基于前列腺螺旋斷層放射治療*不同鉛門模式下的劑量學研究

方春鋒 解傳濱 徐壽平 戴相昆* 徐 偉 叢小虎 陳高翔 葛瑞剛

基于前列腺螺旋斷層放射治療*不同鉛門模式下的劑量學研究

方春鋒①解傳濱①徐壽平①戴相昆①*徐 偉①叢小虎①陳高翔①葛瑞剛①

目的：探討前列腺癌螺旋斷層放射治療不同鉛門模式下(靜態和動態)靶區及危及器官的劑量學特點。方法：選取8例前列腺癌患者，分別設計鉛門寬度為1.05 cm、2.512 cm及5.05 cm的三組靜態鉛門計劃(F1.05、F2.512及F5.05)以及寬度為2.512 cm和5.05 cm的兩組動態鉛門計劃(D2.512和D5.05)。比較五組計劃靶區及器官的劑量分布、劑量體積直方圖(DVH)以及出束時間(Time)和機器跳數(MU)。結果：在兩種鉛門模式下，靶區及股骨頭的劑量學差異無統計學意義，而在膀胱與直腸的劑量學比較上，當鉛門寬度相同時，動態鉛門計劃要明顯優于靜態鉛門計劃；當鉛門寬度不同時，靜態鉛門計劃略優于比之大一檔鉛門寬度的動態鉛門計劃，但僅少部分劑量學參數差異具有統計學意義。五組計劃平均MU、平均出束時間隨F5.05、D5.05、F2.512、D2.512以及F1.05順序依次遞增。結論：在前列腺癌螺旋斷層放射治療中，動態鉛門模式可有效降低正常器官受量，并且與比之小一檔寬度的靜態鉛門計劃相比較，在得到近乎相當的劑量分布基礎上，可有效提高計劃的實施效率。

前列腺癌；螺旋斷層調強技術；鉛門模式；劑量學

前列腺癌是老年男性生殖系統最常見的惡性腫瘤，其發病率隨年齡增長且分布具有明顯地區差異，歐美地區較高，但近年來，亞洲地區發病率呈現出明顯上升趨勢，其發病率和病死率僅次于肺癌，位居癌癥死亡的第二位[1]。前列腺癌的主要治療方法包括手術治療、放射治療及內分泌治療。放射治療是對前列腺癌局限期和局限進展期病程的根治性治療方式[2]。然而，放射治療在殺滅腫瘤細胞的同時，會不可避免的對人體正常組織器官帶來傷害。為了提高對腫瘤靶區的局控率，在單方面提高前列腺腫瘤放射劑量的同時，會加劇其周圍膀胱、直腸等危及器官的不良反應，而隨著新技術設備的發展應用，放射治療劑量正逐漸提高。

螺旋斷層放射治療作為一種新興的調強放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)技術，其51個射野方向相對于標準常規加速器IMRT在逆向治療計劃優化過程中擁有更多優化角度的優勢，在更好的保護正常器官的同時實現了高度的靶區劑量適形度和均勻性，從而在眾多癌癥的放射治療中顯示出較明顯的優勢[3-7]。本研究主要探討前列腺癌螺旋斷層放射治療技術(helical Tomotherapy，HT)靜態和(或)動態不同鉛門模式下靶區及危及器官的劑量學特點，為臨床治療計劃的選擇提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 一般資料

選取經病理學證實并已在解放軍總醫院行螺旋斷層放射治療的8例前列腺癌患者的定位CT圖像，根據美國抗癌協會(American joint committee on cancer，AJCC)分期法，8例患者中Ⅰ期4例(T1N0和M0期)，Ⅱ期4例(T2N0和M0期)。年齡69～82歲，中位年齡75歲。

1.2 儀器設備

患者定位掃描采用大孔徑螺旋CT(德國SIEMENS)，靶區勾畫采用計劃設計采用Pinnacle 8.0計劃系統工作站(荷蘭Philips)，計劃設計采用Hi.ART 5.0計劃系統(美國Accuray)。

1.3 定位方法

患者取仰臥位，雙手交叉上舉抱頭，采用普通低溫熱塑體膜固定。CT定位掃描層厚3 mm。掃描范圍腰1椎體上緣至恥骨聯合下8 cm。囑咐每例患者在定位和每次治療前均充盈膀胱到最大限度。

1.4 靶區定義與處方劑量

將患者的定位CT圖像經網絡以醫學數字成像及通信(digital imaging and communication of medicine，DICOM)格式傳輸至Pinnacle 8.0計劃系統工作站。靶區勾畫：臨床靶區(clinical target volume，CTV)包括前列腺及精囊；計劃靶區(planing target volume，PTV)為CTV在頭腳、左右及身體前方外放5 mm，身體后方外放3 mm。同時勾畫膀胱、直腸和股骨頭等正常器官。處方劑量為71.6 Gy/28次。

1.5 計劃設計與評估指標

將勾畫好的靶區及正常器官的CT圖像傳輸至Hi.Art計劃系統(美國Accuray)，由同一物理師分別設計鉛門寬度為1.05 cm、2.512 cm及5.05 cm的3組靜態鉛門(Fixed Jaw)計劃，分別命名為F1.05、F2.512和F5.05，以及寬度為2.512 cm和5.05 cm的2組動態鉛門(Dynamic Jaw)計劃D2.512和D5.05。5組計劃中螺距(pitch)和調制因子(modulate factor，MF)分別為0.287和2.4，要求處方劑量至少覆蓋95%的靶區體積。

靶區評價指標：劑量均勻指數(homogeneity index，HI)計算為公式1：

式中D2和D98分別為2%和98%的靶區體積所受照劑量，Dt為處方劑量，HI越小表明靶區均勻性越好。

靶區適形指數(conformity index，CI)計算為公式2：

式中VPTVt為處方劑量所覆蓋的靶區體積，VPTV為靶區體積，Vt為處方劑量所覆蓋的總體積，CI值越接近1表示適形度越好[8]。

危及器官評價指標：①膀胱、直腸分別比較其平均受量以及V20～V65；②股骨頭則比較V15～V30以及平均受量。

1.6 統計學方法

使用SPSS 22統計軟件對數據進行統計分析，計算結果均用均數±標準差(x-±s)表示，對5組數據進行配對樣本t檢驗，以P＜0.05為差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 靶區劑量指標評估

在5組計劃中均能滿足95%的靶區體積接受處方劑量的照射(如圖1所示)，而對5組計劃靶區的各項評價指標進行比較后發現數據差異均無統計學意義，見表1。5組計劃矢狀位等劑量曲線分布如圖2所示。

圖1 五組計劃平均DVH比較

圖2 五組計劃矢狀位等劑量曲線分布

表1 PTV劑量參數比較±s)

表1 PTV劑量參數比較±s)

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表2 直腸劑量參數比較(±s)

表2 直腸劑量參數比較(±s)

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2.2 危及器官劑量參數比較

在5組計劃中直腸受照劑量明顯呈現出隨F1.05、 D2.512、F2.512、D5.05以及F5.05的順序依次遞增的趨勢。動態鉛門計劃在直腸各劑量參數比較上明顯低于同等鉛門寬度的靜態鉛門計劃，且差異皆具有統計學意義。在射野寬度同為2.512 cm情況下，動態鉛門計劃的直腸平均劑量較靜態鉛門計劃降低了7.31%。在射野寬度同為5.05 cm情況下，動態鉛門計劃直腸平均劑量較靜態鉛門計劃降低了11.23%。在各參數均值比較上，D2.512有略高于F1.05的趨勢，但僅V40和V50兩項參數比較具有統計學意義。同樣，F2.5與D5.0進行比較，除V50、V60及V65外其余參數比較皆無統計學意義，見表2。

在膀胱受照劑量的比較評估中體現出了與直腸同樣的遞增趨勢，且對于同等鉛門寬度下的計劃比較也得到與直腸類似的結果。而對F1.05與D2.512比較發現，V20、V40、V65參數差異無統計學意義。同樣，對F2.5與D5.0進行比較，V20、V30參數差異也無統計學意義，見表3。

對股骨頭各項劑量參數進行分析發現：除F5.05vsD5.0中V15(t=4.057，P=0.001)，Dmean(t=2.974，P=0.009)以及F1.05vsD2.512中V30(t=1.680，P=0.037)差異具有統計學意義外，其余指標差異皆無統計學意義，見表4。

2.3 計劃實施效率

在5組計劃中機器跳數、時間隨F5.05、D5.05、F2.512、D2.512以及F1.05的順序依次遞增。且在相同鉛門寬度下，動態鉛門計劃的MU及出束時間較靜態鉛門計劃有增加的趨勢，見表5。

表3 膀胱劑量參數比較(±s)

表3 膀胱劑量參數比較(±s)

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表4 股骨頭劑量參數比較(±s)

表4 股骨頭劑量參數比較(±s)

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表5 計劃實施效率指標比較(±s)

表5 計劃實施效率指標比較(±s)

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3 討論

近年來，隨著放射治療技術的飛速發展，IMRT得到廣泛應用，其在提高靶區劑量的同時，可顯著降低周圍正常組織的劑量[9-10]。Meerleer等[11]研究證明了靜態調強技術(static intensity-modulated radiation therapy，sIMRT)相較于三維適形放射治療(3 dimensional-conformal radiation therapy，3D-CRT)在顯著提高前列腺癌腫瘤控制率的同時降低了正常組織并發癥的概率。Tsai等[12]對容積旋轉調強放射治療(volumetric-modulated arc radiotherapy，VMAT)、sIMRT及HT在前列腺癌放射治療中的劑量學參數做了比較研究，結果證明了HT技術相較于其他兩種技術得到了更高的靶區適形度與更好的危及器官保護。Scobioala等[13]研究顯示，在得到近乎相同的靶區劑量分布同時，HT技術在直腸保護上更具有優勢。目前，對于HT技術在前列腺癌放射治療應用的相關研究報道中大都基于靜態鉛門模式，而對于在此基礎上發展而來的動態鉛門技術卻鮮有報道，且此技術目前在國內尚無單位開展。

本研究通過分析研究靜態鉛門技術與動態鉛門技術在前列腺癌放射治療中的劑量學差異，探討動態鉛門技術的優缺點。HT技術提供了三檔鉛門寬度即1.05 cm、2.512 cm及5.05 cm。在靜態鉛門模式下，整個治療過程中鉛門一直保持預設寬度，通過對靶區的螺旋疊加實現對整個靶區的劑量覆蓋。因此在較大鉛門寬度條件下，在靶區縱向邊緣會發生明顯的劑量延伸現象，也由此帶來了毗鄰器官及組織的受照劑量增加[14-15]。動態鉛門技術在靜態鉛門基礎之上發展而來，在此模式下，當靶區接近照射場時，鉛門起始寬度為1.05 cm，隨著靶區向前移動，鉛門隨之逐漸打開直至預設寬度，在靶區離開照射場階段，鉛門隨靶區的退場而逐漸變窄，直至1.05 cm。這樣在靶區邊界Y軸方向上，劑量梯度就會變得更為陡峭，從而很好的克服了靜態模式下較大鉛門帶來的縱向劑量延伸的缺點，因此得到了各放射治療中心的關注與青睞[16]。

本研究中8例患者皆為前列腺癌中低危分期，并未行盆腔淋巴引流區預防性照射，而前列腺局部照射的靶區與直腸與膀胱為縱向并行毗鄰關系，并且膀胱與直腸頭腳方向皆明顯的超出了靶區縱向邊緣。因此在靜態鉛門模式下，較大鉛門寬度所帶來的劑量延伸不可避免的造成了其受照體積的增加，尤其是在超出靶區縱向邊緣的部分。通過對五組計劃矢狀位等劑量曲線分布圖比較發現，動態鉛門技術明顯改善了靶區縱向邊緣的劑量梯度，其兩種寬度計劃的靶區縱向劑量分布基本達到了1.05 cm鉛門寬度計劃的效果。Chen等[17]在其報道中指出，在靶區形狀不復雜的情況下可以采用動態模式下的較大鉛門寬度來實現對靶區的快速照射，而本研究對各自劑量學參數比較結果也很好的印證了這一點。當鉛門寬度不同時，動態鉛門模式下的直腸和膀胱平均受量雖然略高于比之鉛門寬度小一檔的靜態鉛門計劃，但計劃的實施效率卻明顯提高，這在計劃的實際執行中尤為重要。當然，對于需行盆腔照射的高危患者，由于照射靶區的復雜化以及與正常器官毗鄰關系改變，在不同鉛門模式下的劑量學比較勢必顯現出不同的結果，將在后續研究中予以探討。

在前列腺癌(局部)螺旋斷層放射治療中，動態鉛門模式可有效降低正常器官受量，并且與比之小一檔寬度的靜態鉛門計劃相比較，在得到近乎相當的劑量分布基礎上，可有效提高計劃的實施效率。

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Dosimetric study of helical tomotherapy for prostate cancer under different Jaw modes/FANG Chun-feng, XIE Chuan-bin, XU Shou-ping, et al//China Medical Equipment,2017,14(7):18-22.

Objective: To explore the dosimetric characteristics of target region and organic at risk (OAR) in helical tomotherapy for prostate cancer under different Jaw modes (static state and dynamic state). Methods: Eight patients with prostate cancer were enrolled in this study. Static state plans were designed into three groups (1.05 cm, 2.512 cm and 5.05 cm) and dynamic state plans were designed into two groups (2.512 cm and 5.05 cm) as Jaw width. The dosage distribution, dose-volume histogram (DVH), beam-on time and monitor unit (MU) of planning target region and organic of five groups were compared. Results: Under the two Jaw mode, the difference of dosimetry in target region and caput femoris were no significant. For the comparison of dosimetry on bladder and rectum, the plan of dynamic Jaw was obviously better than that of static Jaw when the width of Jaw was equality. The plan of static Jaw was better than higher grade plan of dynamic Jaw when the width of Jaw was different, while the difference of one part of dosimetry parameters among them were significant. The average MU and average beam-on time of 5 plans were increase with the increase of sequence (F5.05, D5.05, F2.512, D2.512, F1.05). Conclusion: In the helical tomotherapy for prostate cancer, dynamic Jaw mode can efficiently reduce the

dose of normal organ. And the plan of dynamic Jaw mode compares with the plan lower one grade of static Jaw, it can increase implement efficiency of plan based on the almost equality dosage distribution.

Prostate cancer; Helical tomotherapy; Jaw modes; Dosimetric characteristic

Department of Radiotherapy, Chinese People's Liberation Army General Hospital, Beijing 100853, China.

方春鋒,男,(1992- ),本科學歷，物理師。解放軍總醫院放射治療科，研究方向：醫學物理和腫瘤精確放射治療的相關研究。

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.07.005

2017-04-27

1672-8270(2017)07-0018-05

R814.2

A

國家重點研發計劃(2016YFC0904600)“以生物組學特征與多模態功能影像為基礎的多線束精準放療方案研究”；解放軍總醫院臨床科研扶持基金(2015FC-TSYS-1008)“前列腺癌螺旋斷層自適應放療的臨床研究”

①解放軍總醫院放射治療科 北京 100853

*通訊作者：13520924521@163.com