～5 mm。20例鼻咽癌患者均接受根治性放療,鼻咽、全頸和鎖骨上區(qū)全程均實施9野的IMRT,各靶區(qū)處方劑量均以其PTV定義給予,腫瘤靶區(qū)給予劑量68～78 Gy,鼻咽區(qū)及上頸部臨床靶區(qū)給予劑量分別為60～66 Gy、下頸部鎖骨上區(qū)域給予劑量分別為54～60 Gy,GTVnx,GTVnd的分次劑量為2.12～2.2 Gy,33次,5次/周,1次/d。

1.3.3 正常器官勾畫和限制劑量:在橫斷面CT掃描圖上逐層勾畫正常器官,包括眼球、晶體、視神經(jīng)、視交叉、垂體、腮腺、顳頜關節(jié)、腦干、脊髓等。一般危及器官限制劑量100%的體積為:脊髓≤45 Gy、腦干≤54 Gy、顳葉≤54～60 Gy、垂體≤45 Gy、視交叉 ≤54 Gy、視神經(jīng) ≤54 Gy、腮腺50%的體積≤30～35 Gy、而眼球、晶體劑量應盡可能小。

1.3.4 治療計劃制定、評價和驗證、實施:治療計劃系統(tǒng)根據(jù)要求進行9個野共面逆向治療計劃設計:①靶區(qū)體積的劑量要求V95≥95%;②PTV接受>110%的處方劑量的體積應<20%;③PTV接受<93%的處方劑量的體積應<3%;④PTV以外的任何地方不能出現(xiàn)>110%的處方劑量。治療計劃評價后,經(jīng)物理師和醫(yī)師確認并進行精度、劑量學驗證,驗證合格后實施治療計劃。

1.3.5 重新CT掃描和重新設計計劃:在調(diào)強放療20次后,按原固定體位和參考坐標重新CT掃描,參照第1次計劃CT上的靶區(qū)在新CT上復制勾畫GTV和CTV,而正常器官重新勾畫,研究腮腺、腦干、脊髓、眼球、晶體和視神經(jīng)等正常器官的體積和照射劑量的改變。在第2次CT掃描上按原計劃參數(shù)重新逆向計劃計算,得到計劃2,拷貝放療前計劃1至重新CT掃描上得到比較計劃1-2,計劃2和計劃1-2仍給予相同根治劑量。

1.3.6 數(shù)據(jù)獲取:IMRT治療前及放射20次后,記錄兩次CT掃描上腮腺位移、輪廓橫徑變化情況。腮腺位移:選取樞椎體即樞椎齒突第一層面與體中線交界處(C2)作為參考點,記錄左右腮腺內(nèi)側位置以及前后、左右輪廓橫徑。在DVH圖上獲取:各正常危及器官的體積、最大劑量(Dmax)、平均劑量(Dm)、腮腺50%體積所受的劑量(D50)、大于26 Gy腮腺體積(V26)、大于35 Gy腮腺體積(V35)、1 cm3脊髓和腦干組織所受的劑量(Dlcc)。在制定第2次計劃時,保證重新計劃與第1次逆向計劃制定時的射野中心,目標函數(shù),處方劑量歸一點都相同。

2 結 果

2.1 腮腺、輪廓橫徑和體質(zhì)量的變化

IMRT 20次后,在C2水平橫斷面上,左腮腺的外界位置向內(nèi)減少0.2～1.7cm(2.99%～21.79%,P=0.000),右側減少0.5～0.6 cm(7.81%～7.79%,P=0.001),左右輪廓橫徑減少0.80～2.20cm(5.06%～12.72%,P=0.003),體重下降1.5～12kg(3.66%～15.38%,P=0.000),具有統(tǒng)計學意義。左右腮腺的內(nèi)界位置、前后輪廓橫徑變化不大(表1)。

2.2 IMRT中正常器官體積的變化

20例鼻咽癌患者IMRT過程中,觀察正常器官(眼球、晶狀體、腮腺、視神經(jīng)、脊髓和腦干)的體積變化,發(fā)現(xiàn)放療20次與放療前腮腺總體積VT明顯變化。左腮腺體積縮小 0.02～22.69 cm3(0.12%～52.93%,P=0.001),平均縮小5.83 cm3;右腮腺絕對體積縮小0.19～21.25 cm3(1.15%～51.16%,P=0.000),平均縮小6.73 cm3(24.73%)。其余正常器官在放療中體積變化不明顯(表2)。

表1 調(diào)強放療前與20次時腮腺位置和輪廓橫徑變化情況(±s)

表1 調(diào)強放療前與20次時腮腺位置和輪廓橫徑變化情況(±s)

＊P<0.05。

腮腺位移(cm)輪廓橫徑(cm)組別體質(zhì)量(kg)左內(nèi) 左外 右內(nèi) 右外 左右 前后計劃1 5.20±0.49 7.39±0.58＊ 5.25±0.50 7.49±0.57＊ 15.93±1.19＊ 17.87±1.18 62.83±9.65＊計劃2 5.17±0.47 6.82±0.49 5.23±0.44 7.24±0.44 15.37±0.92 17.84±1.12 59.23±7.61

表2 計劃1與計劃1-2中正常器官總體積VT(cm3)的比較(±s)

表2 計劃1與計劃1-2中正常器官總體積VT(cm3)的比較(±s)

正常組織 計劃1 計劃1-2左眼球 11.93±1.15 11.87±1.13右眼球 11.50±1.42 11.38±1.20左晶狀體 0.50±0.10 0.49±0.08右晶狀體 0.49±0.09 0.49±0.06左腮腺 25.76±6.94 19.93±3.82＊右腮腺 25.18±6.17 18.45±3.38＊視神經(jīng) 2.33±0.64 2.29±0.58脊髓 36.61±8.94 36.28±8.29腦干 27.86±7.18 27.76±7.05

2.3 IMRT中正常器官劑量的變化

對計劃1和計劃1-2比較分析,正常器官中腮腺、脊髓、腦干劑量增大具有統(tǒng)計學意義。左側腮腺最大劑量Dmax增加1.19～7.75 Gy(1.85%～12.76%,P=0.015),平均劑量Dm增加1.59～5.04 Gy(4.99%～17.24%,P=0.026);右側腮腺Dmax增加2.72～7.46 Gy(4.18～12.07%,P=0.011),Dm增加2.49～6.84 Gy(7.42%～23.77%,P=0.023);脊髓Dmax增加1.33～8.14 Gy(3.25%～20.23%,P=0.019),Dm增加0.14～6.31Gy(0.48%～31.05%,P=0.028);腦干Dmax增加 0.17～7.71 Gy(0.38%～17.16%,P=0.011)。其余正常器官或相關指標變化不明顯,見表3。

表3 計劃1與計劃1-2中正常器官最大劑量Dmax(Gy)和平均劑量 Dm(Gy)的比較(±s)

表3 計劃1與計劃1-2中正常器官最大劑量Dmax(Gy)和平均劑量 Dm(Gy)的比較(±s)

＊P<0.05。

正常組織Dmax(Gy)Dm(Gy)計劃1 計劃1-2計劃1 計劃1-2左眼球 24.02±5.87 24.15±5.74 7.65±2.05 7.68±2.04右眼球 22.52±5.30 22.59±5.18 7.64±1.77 7.70±1.74左晶狀體 5.17±0.66 5.19±0.62 4.03±0.67 4.05±0.63右晶狀體 5.36±1.12 5.43±0.98 4.34±0.90 4.39±0.81左腮腺 63.84±2.70 65.23±3.25＊ 32.47±2.71 33.34±2.52＊右腮腺 64.18±2.41 65.69±3.02＊ 31.86±3.36 32.92±3.61＊視神經(jīng) 50.13±8.97 50.86±9.08 25.71±5.94 26.05±5.92脊髓 42.03±2.36 43.38±3.24＊ 25.65±3.00 26.65±3.36＊腦干 46.65±3.85 48.14±4.45＊ 34.09±2.62 34.50±2.45

繼續(xù)觀察腮腺、脊髓和腦干的其他相關劑量指標,其中腮腺的D50、V30和脊髓的 D1cc增加明顯,具有統(tǒng)計學意義,而腮腺的 V26和腦干的D1cc變化無統(tǒng)計學意義,見表4。對表3中劑量有變化的腮腺、脊髓和腦干進一步觀察,發(fā)現(xiàn)計劃2中劑量比計劃1-2下降,調(diào)整至計劃1的水平,說明重新計劃能夠降低正常器官在 IMRT中由于解剖位置變化引起劑量的增加,見表5。

表4 計劃1與計劃1-2中腮腺、脊髓和腦干劑量其他相關指標的比較(±s)

表4 計劃1與計劃1-2中腮腺、脊髓和腦干劑量其他相關指標的比較(±s)

＊P<0.05。

正常組織 計劃1 計劃1-2左腮腺 D50(Gy) 22.82±2.47 29.23±2.77＊V26(%) 47.88±4.92 47.90±4.88 V35(%) 31.44±2.83 32.31±3.11＊右腮腺 D50(Gy) 29.52±2.80 29.73±2.84＊V26(%) 49.29±4.84 49.44±4.70 V35(%) 30.99±3.43 31.59±3.89＊脊髓 D1cc(Gy) 38.58±3.05 40.81±3.47＊腦干 D1cc(Gy) 44.63±3.34 44.95±3.62

表5 計劃2和計劃1-2中腮腺、脊髓、腦干劑量(Gy)的比較(±s)

表5 計劃2和計劃1-2中腮腺、脊髓、腦干劑量(Gy)的比較(±s)

＊P<0.05。

Dmax(Gy)Dm(Gy)正常組織 計劃2 計劃1-2計劃2 計劃1-2左腮腺 64.10±2.77 65.23±3.25＊ 31.89±2.65 33.34±2.52＊右腮腺 63.83±2.48 65.69±3.02＊ 32.33±3.52 32.92±3.61＊脊髓 42.39±2.44 44.23±3.98＊ 26.11±2.83 26.65±3.36＊腦干 47.96±4.16 48.14±4.45 34.27±2.62 34.50±2.45

2.4 相關性方面

鼻咽癌IMRT過程腮腺的受照劑量的增加與體重下降、左右輪廓減少、腮腺體積的縮小程度有一定關系,脊髓Dmax增加與左右輪廓減少程度相關(r=0.469,P=0.037)。腦干的最大劑量、脊髓最大劑量和平均劑量在放療20次后變化都比較明顯,但是與兩側腮腺總體積、體重和左右輪廓的變化程度無統(tǒng)計學相關性,詳見表6。

表6 正常器官劑量增加與體重、左右輪廓、腮腺變化的相關性

腮腺、脊髓和腦干Dmax和Dm增加程度是計劃1-2與計劃1的比較。在與腮腺體積縮小程度相關性方面,左、右腮腺劑量增加程度分別與左、右腮腺體積縮小程度相比較,脊髓和腦干劑量增加程度與腮腺總體積減少程度相比較。

3 討 論

鼻咽癌首選治療為放療,靶區(qū)大且極不規(guī)則,周圍重要器官多且密集,常規(guī)照射的高劑量區(qū)很難與靶區(qū)一致,致使正常組織器官受照射劑量較高[7-8],而IMRT可產(chǎn)生高度適合靶區(qū)形狀的劑量分布,即提高了靶區(qū)平均照射劑量的同時,明顯降低了重要器官的照射劑量[9]。但是頭頸部腫瘤在放療過程中,許多患者的解剖結構、空間位置會發(fā)生變化,引起這些變化的原因包括放療中出現(xiàn)水腫、放療中由于放療反應而導致患者體重下降、原發(fā)腫瘤和頸部轉移淋巴結退縮等。同時由于腫瘤的退縮通常不對稱,可以推測在放療一段時間后腫瘤的形態(tài)、體積、位置,包括周圍正常組織的解剖結構都可能會發(fā)生一定的變化。

本研究觀察了20例初治鼻咽癌患者,將首次和調(diào)強放療20次后重新CT掃描和重復計劃所產(chǎn)生的DVH圖進行比較分析,發(fā)現(xiàn)兩側腮腺在放療過程中體積進行地縮小,兩側腮腺外界向內(nèi)退縮,左右輪廓直徑減小。國內(nèi)外有類似的研究,例如曹建忠[6]等研究表明照射至25次,腮腺體積縮小0.13～23.80 cm3;Barker等[5]報道14例頭頸部癌患者在放療中腮腺的體積逐漸變小,平均每天減小0.1 cm3/d(范圍0.04～0.84 cm3/d),且位置逐漸向內(nèi)側移動、平均移動3.1 mm(范圍0～9.9 mm)。Hansen等[10]認為鼻咽癌患者放療時,發(fā)現(xiàn)對有體質(zhì)量明顯下降及腫瘤退縮明顯因素的患者,會出現(xiàn)靶區(qū)覆蓋的明顯下降和正常組織劑量的明顯增加。提示放療中不僅靶區(qū)而其正常器官如腮腺也存在著幾何學形狀及位置的變化。

作者觀察放療過程中Dmax和Dm的情況,腮腺、脊髓和腦干的劑量發(fā)生了比較明顯的變化,腮腺是放射比較敏感的并聯(lián)組織,部分體積在受到不均勻照射時有明顯的劑量-體積關系,即平均劑量不大于26 Gy時腮腺的功能保護較好,隨著時間的延長,功能可以恢復到放射治療前的水平,上述劑量被稱為“閥值劑量”,當平均劑量超過“閥值劑量”時,腮腺幾乎不分泌唾液,隨著時間推移,功能葉不能恢復[11-12]。本實驗研究觀察到放療過程中,由于腮腺退縮,向內(nèi)更高劑量區(qū)位移,腮腺受照射劑量和體積逐漸增大。通過重新CT掃描,重新計劃和計劃1-2相比較,明顯重現(xiàn)計劃在滿足靶區(qū)覆蓋的同時,降低了正常組織如腮腺、脊髓、腦干的劑量。

筆者研究發(fā)現(xiàn),左、右腮腺的劑量增加分別與體重下降、左右輪廓減少和左、右腮腺的體積縮小程度有關,脊髓Dmax增加與左右輪廓減少程度相關(r=0.469,P=0.037)。調(diào)強放療由于腫瘤和正常組織之間形成了陡峭的劑量梯度曲線,腮腺在放療中體積向內(nèi)移動退縮,致使腮腺逐漸向高劑量區(qū)移動,而腮腺縮小程度與體質(zhì)量減小[5]、左右輪廓減少和原體積大小[6]呈正相關。A-hamad等[13]認為體質(zhì)量每下降10%,同側腮腺所受的平均劑量會增加6.1 Gy,并且使大于24 Gy和30 Gy的體積比初始計劃高出10%以上,這些提示大腮腺、腮腺變化巨大或高體質(zhì)量、左右輪廓減少明顯的患者,可通過及時修改靶區(qū),調(diào)正治療計劃來降低腮腺的受量。腦干的最大劑量、脊髓的最大劑量和平均劑量在放療20次時增加比較明顯,但是與腮腺總體積的縮小程度無統(tǒng)計學相關性,說明放療中脊髓、腦干劑量的變化并非是由于腮腺體積退縮主要引起的,可能還有其他影響因素存在。國內(nèi)外尚無此類詳細的研究報道,因此尚需擴大病例數(shù)、多角度、更深入的研究加以證實。

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