中間劑量計算模式對食管癌容積旋轉調強放射治療計劃的影響

劉衛東，張燕慧，孫力軍，葉書成，魏鵬（通信作者）

濟寧醫學院附屬醫院 （山東 濟寧 272029）

食管癌是臨床最常見的惡性腫瘤[1]，放射治療為治療食管癌的常用方法[2-3]。容積旋轉調強放射治療（volumetric modulated arc therapy，VMAT）是一種現代放射治療技術。VMAT 在加速器出束時通過機架、多葉準直器使劑量率獲得較高的自由度，且出束時間短，目前被廣泛應用于食管癌的治療[4-6]。然而 VMAT 計劃在優化過程中，最終劑量計算結果與優化過程中的最優劑量不同，因此瓦里安Eclipse 15.6 治療計劃系統新增加了中間劑量計算（intermediate dose calculation，IDC）模式，以解決此問題[7]。目前，國內關于IDC 模式對放射治療計劃影響的研究報道較少。本研究旨在探討IDC 模式對食管癌VMAT 計劃的影響，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2021 年12 月至2022 年8 月于我院接受放射治療的18 例食管癌患者的臨床資料。患者病理類型均為鱗癌；男16 例，女2 例；年齡53 ～83 歲，平均（68.0±9.0）歲。本研究經醫院醫學倫理委員會審批通過（倫理審批號：2023-03-C016）。納入標準：食管癌首次放療患者；有完整的臨床病歷資料。排除標準：有其他部位轉移病灶；有放療禁忌證。

1.2 儀器與方法

儀器：CT 模擬機（飛利浦醫療公司，型號：Brilliance Big Bore）、醫用電子直線加速器（瓦里安醫療系統公司，型號：Clinac iX）、Eclipse 15.6 治療計劃系統（瓦里安醫療系統公司，型號：Eclipse 15.6）。

方法：采用定位熱塑膜進行體位固定，患者雙手交叉自然抱頭，在平靜呼吸狀態下，使用CT模擬機進行CT 定位掃描。掃描范圍為上界至顱底，下界至下肺靜脈下緣，包含整個雙肺。掃描條件電壓值為120 kV，電流時間積為220 mAs，層厚為5 mm。掃描后將CT 定位圖像傳送至Eclipse 15.6 治療計劃系統。

1.3 靶區與危及器官勾畫

由腫瘤科主管醫師參考國際輻射單位與測量委員會62 號報告[8]，在Eclipse 15.6 治療計劃系統進行大體腫瘤靶區（gross tumor volume，GTV）、臨床靶區（clinical target volume，CTV）、計劃靶區（planning target volume，PTV）和危及器官（organs at risk，OARs）勾畫。OARs 包括雙肺、心臟、脊髓等。CTV 為GTV 頭腳方向外擴30 mm、左右前后方向外擴5 mm。PTV 為CTV 頭腳方向外擴10 mm、左右前后方向外擴5 mm。

1.4 治療計劃設計

應用Eclipse 15.6 治療計劃系統進行計劃設計，包括PTV 處方劑量為50.4 Gy/28 次，要求50.4 Gy劑量包繞95% 的PTV 體積。光子線為 6 MV，計算網格為2.5 mm，光子劑量計算算法（acuros external beam algorithm，AXB）。Clinac iX 型醫用電子直線加速器具有60 對多葉準直器（中間40 對葉片在等中心寬度為5 mm，兩邊各10 對葉片在等中心寬度為10 mm）；采用VMAT 模式，機架旋轉角度為181°～179°、179°～181°；對應小機頭角度為15°、345°，治療計劃優化前采用Avoidance Sectors 屏蔽出束模塊，規避雙弧水平左右兩側各80°[9]。計劃分為未應用IDC 模式計劃和應用IDC模式計劃，其中未應用IDC 模式計劃組選擇直接進行計劃劑量計算，應用IDC 模式計劃組選擇IDC模式進行中間劑量計算，然后再計算最終劑量，2 種計劃的其他優化參數保持一致。

1.5 治療計劃評價參數

包括D98、D2、Dmean、適形度指數（conformity index，CI） 和均勻性指數（heterogeneity index,HI）。其中Dx為包圍PTV 體積的x%的最小劑量；Dmean為PTV 的平均劑量；CI=VRI/TV，式中VRI為95%的處方劑量線所包圍的靶區體積，TV 為PTV體積，CI 值越接近1，表明靶區適形度越好[10]；HI=（D2-D98）/D50， HI 值越接近1，表明靶區均勻性越好[11]。評價雙肺的V5、V10、V20、V30、Dmean，心臟的V30、V40、Dmean及脊髓Dmax。其中Vm為mGy 劑量照射OARs 的相對體積，Dmean為平均劑量，Dmax為最大劑量[12]。

1.6 統計學處理

采用SPSS 22.0 統計軟件進行數據分析。計量資料以±s 表示，符合正態分布的采用t檢驗；不符合正態分布的計量資料以中位數（四分位數間距）表示，采用Wilcoxon 符號秩檢驗。P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 靶區劑量學參數比較

圖1 示同一患者2 種計劃的劑量分布圖。 2 種計劃靶區D98、D2、Dmean、CI、HI 比較，差異有統計學意義（P＜0.05），見表1。

表1 18 例食管癌患者2 種計劃的靶區劑量學參數比較（±s）

表1 18 例食管癌患者2 種計劃的靶區劑量學參數比較（±s）

注：Dx 為包圍PTV 體積的x%最小劑量；Dmean 為平均劑量；CI 為適形度指數，HI 為均勻性指數，IDC 為中間劑量計算

未應用IDC模式計劃組（18 例）應用IDC模式計劃組（18 例）tP D98 （Gy）49.04±0.3449.33±0.32-6.523 ＜0.05 D2（Gy）56.17±0.7054.77±0.7018.866 ＜0.05 Dmean （Gy）53.43±0.5452.81±0.4312.379 ＜0.05 CI 1.32±0.10 1.30±0.09 4.723 ＜0.05 HI 0.13±0.02 0.10±0.0214.662 ＜0.05參數

圖1 治療計劃橫斷面劑量分布圖

2.2 OARs 劑量學比較

未應用IDC 模式計劃的雙肺V5、V10、V20、V30、Dmean等參數與應用IDC 模式計劃比較，差異無統計學意義（P＞0.05）；未應用IDC 模式計劃的心臟V30、V40、Dmean均高于應用IDC 模式計劃，差異有統計學意義（P＜0.05）。未應用IDC 模式計劃的脊髓Dmax與應用IDC 模式計劃比較，差異無統計學意義（P＞0.05），見表2。

表2 18 例食管癌患者兩種計劃的OARs 劑量參數比較 （±s）

注：Vx 為OARs 內＞x Gy 部分的相對體積；Dmean 為平均劑量；Dmax 為最大劑量；OARs 為危及器官，IDC 為中間劑量計算

t/Z P雙肺參數未應用IDC模式計劃組（18 例）應用IDC模式計劃組（18 例）V5（%） 44.03±11.94 43.84±11.69 0.892 0.385 V10（%）31.47±8.9531.61±9.05 -1.057 0.305 V20（%）15.06±5.6315.24±5.78 -0.874 0.394 V30（%） 3.70（6.00） 3.80（6.00） -0.920 0.357 Dmean（Gy） 8.70±2.43 8.73±2.45 -1.124 0.277心臟V30（%） 8.80（22.63） 8.15（21.58）-2.833 ＜0.05 V40（%） 3.55（10.20） 3.30（9.68） -3.149 ＜0.05 Dmean（Gy） 12.06（19.97） 11.81（19.70）-3.006 ＜0.05脊髓Dmax（Gy） 33.58±3.3233.84±3.16 -1.586 0.131

3 討論

食管癌是我國高發的消化道惡性腫瘤，發病率和病死率分別居惡性腫瘤第6 位和第5 位。放射治療是食管癌綜合診療的重要手段，在保護食管形狀和功能方面發揮重要作用。食管癌靶區形狀多變，周圍OARs 較多，提高了放射治療計劃的設計難度。VMAT 計劃可以獲得高度適形的劑量分布，最大限度保護正常組織。研究證實，VMAT 計劃可在提高靶區劑量的同時降低OARs 劑量[13]。Tanaka 等[14]研究了功能保護VMAT 計劃在食管癌中的應用，與常規VMAT 計劃相比，功能保護VMAT 計劃降低了左心室劑量，而靶區和OARs 比較，差異無統計學意義（P＞0.05）。

在許多治療計劃系統中，通常使用快速劑量計算算法在優化過程中提供重復劑量計算，以確保快速完成優化。為達到劑量計算目的而采用簡化的劑量計算算法，在非均勻組織或靶區可能會導致最終劑量計算出現誤差。在計劃優化過程中使用IDC 模式計算非常有效，尤其在與最終劑量計算產生劑量體積分布偏差的情況下。

本研究使用Eclipse 15.6 治療計劃系統，探討了IDC 模式對18 例食管癌患者VMAT 計劃的影響，結果顯示，2 種PTV 的D98、D2、Dmean、CI 和HI等參數比較，差異有統計學意義（P＜0.05），說明應用IDC 模式計劃較未應用IDC 模式計劃提高了D98劑量，降低了D2劑量，同時具有更好的計劃適形度和均勻性；同時，應用IDC 模式計劃的心臟V30、V40、Dmean參數明顯優于未應用IDC 模式計劃，差異有統計學意義（P＜0.05），降低了心臟相關并發癥的發生率。

Akbas 等[15]研究了IDC 模式在非均勻區域固定野調強放射治療計劃的影響，應用IDC 模式固定野調強放射治療計劃與不應用IDC 模式固定野調強放射治療計劃的CI 和HI 分別為1.142、0.090 和1.055、0.067,說明IDC 模式的應用提高了頭頸部腫瘤的計劃質量。ErgIn 等[16]對10 例腹部食管癌和10 例胸部食管癌患者VMAT 計劃在使用AAA 算法下IDC 模式對放射治療計劃的影響，結果顯示，應用IDC 模式計劃在CI 和HI 等參數顯著降低的同時，靶區的D2、Dmean和機器跳數等參數明顯改善，且IDC 模式應用也顯著降低了心臟V30、脊髓Dmax參數。Park 等[17]對30 例不同部位的腫瘤患者進行IDC 模式的劑量學研究，結果顯示，應用IDC 模式可以獲得更好的靶區適形度。

綜上所述，應用IDC 模式可提高食管癌VMAT計劃質量，同時降低心臟等正常組織的照射劑量。因此，推薦臨床選擇應用IDC 模式對食管癌VMAT計劃進行劑量計算。