固定準直器技術在食管癌根治性放射治療中的應用

杜傲男，陳宏林，王強

徐州市腫瘤醫院放療科 （江蘇徐州 221005）

隨著放射治療技術的發展，調強放射治療（intensity-modulated radiation therapy，IMRT）已被廣泛應用于食管癌的綜合治療中，但食管癌靶區形狀不規則，且鄰近心臟、肺、脊髓等重要危及器官（organ at risk，OAR），導致放射治療計劃的設計相對困難。固定準直器（fixed collimator，FC）可以人為限定照射野的范圍，并可選擇性地避開部分正常組織，具有子野數目少、機器跳數（monitor unit，MU）低等優勢。既往多項研究顯示，FC 技術可以有效降低OAR 的受照射劑量，尤其是可降低低劑量區的受照射體積，同時不降低放射治療計劃的適形指數（conformity index，CI）、均勻性指數（homogeneity index，HI）[1-8]?；诖?，本研究將FC 技術應用于食管癌根治性放射治療中，以期降低肺正常組織的受照射劑量，從而減少放射性肺炎的發生。本研究應用FC 技術和自動準直器（auto collimator，AC）技術對20例食管癌患者進行根治性放射治療計劃的設計，以驗證FC 技術應用于食管癌放射治療中的可行性，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2018年1月1日至2020年1月1日于徐州市腫瘤醫院進行食管癌根治性放射治療的20例患者，均為未進行手術治療的胸中段食管癌患者，其中男12例，女8例；年齡55～84歲，平均（67.95±7.74）歲；病理類型均為食管鱗癌；TNM分期，Ⅱ期4例，Ⅲ期13例，Ⅳ期3例。

1.2 方法

1.2.1 CT 定位

患者取仰臥位，雙手抱肘置于額頭，采用熱塑體膜固定，使用東芝Activion 16排CT進行定位掃描，掃描范圍為下頜至肝臟下緣，掃描層厚為5 mm。

1.2.2 靶區及正常組織器官勾畫

使用瓦里安Eclipse13.5放射治療計劃系統（treament planning system，TPS）勾畫患者的腫瘤靶區（gross tumor volume，GTV）、臨床靶區（clinical target volume，CTV）、 計劃靶區（planning target volume，PTV）及OAR；GTV 包括食管病灶及陽性淋巴結，CTV 為GTV 三維外放5 mm，上下外放3 cm，并包括縱隔食管氣管溝、食管旁及縱隔1、2、4、7、8區的淋巴引流區，PTV 為CTV 三維外放5 mm。

1.2.3 放射治療計劃設計

同一患者的放射治療計劃采用相同的布野方式及約束參數，采用6MV-X線，處方劑量為60 Gy等劑量線包繞95%PTV；采用5野照射，機架角度分別為0°、40°、120°、160°、200°。OAR限量：脊髓最大劑量點Dmax＜45 Gy；雙肺V5≤55%，V20≤28%，V30≤18%；心臟V30≤40%，V40≤30%。FC組的射野準直器采用手動方式鎖定部分肺組織，AC組的射野準直器設為自動。

1.3 觀察指標

（1）比較兩組計劃的PTV劑量學參數，包括D2%、D98%、D50%、CI、HI，其中CI=（VT,ref/VT）×（VT,ref/Vref）[9]，式中VT,ref為處方劑量所覆蓋的PTV的體積，VT為PTV 的體積，Vref為處方劑量所覆蓋的總體積，CI可以客觀評價劑量分布體積與PTV 體積大小和形狀的適形性，CI越接近1表明靶區適形度越好[10]；HI=（D2%-D98%）/D50%[11]，式中D2%、D98%、D50%分別為包圍2%、98%、50%PTV體積的最小劑量，HI越接近0表明靶區均勻性越好。（2）比較兩組計劃的OAR劑量學參數，包括脊髓Dmean、Dmax，雙肺V5、V10、V15、V20、V30、V40和Dmean，心臟V30、V40、Dmean、Dmax。（3）比較兩組計劃的執行效率，包括總MU和治療時間（單次治療時加速器的出束時間）。（4）比較兩組計劃的劑量驗證通過率，使用MatriXX二維矩陣劑量驗證系統對兩組計劃進行劑量學驗證，并按照美國醫學物理學家協會（The American Association of Physicists in Medicine，AAPM）53號報告，采用3%/3 mm標準分析兩組計劃的γ通過率[12]。

1.4 統計學處理

2 結果

2.1 兩組計劃的PTV 劑量學參數比較

兩組計劃的PTV 計量學參數比較，差異均無統計學意義（P＞0.05），均能滿足臨床需求，見表1。

表1 兩組計劃的PTV 劑量學參數比較（±s，20例）

表1 兩組計劃的PTV 劑量學參數比較（±s，20例）

注：FC 為固定準直器，AC 為自動準直器，CI 為適形指數，HI 為均勻性指數

組別 D2%（Gy） D98%（Gy） D50%（Gy）CIHI FC 組 62.84±0.50 59.48±0.24 61.43±0.29 1.10±0.03 0.055±0.010 AC 組 62.72±0.39 59.55±0.09 61.21±0.19 1.08±0.03 0.052±0.007 t1.0381.0552.0451.9121.364 P0.3260.3190.0580.0880.206

2.2 兩組計劃的OAR 劑量學參數比較

FC 計劃的雙肺V5和Dmean均低于AC 計劃，差異有統計學意義（P＜0.05）；兩組計劃的其他OAR劑量學參數比較，差異均無統計學意義（P＞0.05），見表2。

表2 兩組計劃的OAR 劑量學參數比較（±s，20例）

表2 兩組計劃的OAR 劑量學參數比較（±s，20例）

注：FC 為固定準直器，AC 為自動準直器

參數FC 組AC 組tP脊髓Dmean（Gy） 24.27±6.2824.44±6.56 0.847 0.419脊髓Dmax（Gy） 42.97±0.9142.34±1.43 2.059 0.069雙肺V5（%） 53.14±8.6863.49±9.79 11.33 ＜0.001雙肺V10（%） 37.87±5.9340.34±4.16 1.826 0.101雙肺V15（%） 29.31±5.0129.77±3.98 0.397 0.701雙肺V20（%） 22.02±4.0821.84±3.40 0.355 0.731雙肺V30（%） 9.99±2.67 9.83±2.41 0.785 0.453雙肺V40（%） 4.62±1.65 4.40±1.51 2.093 0.066雙肺Dmean（Gy） 11.523±1.7612.15±1.51 3.892 0.004心臟V30（%） 22.83±13.69 23.44±14.05 1.335 0.215心臟V40（%） 12.23±7.1312.67±7.13 0.495 0.632心臟Dmean（Gy） 16.80±8.5616.98±8.61 1.722 0.119心臟Dmax（Gy） 63.37±2.1363.03±3.29 0.743 0.477

2.3 兩組計劃的執行效率比較

兩組計劃的總MU、治療時間比較，差異均無統計學意義（P＞0.05），見表3。

表3 兩組計劃的執行效率比較（±s，20例，劑量率400 MU/min）

表3 兩組計劃的執行效率比較（±s，20例，劑量率400 MU/min）

注：FC 為固定準直器，AC 為自動準直器，MU 為機器跳數

組別總MU治療時間（min）FC 組1 047.8±193.082.62±0.48 AC 組1 021.9±237.792.55±0.59 t 1.2801.280 P 0.2330.233

2.4 兩組計劃的劑量驗證通過率比較

FC組與AC組的γ通過率分別為（95.34±0.37）%和（95.76±0.47）%，差異無統計學意義（t=2.164，P=0.059）。

3 討論

食管癌放射治療技術的發展經歷了從最初的二維普通放射治療到三維適形放射治療（threedimensional conformal radiation therapy，3D-CRT），再到目前廣泛應用的IMRT 3個階段。與其他放射治療技術相比，IMRT 具有更好的靶區劑量適形度和均勻性，對OAR 的保護也更具優勢，可在提高臨床治愈率的同時改善患者的生命質量[13]。

IMRT 可分為靜態野調強技術（靜態IMRT）、動態葉片調強技術（動態IMRT）和旋轉調強技術，其中旋轉調強技術包括斷層治療（tomotherapy）和容積旋轉調強放射治療（volumetric arc modulated therapy，VMAT）。在IMRT 治療中，為了可以在射野內調節射束強度，多葉準直器（multi-leaf collimator，MLC）的形狀常是不規則、偏軸的，而MLC 過中線運動的距離會限制IMRT 的最大射野，如瓦里安直線加速器的MLC 過中線距離不超過14.5 cm，因此，當射野寬度＞14.5 cm 時，會出現分野治療。這樣會造成分野銜接處劑量的準確性降低、MU 增加、治療時間延長等現象，從而導致治療效率降低，同時分野治療也會導致正常組織中低劑量受照射體積的增加。

當食管癌靶區范圍較大時，應用常規IMRT技術會導致周圍正常組織，尤其是肺組織中產生廣泛分布的低劑量區域[14]。有研究報道，放射性肺炎的發生與肺的V20和Dmean密切相關[15-17]。同時，有研究認為，肺V5～V65均與放射性肺炎密切相關[18]，其中肺V5是最重要的影響因素[19-21]。國外有研究顯示，肺接受低劑量照射的體積（V5）是放射性肺炎發生的重要風險因素，并建議將肺V5控制在＜60%[19]或65%[20]的水平。國內也有研究證實，當肺V5＞55%時，2級以上放射性肺炎的發生率會顯著提高[22]。因此，有效降低肺組織低劑量區（V5）的體積成為減少放射性肺炎發生的關鍵。

FC 技術在IMRT 中的應用正逐步被臨床所關注。有研究發現，FC 技術在治療頭頸部大靶區（＞14 cm）病灶時，與常規IMRT 對比，可以降低總MU，并可提供更好的劑量均勻性，且在劑量率相同的情況下，可以縮短患者的治療時間[1]。國內相關研究顯示，FC 技術應用于直腸癌、鼻咽癌的放射治療中，可以降低總MU，縮短治療時間[2-3，8]。在肺癌的相關研究中發現，FC 技術可以更好地保護靶區周圍OAR 和正常組織，并可有效改善肺V5、V20、V30、Dmean等計量學參數[4]。在乳腺癌的相關研究中發現，FC 技術能明顯提高靶區劑量的適形度，并可降低肺和心臟的受照射劑量[5-6]?；谝陨戏治?，本研究將FC 技術應用于食管癌根治性放射治療中，以期減少肺組織低劑量照射區域，進而減少放射性肺炎的發生。

本研究結果顯示，兩組計劃的PTV 計量學參數比較，差異均無統計學意義（P＞0.05），均能滿足臨床需求，表明FC 技術的靶區計量學參數與傳統技術相當；FC 計劃的雙肺V5和Dmean均低于AC計劃，差異有統計學意義（P＜0.05），表明FC 技術在OAR 保護方面完全可以滿足臨床需求，不弱于AC 技術，且其在肺低劑量防護方面（肺V5）更具優勢，利于減少放射性肺炎的發生風險；兩組計劃的總MU、治療時間比較，差異均無統計學意義（P＞0.05），表明FC 技術在確保治療效果的前體下，并未出現MU 增加、治療時間延長的情況，可有效保證治療效率；兩組的γ 通過率比較，差異無統計學意義（P＞0.05），但均達到了95%以上，滿足臨床需求[12]。以上研究結果表明，FC 技術不僅可以有效保證靶區的劑量適形度和均勻性，同時在OAR 保護方面同樣可以滿足臨床需求。因此，FC 技術適用于體積較大、形狀不規則、周圍OAR較多的靶區，尤其可以優化對低劑量反應敏感的OAR 的劑量分布。

此外，有研究顯示，FC 技術可以減少總MU[1-3]，本研究結果與其不符，原因可能為：其研究對象為頭頸部腫瘤及盆腔腫瘤，計劃設計所用射野數較多（如頭頸部腫瘤9野[1，3]、直腸癌7野[2，8]）；而本研究僅應用了5野照射，這是否表明FC 技術降低總MU 的優勢在射野數相對較少的放射治療計劃中體現的不明顯，對此仍有待進一步研究證實。

綜上所述，FC 技術和AC 技術均能實現良好的劑量分布，滿足食管癌根治性放射治療的臨床需求，是安全有效的治療方式；FC 技術在肺低劑量限制方面更具優勢，對AC 技術無法有效優化的肺低劑量區域，FC 技術可以提供一條新的技術手段。