原發(fā)性肝癌質(zhì)子射束與三維適形放療計(jì)劃的比較

陳 慶 宋婷婷 李家敏 畢 斌 魏清龍 劉素文

(山東淄博萬杰腫瘤醫(yī)院質(zhì)子治療中心，山東 淄博 255213)

原發(fā)性肝癌質(zhì)子射束與三維適形放療計(jì)劃的比較

陳 慶 宋婷婷 李家敏 畢 斌 魏清龍 劉素文

(山東淄博萬杰腫瘤醫(yī)院質(zhì)子治療中心，山東 淄博 255213)

目的對(duì)原發(fā)性肝癌（PLC）患者質(zhì)子射束治療（PBT）計(jì)劃與X線三維適形放射治療（3D-CRT）計(jì)劃進(jìn)行比較，尋求降低原發(fā)性肝癌放射治療引起放射性肝病（RILD）發(fā)生率更有效的放射治療方式，分析質(zhì)子射束治療原發(fā)性肝癌的物理優(yōu)勢(shì)和設(shè)野數(shù)對(duì)劑量分布的影響。方法選取臨床治療的12例腫瘤直徑＜5 cm的原發(fā)性肝癌患者，采用等中心歸一方法，中心劑量為66 Gy，質(zhì)子治療分別選用單野、兩野和三野進(jìn)行治療計(jì)劃的計(jì)算，三維適形放射治療選用3～6野進(jìn)行治療計(jì)劃的計(jì)算，通過劑量體積直方圖（DVH）分析比較其劑量分布的差異。結(jié)果腫瘤直徑＜5 cm的原發(fā)性肝癌患者3D-CRT等中心劑量為66 Gy時(shí)正常肝臟組織的平均劑量為18.78 Gy，其V5、V10、V20和V30分別為70.01%、53.71%、36.58%和22.95%。相同等中心劑量下，單個(gè)質(zhì)子射束治療計(jì)劃正常肝臟組織的平均劑量為7.21 Gy，其V5、V10、V20和V30分別為17.30%、15.60%、13.32%和11.52%，兩個(gè)質(zhì)子射束治療計(jì)劃正常肝臟組織的平均劑量為8.23 Gy，其V5、V10、V20和V30分別為23.95%、21.40%、17.59%和11.16%，三個(gè)質(zhì)子射束治療計(jì)劃正常肝臟組織的平均劑量為9.83 Gy，其V5、V10、V20和V30分別為35.03%、30.99%、16.31%和11.46%。12例患者無論是采用質(zhì)子射束單野照射、兩野照射還是三野照射，脊髓、右側(cè)腎臟、胃和胰腺的受照劑量均明顯低于3D-CRT(P＜0.002)。結(jié)論無論采用質(zhì)子射束單野照射、兩野照射還是三野照射，均較3D-CRT明顯降低了正常肝臟、脊髓、右側(cè)腎臟和胃以及胰腺的照射劑量。隨著質(zhì)子射束數(shù)量的增加，正常肝臟、脊髓、右側(cè)腎臟和胃及胰腺的照射劑量呈逐漸遞增的趨勢(shì)，但遞增速度緩慢。質(zhì)子治療腫瘤直徑＜5 cm的原發(fā)性肝癌，兩個(gè)射束足以滿足治療腫瘤和保護(hù)正常肝臟組織的需要，繼續(xù)增加設(shè)野數(shù)，無明顯優(yōu)勢(shì)。

原發(fā)性肝癌；放射性肝病；質(zhì)子束治療；三維適形放射治療；治療計(jì)劃

原發(fā)性肝癌是我國常見的高發(fā)惡性腫瘤之一，患者大多有慢性肝炎及肝硬化病史。肝硬化的嚴(yán)重程度是影響原發(fā)性肝癌患者治療及預(yù)后的重要因素。原發(fā)性肝癌的放射治療由于受到肝臟放射耐受量差的限制，全肝放射治療的療效不理想，很少應(yīng)用。隨著近年來三維適形放射治療（three dementional conformal radiation therapy，3D-CRT）的開展，降低了肝臟照射劑量，提高了腫瘤局部的照射劑量和療效[1]。但仍然因?yàn)楣庾由渚€的穿射效應(yīng)，劑量分布的指數(shù)衰減規(guī)律，不能最大限度的保護(hù)正常肝臟，并可能導(dǎo)致放射誘發(fā)的肝病（radiation induced liver disease，RILD）。質(zhì)子束具有Bragg峰的物理學(xué)特性優(yōu)勢(shì)，末端劑量快速跌落，其能量傳遞是以量子的形式釋放，可有效的降低正常肝臟組織及其周圍器官的有效照射體積和劑量，提高腫瘤治療劑量和療效，最大限度的降低放射誘發(fā)RILD的概率。

1 材料與方法

1.1 病例選擇：2005年4月至2009年7月間在淄博萬杰質(zhì)子治療中心進(jìn)行治療腫瘤直徑≤5 cm的ⅠA 期原發(fā)性肝癌12例，男10例，女2例，平均年齡51歲。診斷依據(jù)臨床表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)室和影像學(xué)檢查，全部患者均符合2001年9月在廣州召開的第八屆全國肝癌學(xué)術(shù)會(huì)議上由中國抗癌協(xié)會(huì)肝癌專業(yè)委員會(huì)制定的“原發(fā)性肝癌的臨床診斷與分期標(biāo)準(zhǔn)”[2]，其中7例經(jīng)病理證實(shí)。

1.2 治療計(jì)劃系統(tǒng)：分別采用Varian公司的Eclipse Proton質(zhì)子計(jì)劃系統(tǒng)(版本號(hào)：7.2.3)和Eclipse Photon三維治療計(jì)劃系統(tǒng)。所有治療計(jì)劃均在同一評(píng)估模式下進(jìn)行比對(duì)。每周應(yīng)用美國CIRS公司Model 62 CT密度體模對(duì)不同組織CT值對(duì)應(yīng)電子密度值及不同組織CT值對(duì)應(yīng)組織本領(lǐng)比（Stopping Power）進(jìn)行校準(zhǔn)、比對(duì)。

1.2.1 體位固定及靶區(qū)勾畫：12例患者均仰臥位，真空負(fù)壓墊固定體位，訓(xùn)練患者平靜均勻呼吸，GE公司Ge LightSpeed 8排CT掃描，平掃后同床位病灶區(qū)域強(qiáng)化掃描，層厚5 mm，可重建2.5 mm層厚。由高年資影像科醫(yī)師與腫瘤科醫(yī)師及醫(yī)學(xué)放射物理師共同勾畫靶區(qū)GTV及危及器官（OAR）。PTV根據(jù)患者的膈肌呼吸動(dòng)度在GTV基礎(chǔ)上頭腳方向外擴(kuò)1.5～2.5 cm，左右方向外擴(kuò)1.0～1.5 cm。

1.2.2 治療計(jì)劃設(shè)計(jì)：質(zhì)子束流由等時(shí)回旋加速器產(chǎn)生，該加速器可產(chǎn)生固定能量為230 Mev的質(zhì)子束，通過降能器得到能量范圍為70～230 MeV的質(zhì)子束流。由射程調(diào)制器獲得所需的展寬的Bragg峰以使得照射在三維方向上與靶區(qū)適形。治療采用雙散射模式。質(zhì)子治療分別采用單野、兩野、三野進(jìn)行劑量分布的計(jì)算，組織射程補(bǔ)償器模糊計(jì)算(Smearing)矩陣采用5 mm，盡量避開危及器官，等中心歸一方式95%劑量線包繞PTV。3D-CRT采用3～6個(gè)射野進(jìn)行治療計(jì)劃劑量計(jì)算，射野應(yīng)用楔形板，相同歸一方式95%劑量線包繞PTV，減少入射束經(jīng)過危及器官。

1.2.3 治療計(jì)劃的評(píng)價(jià)：采用劑量體積直方圖分別對(duì)質(zhì)子一野、質(zhì)子兩野、質(zhì)子三野及X線三維適形放療計(jì)劃進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)指標(biāo)：①肝臟平均劑量、V5、V10、V20、V30；②脊髓最大點(diǎn)劑量、右腎、胃和胰腺的平均受照劑量。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法：采用配對(duì)資料t檢驗(yàn)比較計(jì)劃劑量的差異。

2 結(jié) 果

從圖1和圖2可以看出質(zhì)子束單野、兩野、三野95%劑量線均可很好的包繞GTV和PTV，質(zhì)子束單野因方向容易選擇，可很好的避開腎臟、胃及胰腺，使其平均劑量幾近為零，腫瘤前方正常組織較兩野及三野略高。質(zhì)子束兩野、三野計(jì)劃因平均了單野前方在肝臟上的劑量，正常肝臟高劑量區(qū)域體積減少，低劑量區(qū)域V5、V10隨著設(shè)野數(shù)目的增加明顯增加，V20、V30無明顯增加趨勢(shì)。因此，在充分考慮治療過程中肝臟因呼吸動(dòng)度對(duì)劑量分布造成的影響的前提下，應(yīng)用兩野可滿足腫瘤照射劑量和盡可能保護(hù)正常肝組織的要求，增加設(shè)野數(shù)目對(duì)于提高靶區(qū)包繞和減少正常肝臟組織平均受量并無明顯優(yōu)勢(shì)。

由圖2和圖3可以看到質(zhì)子束單野、兩野及三野劑量分布與3D-CRT比較，均明顯降低了正常肝臟、脊髓、右側(cè)腎臟和胃以及胰腺的照射劑量（表1、2）。

腫瘤直徑＜5 cm的原發(fā)性肝癌患者3D-CRT等中心劑量為66 Gy時(shí)正常肝臟組織的平均劑量為18.78 Gy，其V5、V10、V20和V30分別為70.01%、53.71%、36.58%和22.95%。相同等中心劑量下，單個(gè)質(zhì)子射束治療計(jì)劃正常肝臟組織的平均劑量為7.21 Gy，其V5、V10、V20和V30分別為17.30%、15.60%、13.32%和11.52%，兩個(gè)質(zhì)子射束治療計(jì)劃正常肝臟組織的平均劑量為8.23 Gy，其V5、V10、V20和V30分別為23.95%、21.40%、17.59%和11.16%，三個(gè)質(zhì)子射束治療計(jì)劃正常肝臟組織的平均劑量為9.83 Gy，其V5、V10、V20和V30分別為35.03%、30.99%、16.31%和11.46%。

圖1 正常肝臟V5、V10、V20、V30隨設(shè)野數(shù)變化照射劑量的變化(V5、V10、V20、V30分別為受到5 Gy、10 Gy、20 Gy、30 Gy照射劑量的正常肝臟組織的百分比)

圖2 質(zhì)子束一野、兩野、三野劑量分布與X線三維適形放療計(jì)劃劑量比較(圖中淺綠色涂抹為GTV，淺褐色涂抹為PTV)

圖3 質(zhì)子束兩野與3D-CRT GTV、PTV、肝臟、胃、脊髓、胰腺受量DVH比較(質(zhì)子束治療用實(shí)線表示,X線三維適形治療用虛線表示,同一器官顏色相同。右腎、脊髓、胃及胰腺的質(zhì)子治療劑量接近為0)

表1 原發(fā)性肝癌（直徑≤5 cm）患者PBT兩野與3D-CRT治療計(jì)劃正常肝臟組織劑量比較

表2 原發(fā)性肝癌（直徑≤5 cm）患者脊髓最大劑量、右腎、胃和及胰腺平均劑量的比較

3 討 論

放射性肝病（radiation-induced liver disease，RILD）是PLC進(jìn)行3DCRT最主要的并發(fā)癥之一，也是影響PLC 3DCRT放射耐受量的最主要因素[3]。肝臟在解剖上由無數(shù)肝小葉組成，肝小葉為肝臟的功能亞單位，其組合方式為并連型。因此，肝臟放射損傷的嚴(yán)重程度與它受照射的體積密切相關(guān)[1]。梁世雄，蔣國梁等報(bào)告，全肝平均劑量與RILD的發(fā)生有關(guān)（P=0.027）。當(dāng)V5、V10和V20≤81%、69%和42%且全肝平均劑量≤28 Gy時(shí)RILD的發(fā)生概率＜5%（P=0.029、0.044、0.029和0.043）[4]。曾昭沖對(duì)肝癌施以低分割三維適形放療持有異議，因?yàn)槠浞派湫愿窝装l(fā)生率高達(dá)32%，由此導(dǎo)致的病死率相當(dāng)高。肝細(xì)胞癌的α/β值＞11 Gy[5]，而正常肝細(xì)胞的α/β值為1～2 Gy[6]。如果用LQ模式{BED=nd[1+d/(α/β)}將6 Gy/次×9次的低分割轉(zhuǎn)化為常規(guī)分割劑量，即可計(jì)算出，當(dāng)α/β值介于1～2 Gy時(shí)，正常肝組織受量相當(dāng)于常規(guī)分割劑量的108～126 Gy；而α/β值介于12～16 Gy(相當(dāng)于肝細(xì)胞癌時(shí))，腫瘤組織受量?jī)H66.0～69.4 Gy。也就是低分割放療對(duì)正常肝組織的損傷重于對(duì)腫瘤的殺傷。適形放療采取多野以求靶區(qū)劑量均勻，結(jié)果正常肝組織普遍受到劑量不等的放射，肝細(xì)胞再增生能力受影響，而普通放療的設(shè)野簡(jiǎn)單，留有正常肝組織在放射野外，得以代償性增生。放射野設(shè)計(jì)必須考慮留有正常肝組織不受到照射[7]。質(zhì)子治療計(jì)劃設(shè)兩野即可滿足靶區(qū)的劑量均勻，又可保留正常肝組織不受到照射。這是因?yàn)橘|(zhì)子束的能量巨大，在達(dá)到靶區(qū)的途中與組織形成的散射線遠(yuǎn)小于電子線，在照射區(qū)域周圍半影非常小。而且，質(zhì)子束峰銳減（尾），所以腫瘤后面與側(cè)面的正常組織可以得到保護(hù)，而腫瘤區(qū)域以前的受量也只有X線、電子線的一半，其正常組織損傷也是非常少的[8]。Herman S早在2001年就預(yù)見，因?yàn)橘|(zhì)子束在劑量分布上的優(yōu)勢(shì)，質(zhì)子將在未來的20～30年內(nèi)替代光子射線（γ射線、X射線等）治療成為常規(guī)的治療手段[9]。質(zhì)子束治療效果好，可能由于質(zhì)子束LET比γ線要高，質(zhì)子束照射后所產(chǎn)生的潛在性致死損傷修復(fù)小于γ線，質(zhì)子束的這一優(yōu)點(diǎn)有可能成為解釋質(zhì)子治療腫瘤療效好的新理論基礎(chǔ)[8]。

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