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        中央型肺癌應(yīng)用IMRT和3-DCRT 實(shí)現(xiàn)SBRT的劑量學(xué)比較

        2013-09-11 08:42:44李臘枚黃高明周光華
        關(guān)鍵詞:劑量學(xué)靶區(qū)脊髓

        李臘枚,黃高明,周光華

        (湖南師范大學(xué)第二附屬醫(yī)院,解放軍第163 醫(yī)院腫瘤科,湖南 長(zhǎng)沙 410003)

        在中國(guó)每年約有600,000 位患者死于肺癌[1]。很多患者因?yàn)樾姆喂δ懿蝗珶o(wú)法手術(shù)治療[2]。隨著科技的發(fā)展,很多不能手術(shù)切除的患者也能通過新興的非手術(shù)方法治愈。在這些新興的方法中,立體定向放射治療(Stereotactic Body Radiation Therapy,SBRT)取得了最大的成績(jī)。本研究通過比較同一個(gè)體在IMRT 與3-DCRT 技術(shù)下的SBRT 計(jì)劃的優(yōu)缺點(diǎn),為臨床SBRT 治療個(gè)體化放療方案的選擇提供劑量學(xué)方面的依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 臨床資料

        選擇2011年12月至2012年10月在湖南師范大學(xué)第二附屬醫(yī)院腫瘤科收治的30例中央型肺癌患者(30 個(gè)病灶)。男性13例,女性17例;年齡45-76 歲。所有患者均經(jīng)纖維支氣管鏡病理學(xué)診斷確診為肺癌,腺癌9例,鱗癌21例。腫瘤體積為25.68-103.63cm3,平均65.61 cm3,腫瘤直徑3cm 以下的9例,3-5cm的15例,5-7cm的6例。

        1.2 儀器設(shè)備

        Siemens 公司KD-ⅡMevatron 型醫(yī)用直線加速器;GAMMEXA3000A 型可移動(dòng)激光定位系統(tǒng);拓能公司的venus 三維治療計(jì)劃系統(tǒng);瓦里安Eclipse 逆向治療計(jì)劃系統(tǒng);西門子16 排螺旋掃描螺旋CT 機(jī);配套三維固定架,真空袋固定裝置。

        1.3 靶區(qū)和周圍危及器官的勾畫

        所有患者均在CT 定位下掃描,圖像資料刻錄光盤傳至TPS 治療計(jì)劃系統(tǒng),由放療醫(yī)師參考ICRU50、62、83 號(hào)報(bào)告,在計(jì)劃系統(tǒng)內(nèi)逐層勾畫出大體腫瘤體積(gross tumor volume,GTV)、臨床靶體積(clinical target volume,CTV)、計(jì)劃靶體積(planning target volume,PTV)和周圍危及器官(organ at risk,OAR)包括脊髓,兩側(cè)肺、心臟和食管。CTV 為在GTV 邊緣腺癌病灶外擴(kuò)8mm,鱗癌外擴(kuò)6mm。CTV 邊緣外擴(kuò)10mm 為計(jì)劃靶區(qū)PTV。

        1.4 治療計(jì)劃設(shè)計(jì)

        每一套圖像分別7 野、9 野IMRT 計(jì)劃和6 野3-DCRT 計(jì)劃。各計(jì)劃PTV 均給予處方劑量60Gy/12 次,隔日照射1 次。PTV 及各危及器官的優(yōu)化限制條件為處方劑量至少覆蓋95%的PTV;PTV 接受>110%的處方劑量的體積應(yīng)<20%;PTV 接受<93%的處方劑量的體積應(yīng)<3%;PTV 外的任何地方不能出現(xiàn)>110%的處方劑量;肺接受>20Gy的體積數(shù)<30%;脊髓的最大劑量<40Gy;全食管的受量<30Gy,食管接受>50Gy的體積數(shù)<50%;心臟1/3的體積≤60Gy。計(jì)劃經(jīng)本科物理師和兩位主治以上醫(yī)師認(rèn)可。

        1.5 治療計(jì)劃評(píng)價(jià)參數(shù)

        (1)靶區(qū)劑量的比較:①評(píng)估PTV的最大和最小劑量D2%、D98%(D2%和D98%分別為2%和98%的PTV 體積的受照劑量[8]以及D50% 。②比較三種計(jì)劃的靶區(qū)劑量體積參數(shù)VX%(代表X%處方劑量所包繞的靶區(qū)體積)。③適形指數(shù)(CI)和不均勻指數(shù)(HI)。

        適形指數(shù)(conformity index,CI):用以評(píng)價(jià)靶區(qū)與參考等劑量曲面的適形程度(公式1)。VPTV-REF/VPTV ×VPTV-REF/VREF (1) 式中VPTV 為靶體積,VPTV-REF 為參考等劑量線50Gy 所包繞的靶區(qū)體積,VREF 為參考等劑量線50Gy 包繞的所有區(qū)域體積。CI的取值在0~1 之間,等于1 時(shí)表示等劑量線面所包繞的區(qū)域與靶區(qū)完全一致,等于0 時(shí)表示等劑量線所包繞的區(qū)域與靶區(qū)沒有重疊。CI 越接近1,適形度越高。

        不均勻指數(shù)(homogeneity index,HI):用以評(píng)價(jià)PTV 內(nèi)劑量分布均勻性(公式2)。

        HI=D2%-D98%/D50%(2)式中D2% 、D98%分別為2%、8%PTV 所受到的照射劑量,D50%為中位劑量,HI 值越大說(shuō)明超過處方劑量越大,PTV 內(nèi)劑量分布也越不均勻。

        (3)重要器官受照劑量的比較:①觀察全肺平均劑量(mean lung dose,MLD)以及接受大于V5、V10、V20、V30、V40、V50 分別為接受5、10、20、30、40、50Gy 劑量照射的正常肺體積占全肺總體積的百分比。②觀察食管平均劑量(Dmean)、V50、V60、D2%用于評(píng)價(jià)各計(jì)劃的食管受照射情況。③觀察心臟接受大于35Gy的照射體積占全心臟體積的百分比(V35),D1/3 為心臟1/3的體積所接受的照射劑量。④觀察脊髓的平均劑量(Dmean)以及1cc 體積的受照射劑量(D1cc)。

        1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

        所有結(jié)果均以mean±SD表示,對(duì)結(jié)果采用SPSS13.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析,SNK-Q 檢驗(yàn)進(jìn)行組間兩兩比較。P<0.05 為差別有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

        2 結(jié)果

        2.1 PTV 各參數(shù)、CI、HI的比較

        三組計(jì)劃均能滿足劑量學(xué)要求,IMRT 計(jì)劃與3-DCRT 計(jì)劃比較,前者的PTV 最大劑量、平均劑量均較后者提高[表1];IMRT 計(jì)劃靶區(qū)的CI 平均值高于3-DCRT 計(jì)劃,而靶區(qū)HI 平均值正相反[表1]。

        表1 三種放療計(jì)劃PTV 劑量比較(mean±SD)

        2.2 全肺、食管、脊髓、心臟各參數(shù)的比較

        三種治療計(jì)劃對(duì)全肺的照射情況,IMRT 計(jì)劃對(duì)正常肺組織的照射劑量和照射體積均較3-DCRT 小,而7 野IMRT 計(jì) 劃 比9 野IMRT 計(jì) 劃V5、V10 值小[表2];食管受照射情況比較顯示,IMRT 計(jì)劃較3-DCRT 計(jì)劃對(duì)食管的照射劑量低,照射體積小[表3];脊髓受照射情況比較顯示,IMRT 計(jì)劃較3-DCRT 計(jì)劃對(duì)脊髓的照射劑量低,照射體積小[表4];心臟受照射情況比較顯示,9 野IMRT 計(jì)劃較3-DCRT和7 野IMRT 計(jì)劃對(duì)心臟的照射劑量高,照射體積大[表5];各項(xiàng)計(jì)劃均能滿足SBRT 在中央型肺癌中應(yīng)用的劑量學(xué)要求,7 野IMRT 計(jì)劃較其他兩項(xiàng)計(jì)劃在劑量學(xué)方面更有優(yōu)勢(shì),對(duì)周圍組織的保護(hù)更好。

        表2 三種治療計(jì)劃全肺劑量比較(mean±SD)

        表3 三種治療計(jì)劃食管劑量比較(mean±SD)

        表4 三種治療計(jì)劃脊髓劑量比較(mean±SD)

        表5 三種治療計(jì)劃心臟劑量比較(mean±SD)

        3 討論

        SBRT 是以采用現(xiàn)代影像學(xué)技術(shù)正確發(fā)現(xiàn)靶區(qū),通過立體定位及驗(yàn)證技術(shù)精確瞄準(zhǔn)靶區(qū),通過計(jì)算機(jī)控制驅(qū)動(dòng)特殊射線裝置高劑量摧毀靶區(qū),將放療副作用及放射損傷降到最低為技術(shù)特征的現(xiàn)代放療過程。采用高分次劑量治療模式是SBRT的最大特征。在本研究中,三組計(jì)劃均能滿足超過95%的PTV 滿足處方劑量要求。9 野IMRT、3-DCRT和7 野IMRT 計(jì) 劃的 靶 區(qū)Dmax、Dmin、Dmean 均能滿足劑量學(xué)要求。而周圍危及器官的受照射劑量和體積均小于研究所設(shè)定的閾值,9 野IMRT、3-DCRT和7 野IMRT 計(jì)劃的肺V20 值、脊髓D2%、食管V50 值、心臟D1/3 值均小于實(shí)驗(yàn)所設(shè)定的肺V20<30%、脊髓D2%<40Gy、食管V50<50%、心臟D1/3≤60Gy 等劑量學(xué)要求,故從劑量學(xué)角度來(lái)分析SBRT 可以應(yīng)用于中央型肺癌。

        SBRT 采用高分次劑量模式主要從以下幾方面提高療效:首先,SBRT 可以提高放療的BED(生物等效劑量)值,達(dá)到根治的目的,取得與手術(shù)治療相當(dāng)?shù)寞熜?;其次,SBRT 可以縮短治療時(shí)間,有對(duì)抗常規(guī)分割放療腫瘤細(xì)胞加速增殖的生物學(xué)優(yōu)勢(shì);再次,SBRT 或許存在一種新的克服乏氧細(xì)胞放射耐受機(jī)制[1];最后,大分割放療在促進(jìn)腫瘤免疫應(yīng)答方面也發(fā)揮著作用[2]。研究證實(shí),常規(guī)分割放療采用與SBRT 放療相同的設(shè)備和技術(shù)時(shí),前者也不能取得與后者一致的滿意療效[3]。SBRT 放療(SBRT 放療是每次放療的劑量大于常規(guī)分割的劑量,間隔2天以上照射1 次)分割方式可以提高腫瘤的LC和完全緩解率(CR),其值分別達(dá)85%-100%[4-5]和62.5%[3]。產(chǎn)生這一差距的原因是,在放療總劑量相同的情況下,SBRT 所對(duì)應(yīng)的BED 值更高[4]。有三方面依據(jù)可以解釋這一現(xiàn)象:第一種支持這一結(jié)論的理論依據(jù)是腫瘤倍增時(shí)間理論,SBRT 放療可以縮短治療時(shí)間,有對(duì)抗常規(guī)分割放療腫瘤細(xì)胞加速增殖的生物學(xué)優(yōu)勢(shì)。第二種理論依據(jù)是線性二次模型的估計(jì)誤差理論,Brown[1]認(rèn)為SBRT 放療時(shí)或許存在一種新的克服乏氧細(xì)胞放射耐受機(jī)制。第三種理論依據(jù)是免疫應(yīng)答增強(qiáng)機(jī)制理論,Michael[2]認(rèn)為SBRT 放療在促進(jìn)腫瘤免疫應(yīng)答方面也發(fā)揮著作用。但是,在放療毒副反應(yīng)相關(guān)研究中顯示:中央型和周圍型肺癌放療后3年內(nèi)2 或3 級(jí)放射性肺炎的累積發(fā)病率分別為25%和13%[6],因此,SBRT 應(yīng)用與中央型肺癌時(shí)技術(shù)的選擇應(yīng)該更加慎重。

        在本研究中,各組計(jì)劃均能滿足處方要求,處方劑量至少覆蓋95%的PTV;PTV 接受>110%的處方劑量的體積<20%;PTV 接受<93%的處方劑量的體積<3%;PTV 外的任何地方均沒有出現(xiàn)>110%的處方劑量。IMRT組高劑量曲線包繞PTV 較3-DCRT 更為緊密,邊緣形成的劑量梯度更陡。這中現(xiàn)象量化的表達(dá)就是HI和CI 值,以往的研究均采用ICRU 第62 號(hào)報(bào)告來(lái)確定靶區(qū)的適形指數(shù)(CI)和均勻性指數(shù)(HI),但在ICRU 第83 號(hào)[7]報(bào)告指出,在精確放射治療如:3-DCRT、IMRT 等放療技術(shù)中,不再報(bào)告PTV的最大劑量和最小劑量,而用接近二者的D2%和D98%來(lái)代替。故HI 計(jì)算為HI=D2%-D98%/D50%,我們的研究中9 野IMRT,3-DCRT,7 野IMRT 計(jì)劃的適形指數(shù)(CI)分別為0.77±0.025,0.64±0.023,0.76±0.029,IMRT 各組的靶區(qū)適形度較3-DCRT 計(jì)劃高,說(shuō)明IMRT 計(jì)劃在三維方向上高劑量分布的形狀與靶區(qū)的吻合度優(yōu)于3-DCRT 計(jì)劃,在這種高度適形的基礎(chǔ)上,IMRT技術(shù)下增加靶區(qū)的劑量更為安全有效,有利于腫瘤的局部控制。9 野IMRT,3-DCRT,7 野IMRT 計(jì)劃的HI 值分別為1.35±0.14,1.04±0.08,1.33±0.14,IMRT 較3-DCRT 技術(shù)靶區(qū)劑量的均勻性下降,即在IMRT 計(jì)劃中靶區(qū)內(nèi)的劑量線分布更為緊密,而接近靶區(qū)邊緣時(shí),劑量梯度突然增加,劑量線的分布突然減少,IMRT 計(jì)劃中靶區(qū)的劑量曲線均較3-DCRT 包繞靶區(qū)更加緊密,接近靶區(qū)周圍時(shí)梯度更大,在靶區(qū)部分劑量分布更集中,劑量率也越高,故正常肺組織的受照劑量和體積也更少。

        雖然我們的研究在劑量學(xué)上證實(shí)了SBRT 可以應(yīng)用于中央型肺癌,但是,我們的研究目前僅限于劑量學(xué)方面的研究,SBRT 技術(shù)的開展對(duì)設(shè)備、技術(shù)、人員的要求很高,在臨床上廣泛開展的條件還不是很成熟,需要開展大規(guī)模的臨床觀察研究來(lái)證實(shí)其臨床上的實(shí)用性和安全性,相信隨著設(shè)備、技術(shù)的進(jìn)步,人才的培養(yǎng),SBRT 在NSCLC中的應(yīng)用會(huì)取得突破。

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