螺旋斷層放療用于胸中下段食管癌的最優計劃參數探討

程曉龍 劉吉平 陳祥 王彬冰 潘林飛 張莉

食管癌是我國高發惡性腫瘤之一，其發病率及死亡率分別位于惡性腫瘤第4位[1]。對于頸段和局部晚期食管癌患者，放療是唯一有效且可達根治效果的治療方法，其5年生存率為27%[2]。隨著食管癌患者生存時間增加，減少放射性損傷尤為重要。胸中下段食管癌的靶區位置距離心臟和肺更近，在患者接受放療時心臟和肺更易受到高劑量照射[3]。放射性心臟損傷（radiation-in原duced heart disease，RIHD） 和放射性肺炎（radiation pneumonitis，RP）是胸部惡性腫瘤患者嚴重的不良放療反應[4]。螺旋斷層放療（helical tomotherapy，HT）集調強放療（IMRT）、影像引導調強適形放療、劑量引導調強適形放療于一體，是目前最先進的腫瘤放射治療技術之一。本研究旨在討論HT用于胸中下段食管癌的最優計劃參數，為臨床提有價值的循證依據。

1 對象和方法

1.1 對象 選取2016年1月至2018年8月在浙江省腫瘤醫院行HT的胸中下段食管癌患者。入組標準為：（1）經影像及病理檢查確診的域～郁期中下段食管癌；（2）拒絕手術；（3）未接受過放化療；（4）經心電圖及超聲心動圖檢查證實無心血管疾病。排除標準為：（1）食管完全梗阻不能進食流質；（2）食管有明顯穿孔或嘔血；（3）既往有其他部位惡性腫瘤或已有遠處轉移。符合入組標準的胸中下段食管癌患者有18例，均為食管鱗狀細胞癌，其中男15例，女3例，年齡43～92歲，平均65.3歲。根據美國癌癥聯合會第6版分期標準，域期5例，芋期10例，郁期3例。

1.2 模擬定位和靶區危及器官勾畫 所有患者采取仰臥位，平靜呼吸，雙臂交叉抱肘置額前，用胸部熱塑體模或真空負壓墊進行體位固定。體表及網模的定位標志由鉛絲標記，掃描時中心默認為CT坐標原點。使用Philips BrillianceTM16排大孔徑CT模擬機進行模擬定位，行靜脈增強掃描，層厚5mm，一般掃描范圍上界至鎖骨下，下界至肋膈角下緣。完成后將CT圖像傳輸至三維治療計劃系統。依據國際輻射測量與單位委員會（ICRU）83號報告進行靶區和危及器官（OARs）勾畫。計劃靶區體積（PTV）由臨床靶區（CTV）外擴5mm形成。OARs包括雙側肺、心臟和脊髓。

1.3 治療計劃設計 全部患者均制定IMRT、容積旋轉調強放療（VMAT）和HT 3種放療計劃。IMRT和VMAT計劃在RayStation 4.0v系統（美國RaySearch公司）設計，HT計劃在Tomo HelicalTMVersion 2.0.5系統（美國Accuray公司）設計。IMRT計劃采用6MV的X射線，等中心 7 野共面，機架角 210°、300°、320°、0°、40°、60°和150°，70個子野。VMAT計劃采用6MV 的 X 射線，178°～182°和 182°～178°的雙弧，角度間隔 2°。HT 計劃中射野寬度（FW）2.5cm，螺距（Pitch）為 0.287，調制因子（MF）初步設置為2，根據計劃在2～3內調整。處方劑量均設定為60Gy，單次劑量2Gy，要求處方劑量至少覆蓋95%的靶區體積。OARs的劑量限值為：雙肺V5臆60豫、V10臆40豫、V20臆30豫、V30臆20豫、平均劑量（Dmean）＜15Gy，心臟Dmean＜20Gy，脊髓最大劑量（Dmax）＜45Gy。

1.4 計劃參數 記錄及分析PTV、雙肺、心臟的Dmax和Dmean，雙肺的 V5、V10、V15、V20、V30，心臟的 V5、V10、V15、V20、V30、V40，脊髓 Dmax，PTV 的適形指數 〔CI，悅隕越（Vt,ref）2/（Vt伊Vref），Vt,ref為處方劑量覆蓋的 PTV 體積，Vt為 PTV體積，Vref為處方劑量的全部體積〕和均勻性指數〔HI，HI=100伊（D2-D98）/Dp，D2和 D98為 2%和 98%的 PTV 接受的最低劑量，Dp為處方劑量〕。并統計計劃的機器跳數（MU）和治療時間（單次治療患者出束時間均值）。

1.5 計劃劑量驗證 分為點絕對劑量驗證和膠片相對劑量驗證。將膠片置于圓柱形模體兩半球中間，按照紅激光燈擺位模體，按照綠激光燈標記好四點位置以及膠片正方向位置，連接電離室，調用每例患者的質量控制計劃（DQA）并出束照射（圖1）。要求點絕對劑量偏差臆依3%，3mm/3%條件下膠片酌通過率＞90%。

圖1 EBT3膠片劑量驗證擺位圖

1.6 擺位誤差獲取及處理 由2名放射治療師根據皮膚標記點和紅激光燈進行治療擺位，每次治療前均行兆伏級CT（MVCT）圖像掃描，選擇Normal掃描條件。掃描完后將MVCT圖像與患者的計劃圖像進行配準。配準范圍包括靶區、輪廓和附近組織的橫斷、冠狀、矢狀方向的圖像。自動配準完成后檢驗配準結果，由MVCT圖像與CT圖像中的外輪廓、靶區附近組織結構的重合程度等確定是否需要再進行手動配準。配準完成后得到患者左右（X）、頭腳（Y）、前后（Z）和橫斷面旋轉（Roll）方向擺位誤差的數據。記錄各例患者每次MVCT的X、Y、Z和Roll方向的擺位誤差值，根據公式醞越2.5移+0.7啄計算PTV外放范圍[5]。

1.7 統計學處理 采用SPSS22.0統計軟件，計量數據以表示。應用獨立樣本非參數檢驗的Kruskal-Wallis法分析PTV及OARs的劑量學參數，列出H值和P值，當P＜0.05為差異有統計學意義，對具有差異的組別再通過軟件自帶成對比較功能進行兩兩比較，若矯正后P＜0.05則表示差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 治療參數 18例患者的PTV徑向長度均值為（13.03依1.21）cm，PTV、雙肺和心臟的體積均值分別為（387依332）、（681依279）和（3912依1688）cm3。

2.2 3種放療計劃劑量學參數比較 54組計劃均滿足劑量學要求，PTV劑量分布及計劃參數比較見表1。PTV的Dmax和計劃MU、治療時間的參數差異有統計學意義（H=10.786、32.665、30.443，P=0.006、0.000、0.000）。HT 計劃的 Dmax最低為（6341～6652）cGy，兩兩比較IMRT與HT的差異具有統計學意義；HT計劃的MU最高為3 959～10 712，兩兩比較IMRT、VMAT與HT的差異均有統計學意義。VMAT的治療時間最短（121～169）s，兩兩比較IMRT、HT與VMAT的差異均有統計學意義。3者在 Dmean、CI、HI方面差異均無統計學意義（均P＞0.05）。

3種放療計劃OARs的劑量學參數比較見表2。脊髓的 Dmax差異有統計學意義（H=14.028，P=0.001），HT的Dmax最低（3 027～4 115）cGy，兩兩比較IMRT與HT差異有統計學意義（P＜0.05）；肺的 Dmax、V20和 V30差異有統計學意義（H=11.403、7.138、6.847，P=0.003、0.028、0.049），HT組最低分別為（6301～6498）cGy、（7.17～26.88）%和（2.97～15.23）%，兩兩比較 IMRT的 Dmax、V20和 V30與HT差異有統計學意義；心臟的Dmax差異有統計學意義（H=7.433，P=0.024），HT 計劃值最小（6 287～6 543）cGy，兩兩比較IMRT與HT差異有統計學意義。3組計劃均表現為隨受照劑量增加，受照劑量體積百分比下降的趨勢。

2.3 不同固定方式擺位誤差及CTV-PTV外擴邊界值比較 熱塑模組和真空負壓墊組的平均擺位誤差及CTV-PTV外擴邊界值見表3，兩組結果差異不明顯，熱塑模組稍優于真空墊組，但差異不具有統計學意義。將3例患者的MVCT的擺位誤差進行在線修正，再重新掃描自動配準，獲取修正后的擺位誤差，共計140次修正前后擺位誤差數據見表4，修正后的擺位誤差明顯減小，CTV-PTV的外擴邊界值從5mm左右減小到2mm以內。

2.4 計劃劑量驗證評價 計劃劑量驗證的絕對劑量偏差平均值為（0.14依1.54）%，其中有 12例的結果在依2%的范圍內，全部結果在依3%的范圍內，如圖2所示。計劃劑量驗證的酌通過率平均值為（95.47依2.35）%，其中11例＞95%，如圖3所示。

表1 3種放療計劃PTV劑量分布及計劃參數比較

表2 3種放療計劃OARs劑量學參數比較

表3 不同固定方式的擺位誤差及CTV-PTV外擴值

表4 修正前后擺位誤差及CTV-PTV外擴值

圖2 絕對劑量偏差散點圖

圖3 酌通過率散點圖

3 討論

3.1 最優計劃參數設置 依據HT特性并結合本研究的胸段食管癌PTV的徑向長度、體積及處方劑量，設置計劃參數為[6-8]：FW 為 2.5cm；Pitch 為 0.43、0.287 和 0.215；MF為2.0、2.2、2.4和2.7。選取5例病例，按照3種Pitch進行15組計劃設計，調整MF使計劃獲得最佳機架旋轉周期及劑量分布，再進行劑量學和計劃參數比較。3組計劃的治療時間分別為（611依108）s、（467依126）s和（345依98）s；機器跳數分別為（8671依1354）MU、（6691依1765）MU和（4856依1078）MU。隨著Pitch的增加治療時間和機器跳數逐漸減小，縱向劑量分布逐漸變差。靶區適形性和均勻性方面沒有明顯差異，但是小螺距的計劃中肺和心臟的平均量較低，MF的增加可改善劑量分布并小幅度增加治療時間。因此中下段食管癌計劃參數建議設置為：FW=2.5cm，Pitch=0.287，MF 優化過程中從2.0逐漸提升到2.7。

3.2 IMRT、VMAT和 HT技術比較 IMRT、VMAT和HT是目前臨床應用的主流放療技術，3者均可在保證腫瘤劑量分布的基礎上降低OARs的受照劑量，但技術特點有所不同。Yin等[9]研究表明，VMAT比IMRT心臟V30降低了 10%耀30%，V40下降了 15%耀35%。VMAT在治療時間上優勢明顯，相比IMRT減少55豫～66豫，可在1～2min內完成治療，減少分次內各種不確定性因素對放療的影響，有望提升生物效應[10]。有回顧性分析表明，HT與IMRT在放療毒副反應的發生率和嚴重程度上都有明顯優勢[11]。本研究中，比較了IMRT、VMAT和HT在靶區及OARs的劑量分布。結果表明，3種技術的PTV的HI、CI和OARs的Dmean差異不具有統計學意義，但是HT組的Dmax和肺的V20、V30具有優勢且差異有統計學意義。HT另一優勢在于其圖像引導，可在每次治療前行MVCT獲取圖像并進行配準，最大程度降低擺位誤差[12]。本研究顯示行MVCT擺位誤差修正后的CTV-PTV邊界外擴值可控制在2mm以內，是否可根據該值對進行HT治療的中下段食管癌患者的靶區勾畫范圍進行修正，有待進一步研究。

3.3 固定技術個體化 數據表明行螺旋斷層放射治療的食管癌患者多數為老年患者，對于固定技術本研究結果與國內報道類似，即體模固定優于負壓真空墊[13-15]。體模固定可限制呼吸幅度，減少呼吸誤差，并降低患者不自主移動度[16]。老年患者皮膚松弛，真空墊分次間誤差較大，但是患者體感會相對舒適，因此對于身體狀況較差、體型偏瘦且具有輕微駝背的患者，可采用真空墊和體模組合固定的方式。對于有外周靜脈穿刺中心靜脈置管或鎖骨下中心靜脈置管的患者，不宜采取雙臂交叉抱肘上舉體位，可用雙臂平放置身體兩側體位保證更好的體位重復性。研究表明，雙臂交叉抱肘置額前和雙臂平放置身體兩側的兩種食管癌放療固定體位，均具有較好的重復性[14]。

3.4 基于HT技術的胸中下段食管癌治療規范 本研究初步得出基于HT技術的胸部中下段食管癌放射治療規范如下：（1）體位固定技術，一般患者采取仰臥、雙臂交叉抱肘置額前的熱塑體模體位固定方式，對于身體狀況較差、體型偏瘦且具有輕微駝背的患者，采用真空墊和體模組合固定的方式，對于有外周靜脈穿刺中心靜脈置管或鎖骨下中心靜脈置管的患者，用雙臂平放置身體兩側體位；（2）CT模擬定位，行靜脈增強掃描，層厚5mm，一般掃描范圍上界至鎖骨下，下界至肋膈角下緣；（3）靶區及OARs勾畫，依據 ICRU83號報告，PTV為CTV四周均勻外擴5mm；（4）劑量限值：處方劑量至少覆蓋 95%的靶區體積，雙肺 V5臆60豫、V10臆40豫、V20臆30豫、V30臆20豫、Dmean＜15Gy，心臟 Dmean＜20Gy，脊髓Dmax＜45Gy；（5）計劃參數設置：Dose Grid 選擇 Fine，FW=2.5cm，Pitch=0.287，MF優化過程中從2.0逐漸提升到2.7；（6）計劃劑量驗證：點絕對劑量偏差臆依3%，3mm/3%條件下膠片酌通過率＞90%。