斷層徑照技術在中下段食管癌放射治療中的應用*

杜樂輝 戴相昆 解傳濱 俞 偉 黃 祥 徐壽平 曲寶林*

斷層徑照技術在中下段食管癌放射治療中的應用*

杜樂輝①戴相昆①解傳濱①俞 偉①黃 祥①徐壽平①曲寶林①*

目的：分析比較斷層徑照調強技術(TD)與調強放射治療(IMRT)技術治療中下段食管癌的劑量學差異，評估TD治療中下段食管癌的可行性。方法：回顧性選取10例中下段食管癌患者，處方劑量為腫瘤靶區計劃腫瘤體積(PGTV)給予63 Gy/30 次，預防照射區計劃靶區(PTV)給予54 Gy/30次。10例患者均按原各自IMRT計劃照射野角度重新設計TD計劃，評估兩種計劃靶區以及危及器官劑量參數，比較治療時間和機器跳數的差異。結果：TD計劃靶區PGTV的Dmean、D2及靶區劑量均勻度指數(HI)優于IMRT計劃，且差異有統計學意義(t=-2.737，t=-3.471，t=-3.709；P＜0.05)。TD計劃的雙肺受量均低于IMRT計劃，其中V10、V20及V30均有統計學差異(t=-2.165，t=-3.40，t=-4.114；P＜0.05)。脊髓和心臟受量均無統計學差異。在實施效率上，TD治療時間略長于IMRT。結論：相同照射野時TD技術對肺的保護要明顯優于IMRT技術，但是治療時間稍長，可以作為臨床應用的選擇。

斷層徑照；調強放射治療；食管癌；劑量學

食管癌是我國高發惡性腫瘤之一，其發病率及病死率分別位于惡性腫瘤第4位[1]。目前，放射治療已成為臨床上食管癌無法手術患者的主要治療手段，隨著放射治療技術的發展，調強放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)已經成為治療食管癌常用的技術[2-3]。IMRT技術可以降低正常組織并發癥發生率(normal tissue complication probability，NTCP)、提高腫瘤區照射劑量，從而提高腫瘤控制率(tumor control probability，TCP)。斷層徑照調強(tomo direct，TD)技術是在Tomotherapy加速器上新發展的治療方式，其治療方式不同于螺旋斷層放射治療(helical Tomotherapy，HT)，可以避免因照射范圍廣而帶來的低劑量區域大的問題。TD治療技術與HT相比，其治療方式為保持機架在某一角度固定不變，但其延續了照射時同步進床“切片式”治療的技術特點，因此TD技術兼具了常規IMRT與HT的特點[4]。基于此，本研究比較了中下段食管癌在相同射野角度下TD技術和IMRT技術兩種計劃結果，分析兩者劑量學差異以及執行效率，為臨床應用及選擇提供依據。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2017年1-4月解放軍總醫院放射治療科同一醫生收治的10例中下段食管癌患者，年齡40～64歲，中位年齡50歲。所有患者均采用仰臥位，熱塑體模固定，使用SIEMENS大孔徑CT進行模擬定位，掃描層厚為3 mm。

1.2 儀器設備

CT掃描采用SIEMES大孔徑CT(德國西門子)模擬定位，IMRT計劃用Pinnacle 9.1(荷蘭Philips)計劃系統設計，TD計劃用Hi ART 4.3(美國Accuray)計劃系統設計。

1.3 定位方法

靶區定義與處方劑量。將患者的定位CT圖像經網絡以DICOM格式傳輸至Pinnacle 9.1計劃系統工作站，由同一醫師進行靶區及正常器官勾畫。將影像學上可見的病灶定義為腫瘤體積(gross tumor volume，GTV)，計劃腫瘤體積(planning gross tumor volume，PGTV)為GTV外擴0.5 cm；臨床靶區(clinical target volume，CTV)定義為病灶及受侵縱隔淋巴引流區，計劃靶區(planing target volume，PTV)為CTV外擴5 mm。處方劑量為：PGTV63 Gy/30次；PTV54 Gy/30次。

1.4 治療計劃設計

在Pinnacle 9.1計劃系統上勾畫完成后將所有患者CT圖像傳輸至HT計劃系統Hi ART 4.3(美國Accuray)，IMRT計劃和TD計劃分別由同一物理師優化完成，且各靶區及危及器官(organ at risk，OAR)限量基本一致。TD計劃中鉛門設置為2.51 cm，螺距為默認值0.251，在TD計劃中螺距定義為單個投影間床前進的距離，默認值是鉛門寬度的1/10，調制因子均為2.0。IMRT計劃中準直器為0°，子野25～45個，最小子野面積為5 cm2，最小機器跳數為5 MU，兩種計劃照射角度完全一致。要求處方劑量至少覆蓋95%的靶區體積。OAR劑量限制為雙肺V5≤60%、V20≤30%，脊髓最大劑量要求Dmax＜45 Gy，心臟V30＜40%、V40＜30%。

表1 兩種技術PGTV劑量參數比較±s)

表1 兩種技術PGTV劑量參數比較±s)

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表2 兩種技術PTV劑量參數比較±s)

表2 兩種技術PTV劑量參數比較±s)

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1.5 物理參數及劑量學評估

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

式中D2，D98分別為2%和98%的靶區體積所受照劑量，DT為處方劑量，

HI越小表明劑量均勻性越好[5]。

靶區適形指數(conformity index，CI)計算為公式2：

式中TVpv為處方劑量所覆蓋的靶區體積，TV為靶區體積，PV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[6]。

比較全肺的平均劑量Dmean及V5、V10、V20、V30，脊髓評估Dmax，心臟評估V30和V40等。統計并分析兩種治療計劃的機器跳數和治療時間，評估兩種技術的執行效率。

1.6 統計學方法

采用SPSS 22.0軟件進行統計學分析，計量資料結果以均值±標準差(x-±s)表示，利用雙側配對t檢驗，對TD和IMRT治療計劃的劑量學、治療時間以及機器跳數進行分析，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 靶區劑量分布及參數

TD和IMRT兩種計劃均能滿足95%的靶區體積接受處方劑量的照射。兩種計劃PGTV和PTV靶區的劑量參數比較結果見表1、表2。表1數據顯示，TD計劃PGTV的Dmean、D2以及HI優于IMRT計劃，且差異有統計學意義(t=-2.737，t=-3.471，t=-3.709；P＜0.05)。表2數據顯示，TD計劃中PTV的D95%優于IMRT，差異有統計學意義(t=4.857，P＜0.05)，但是TD計劃PTV的CI劣于IMRT，且差異有統計學意義(t=-3.306，P＜0.05)。總體而言，TD技術在靶區劑量分布方面具備一定的優勢。

2.2 OAR劑量參數比較

全肺的各劑量參數及比較結果顯示，TD計劃的雙肺受量均低于IMRT，其中V10、V20以及V30均有統計學差異(t=-2.165，t=-3.40，t=-4.114；P＜0.05)。TD計劃的雙肺V5以及Dmean受量均低于IMRT，但無統計學差異，見表3。

對脊髓的最大劑量Dmax進行統計分析發現兩種計劃之間無統計學差異(t=-0.678，P＞0.05)。心臟的V30和V40均無統計學差異(t=-2.529，t=-3.586；P＞0.05)，見表4。

表3 兩種技術全肺劑量參數比較±s)

表3 兩種技術全肺劑量參數比較±s)

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表4 兩種技術脊髓和心臟劑量參數比較(±s)

表4 兩種技術脊髓和心臟劑量參數比較(±s)

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2.3 治療時間及機器跳數比較

加速器執行效率和射線利用率的評價采用總治療時間和機器跳數來表示，其中IMRT和TD計劃的治療時間是通過在加速器實際執行所得到，包括出束時間和機架旋轉時間，見表5。

表5 兩種技術時間和機器跳數比較(±s)

表5 兩種技術時間和機器跳數比較(±s)

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3 討論

TD固定野斷層調強技術是在螺旋斷層加速器上實現的一種新型調強照射方式，即在螺旋斷層治療機上實施固定野照射的技術。實施治療時加速器機頭固定于某個角度，通過床的移動來對整個靶區長度實施照射，其多葉準直器為二進制多葉光柵，可設置調制因子調節多葉的開閉時間來對野內射線強度進行調制，因此TD技術兼具常規調強和螺旋斷層調強的特點[4]。

國外諸多文獻報道了TD技術在乳腺癌以及全中樞放射治療中的應用[7-10]。TD技術出現時多用于乳腺癌放射治療，Reynders等[11]研究了TD技術在術后乳腺惡性腫瘤中的應用，并與常規放射治療技術進行比較，結果發現，TD技術在危及器官保護方面優于常規放射治療技術，TD技術在其他病種放射治療中的應用逐漸開展。戴相昆等[4]研究了TD調強技術在非小細胞肺癌中應用的可行性，研究發現TD技術在治療中央型非小細胞肺癌中優于常規調強技術，該結果證實TD-IMRT可能具備比常規IMRT更強的劑量調制能力。

放射治療是食管癌主要治療手段之一，多項研究表明，調強放射治療應用于食管癌具有明顯的劑量學優勢。本研究在臨床中發現，中下段食管癌與上段食管癌相比，靶區結構較為簡單，其靶區與中央型非小細胞肺癌相比，位置以及周邊的解剖結構均具有一定的相似性，而前期研究發現中央型非小細胞肺癌TD技術優于常規調強技術[4]。因此，本研究探討了TD技術在中下段食管癌放射治療中劑量學和執行效率方面是否也同樣具有優勢，為中下段食管癌的放射治療提供新的臨床技術。目前，臨床中下段食管癌放射治療多采用常規IMRT技術。在常規IMRT計劃設計過程中，考慮到雙側肺受量，通常采用沿縱隔方向交錯的布野原則，通過多葉準直器調節射線強度。本研究中IMRT計劃均采用五野計劃，布野方式采用前三后二或者前一后四，照射角度為180°，230°，320°，300°，30°或是0°，140°，160°，220°，240°，考慮TD技術與IMRT技術劑量學和執行效率比較的需要，TD技術采用同樣的布野方案。

本研究結果表明，TD技術與IMRT技術在靶區劑量均能滿足臨床要求，但TD計劃中靶區劑量在均勻性、最小劑量以及最大劑量等方面具備一定的優勢。食管癌放射治療中通常考慮最多的危及器官并發癥是放射性肺炎，而相關研究表明，放射性肺炎的發生概率與正常肺組織劑量體積參數正相關。諸多研究也認為，雙肺劑量體積參數是預測放射性肺炎發生的主要因素，正常肺組織平均劑量、V5-30等劑量學參數可以較好的預測放射性肺炎的發生，其中雙肺V5可能是最有價值的預測指標，當V5＞55%時，2級以上的急性放射性肺炎發生率可能會明顯增高[12-14]。本研究結果中TD技術計劃中雙肺受量均低于IMRT，其中V10、V20以及V30有統計學差異，雙肺V5以及Dmean受量均低于IMRT，但無統計學差異。對脊髓的最大劑量Dmax進行統計分析發現兩種計劃之間無統計學差異，心臟的V30和V40均無統計學差異。但TD技術的治療時間要長于IMRT技術，執行效率相對要低。

本研究認為，TD和IMRT均能實現良好的劑量分布，滿足靶區和危及器官各項劑量限制要求，均可用于中下段食管癌放射治療。TD技術劑量調制能力更強，全肺受量具有一定的優勢，對于需要嚴格限制雙肺受量的患者可優先選用；而IMRT技術則具備一定的效率優勢，更適用于無法堅持較長時間治療的患者，并能提高治療效率降低設備損耗。因此，TD技術在中下段食管癌放射治療中具有一定的臨床應用價值，可以作為中下段食管癌放射治療新的治療手段選擇之一。

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Application of Tomo Direct in the radiotherapy for esophageal carcinoma of mid-lower part/ DU Le-hui, DAI Xiang-kun, XIE Chuan-bin, et al//China Medical Equipment,2017,14(7):28-31.

Objective: To compare and analyze dosimetric differences between tomo direct (TD) and intensity modulated radiation therapy (IMRT) in the treatment for esophageal carcinoma of middle and lower part, and evaluate the feasibility of TD in the treatment. Methods: 10 patients with esophageal carcinoma of middle and lower part were enrolled in this retrospective study. The prescription dose was 63 Gy/30 F for planned gross target volume (PGTV), and 54 Gy/30 F for planned target volume (PTV). All of 10 patients were redesigned in TD plan as original radiation angle of IMRT plan apiece, and two kinds of planning target region and dose parameter of organ at risk (OAR) were evaluated, and the differences of treatment time and monitor unit (MU) also were compared, respectively. Results: For PGTV, the Dmean, D2and homogeneity index (HI) of TD plans were significantly better than those of IMRT plans (t=-2.737, t=-3.471, t=-3.709, P＜0.05). The

doses of double lung of TD plan were lower than that of IMPT plan, and the differences of V10, V20and V30between the TD plan and IMRT plan were statistically significant (t=-2.165, t=-3.40, t=-4.114, P＜0.05). While the received dose of spinal cord and heart between them were not significant. In the implement efficiency, the treatment time of TD plan was longer than that of IMRT plan. Conclusion: The preventive effect for lung of TD plan is obviously superior to IMRT plan when the same radiation field is chosen. Although treatment time of TD plan is longer, it still is a recommendable choice in clinical application.

Tomo direct; Intensity-modulated radiation therapy; Esophageal carcinoma; Dosimetry

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

杜樂輝,女,(1981- ),博士，主治醫師。解放軍總醫院放射治療科，研究方向：胸部惡性腫瘤的精確放射治療。

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.07.007

2017-04-22

1672-8270(2017)07-0028-04

R815

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”

①解放軍總醫院放射治療科 北京 100853

*通訊作者：qubl6212@sina.com