不同寬度多葉準(zhǔn)直器葉片對食管癌調(diào)強(qiáng)放射治療的劑量學(xué)影響

李 軍 張西志* 侯笑笑 張先穩(wěn) 桂龍剛 陳永東

目前，治療腫瘤的目標(biāo)不僅希望努力達(dá)到治愈，而是越來越重視在保證治療效果的同時(shí)提高患者的生活質(zhì)量。放射治療是利用輻射對惡性腫瘤進(jìn)行照射使其生長受到抑制而致死的一種療法，其基本原則是破壞惡性腫瘤和保護(hù)正常組織。在各種放射治療設(shè)備中，醫(yī)用電子直線加速器成為現(xiàn)代放射治療最主要的裝置[1-4]。

隨著放射治療技術(shù)的發(fā)展，目前主流的調(diào)強(qiáng)放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)中，多葉準(zhǔn)直器(multi-leaf collimator，MLC)起到了舉足輕重的作用[5]。Varian醫(yī)用加速器采用60對葉片，中間部位40對葉片在等中心位置的投影寬度為5 mm，兩邊的寬度為10 mm。本研究應(yīng)用Varian的Eclipse 13.5治療計(jì)劃系統(tǒng)，通過在MLC的中間區(qū)域以及邊緣區(qū)域進(jìn)行IMRT優(yōu)化設(shè)計(jì)，分別對靶區(qū)的基本參數(shù)以及危及器官的受量進(jìn)行比較，從而分析出兩組計(jì)劃的差異，為食管癌IMRT提供更加合理的參考。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

隨機(jī)選取2017年2月至2018年2月蘇北人民醫(yī)院收治的40例食管癌患者，其中男性26例，女性14例；年齡54～68歲，平均年齡(61±7)歲。病理類型均為鱗癌；計(jì)劃靶區(qū)(planning target volume，PTV)長度15～21 cm，雙肺體積為2912.53～3436.38 cm3。

1.2 儀器設(shè)備

Varian模擬定位機(jī)，真空墊，Lightspeed型16排大孔徑螺旋定位CT(美國GE公司)，Eclipse 13.5三維治療計(jì)劃系統(tǒng)(treatment planning system，TPS)和Clinac IX醫(yī)用電子直線加速器(美國Varian公司)。加速器的MLC由60對葉片組成，中間部位40對葉片在等中心位置的投影寬度為5 mm，兩邊寬度為10 mm。

1.3 影像獲取

所有患者均采用仰臥位，雙手保持上舉抱頭姿勢，通過CT對患者進(jìn)行增強(qiáng)掃描，掃描層厚5 mm，掃描范圍從環(huán)甲膜至膈肌下緣。掃描后的CT圖像通過ARIA網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸至TPS工作站中。

1.4 放射治療計(jì)劃設(shè)計(jì)

利用Eclipse 13.5治療計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行靶區(qū)勾畫、計(jì)劃設(shè)計(jì)與評(píng)估。靶區(qū)包括腫瘤體積(gross tumor volume，GTV)、臨床靶區(qū)(clinical target volume，CTV)以及PTV。其中GTV為影像上可見腫瘤病灶，GTV均勻外擴(kuò)8 mm，包括整個(gè)淋巴結(jié)引流區(qū)得到CTV，PTV為CTV沿三維外放5 mm，同時(shí)勾畫周圍危及器官，包括肺、脊髓及心臟等。處方劑量CTV為6000 cGy/28 f，PTV為5040 cGy/28 f。

1.5 評(píng)估方法

(1)通過劑量-體積直方圖(dose-volume histogram，DVH)分析GTV和PTV的平均劑量Dmean、均勻性指數(shù)(homogeneity index，HI)和適合度指數(shù)(conformity index，CI)[6]。其HI的計(jì)算為公式1：

式中D5為5%靶體積受照最低劑量，D95為95%靶體積受照最低劑量，HI值越大(遠(yuǎn)離1)表明該計(jì)劃的劑量分布均勻性越差。

CI的計(jì)算為公式2：

式中VT為靶體積，VTref為參考等劑量線面所包繞的靶區(qū)的體積，Vref為參考等劑量線面所包繞的所有區(qū)域的體積。CI取值在0～1，越靠近1表明靶區(qū)適合度越好。

(2)危及器官(organs at risk，OARs)：脊髓接受照射的最大劑量Dmax；肺的V5(照射劑量為500 cGy時(shí)的體積，以此類推)、V10、V15、V20、V30及平均劑量Dmean，心臟V30、V40和平均劑量Dmean。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

所有數(shù)據(jù)用SPSS 15.0進(jìn)行分析，計(jì)量資料結(jié)果以均值±標(biāo)準(zhǔn)差(x-±s)表示，兩組計(jì)劃的劑量學(xué)差異采用配對t檢驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 劑量分布比較

通過相同的條件，在MLC的中間區(qū)域以及邊緣區(qū)域進(jìn)行IMRT優(yōu)化設(shè)計(jì)，對同例患者的兩種計(jì)劃在同一層靶區(qū)的劑量分布比較，可明顯地顯示出MLC中間區(qū)域的5 mm葉片的劑量適形性優(yōu)于左側(cè)代表MLC兩側(cè)區(qū)域的10 mm葉片結(jié)果(如圖1所示)。

圖1 兩種計(jì)劃靶區(qū)劑量分布比較

2.2 兩種計(jì)劃DVH比較

在相同患者的兩種計(jì)劃的DVH比較中，對于肺和脊髓而言，在低劑量區(qū)，MLC兩側(cè)邊緣區(qū)(10 mm)高于MLC中間區(qū)域(5 mm)，而在高劑量區(qū)，MLC兩側(cè)邊緣區(qū)(10 mm)要低于MLC中間區(qū)域(5 mm)；對于心臟而言，無論在低劑量區(qū)還是高劑量區(qū)，MLC兩側(cè)邊緣區(qū)(10 mm)都要低于MLC中間區(qū)域(5 mm)；對于靶區(qū)而言，無論是PTV還是CTV，MLC兩側(cè)邊緣區(qū)(10 mm)劑量都要低于MLC中間區(qū)域(5 mm)(如圖2所示)。

表1 兩組計(jì)劃的劑量學(xué)參數(shù)對比(x-±s)

圖2 兩種計(jì)劃DVH比較

2.3 兩組計(jì)劃劑量學(xué)比較

在兩組計(jì)劃的靶區(qū)和危及器官的劑量學(xué)評(píng)估參數(shù)對比中，對于CTV和PTV而言，MLC中間區(qū)域的Dmean要高于MLC邊緣區(qū)域，其差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-1.536，t=-5.919；P＜0.05)；MLC中間區(qū)域的HI值要低于MLC邊緣區(qū)域，其差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=4.536，t=3.004；P＜0.05)；MLC中間區(qū)域的CI值要高于MLC邊緣區(qū)域，其差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=2.075，t=-2.089；P＜0.05)。對于雙肺而言，MLC中間區(qū)域的Dmean、V5、V10、V20及V30略高于MLC邊緣區(qū)域，其差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=4.773，t=6.282，t=0.047，t=4.536，t=2.075；P＜0.05)。對于心臟而言，MLC中間區(qū)域的Dmean和V30值要略低于MLC邊緣區(qū)域，其差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-3.531，t=-3.551；P＜0.05)。對于脊髓而言，MLC中間區(qū)域的Dmax值要高于MLC邊緣區(qū)域，其差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-5.980，P＜0.05)，見表1。

3 討論

在目前主流的IMRT中，MLC起到了舉足輕重的作用，通過對MLC的調(diào)節(jié)控制，達(dá)到對射線強(qiáng)度以及形狀的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)與腫瘤靶區(qū)相一致的劑量曲線，與此同時(shí)能夠盡可能的降低靶區(qū)周圍重要OARs的照射劑量。本研究MLC不同寬度的葉片對放射治療計(jì)劃的影響，通過改變計(jì)劃的中心，在MLC的中間區(qū)域以及邊緣區(qū)域進(jìn)行IMRT優(yōu)化設(shè)計(jì)，其結(jié)果顯示，雖然兩組計(jì)劃優(yōu)化條件完全相同，但是由于MLC葉片寬度不同，在MLC的中間區(qū)域以及邊緣區(qū)域的優(yōu)化HI和CI之間有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。選擇在MLC的中間區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化，靶區(qū)的HI更好，且CI更高，然而選擇在邊緣區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化，肺部受照劑量普遍低于在MLC中間區(qū)域優(yōu)化的結(jié)果，心臟的平均劑量也低于中間區(qū)域優(yōu)化的結(jié)果，脊髓的最大值無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。由此可見，在MLC中間區(qū)域優(yōu)化，靶區(qū)均勻性以及適形性更優(yōu)，在邊緣區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化，肺部以及心臟劑量會(huì)偏低。造成這種差異的原因主要是由于MLC葉片的寬度不同引起，正常情況下，葉片寬度越薄，形成的靶區(qū)形狀越好，從而計(jì)劃的適形性也就越高，然而葉片寬度越厚，葉片形成靶區(qū)形狀所需要的數(shù)量越少，葉片間的漏射線越少，因此肺部受照劑量會(huì)比寬度較薄的葉片有所降低。

范廷勇等[7]探討不同MLC葉片寬度對IMRT治療計(jì)劃的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)5 mm的MLC與10 mm的MLC比較，前者適形度好，靶區(qū)劑量更均勻，更適合于形狀不規(guī)則且鄰近危險(xiǎn)器官的病灶I(lǐng)MRT。張富利等[8]在2013年通過對Elekta Precise、Varian 2100及Siemens Artiste的3種加速器進(jìn)行宮頸癌術(shù)后IMRT計(jì)劃的分析，比較3種計(jì)劃在靶區(qū)劑量均勻性、適形度以及OARs受照體積和劑量分布方面的差異，結(jié)果表明，無論配置何種類型MLC的加速器均有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，故在臨床應(yīng)用或設(shè)備購置評(píng)估中應(yīng)充分考慮諸如腫瘤部位、體積、設(shè)備停機(jī)時(shí)間、維修保養(yǎng)、操作方便程度等多方面相關(guān)因素做出合理選擇。楊超鳳等[9]比較兩種不同MLC葉片寬度對鼻咽癌IMRT計(jì)劃劑量學(xué)的影響，結(jié)果顯示兩組計(jì)劃的靶區(qū)CI和靶區(qū)劑量HI之間差別有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，比較5 mm和10 mm的MLC，前者更適合用于鼻咽癌患者的IMRT。2017年，葉柳清等[10]較兩種不同寬度的MLC對肺癌IMRT的劑量學(xué)影響，結(jié)果表明，選擇配置5 mm葉片寬度的Siemens Artiste加速器在完成肺癌IMRT計(jì)劃中能更好地提高靶區(qū)適形度。

4 結(jié)語

選擇在MLC的中間區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化，靶區(qū)的均勻性和適形度更優(yōu)，心臟受照劑量更低，而在邊緣區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化，肺部以及脊髓劑量會(huì)更低。因此，物理師在進(jìn)行食管癌IMRT計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)OARs都能達(dá)到劑量限值的基礎(chǔ)上，應(yīng)該盡量選擇MLC的中間區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化，這樣能夠獲得更加良好的靶區(qū)適形性，在無法滿足肺部受照劑量最低限制的情況下，需要結(jié)合患者實(shí)際情況以及加速器的MLC葉片不同寬度來進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，從而得到最適合患者的IMRT[11-12]。