何志杰 王曉敏 趙一電 唐 廣 孫秀珂 陳 龍

(1 河南省安陽市腫瘤醫(yī)院放療四科，安陽市 455000；2 河南省安陽地區(qū)醫(yī)院血液科，安陽市 455000；3 廣西醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放療科，南寧市 530021)

食管癌靜態(tài)調(diào)強(qiáng)與容積調(diào)強(qiáng)放療中肺損傷的劑量學(xué)因素分析▲

何志杰1王曉敏1趙一電1唐 廣2孫秀珂1陳 龍3*

(1 河南省安陽市腫瘤醫(yī)院放療四科，安陽市 455000；2 河南省安陽地區(qū)醫(yī)院血液科，安陽市 455000；3 廣西醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放療科，南寧市 530021)

目的探討食管癌靜態(tài)調(diào)強(qiáng)放療(sIMRT)與容積調(diào)強(qiáng)(VMAT)中肺損傷的劑量學(xué)因素。方法對40例首次治療食管癌病人分別采用sIMRT或VMAT放療，對比兩種放射方法雙肺耐受量及放射性肺損傷劑量學(xué)因素。結(jié)果雙肺V20、V30的劑量較sIMRT降低，與放射性肺損傷有關(guān)的因素有V20、V30、Dmean，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。結(jié)論劑量學(xué)因素可以較好地預(yù)測放射性肺損傷的發(fā)生，其中肺V20、V30的劑量是放射性肺損傷的關(guān)鍵因素。

食管癌；放射性肺損傷；容積調(diào)強(qiáng)；調(diào)強(qiáng)放療

放射治療是食管癌的主要治療手段之一。食管癌調(diào)強(qiáng)放療(intensity modulated radiotherapy，IMRT)技術(shù)在放射物理學(xué)方面具有一定的優(yōu)勢，腫瘤靶區(qū)在三維方向上得到較好的劑量分布控制，提高了腫瘤局控率，同時降低周圍正常組織的受照射劑量，減少了周圍正常組織的放射性損傷[1]。對于胸段食管解剖位置，其與脊髓和心臟鄰近且體表外輪廓曲線變化度較大，一種兼有旋轉(zhuǎn)照射優(yōu)點(diǎn)的靜態(tài)IMRT(static intensity modulate radiotherapy，sIMRT)模式應(yīng)運(yùn)而生[2]。動態(tài)容積調(diào)強(qiáng)又稱容積調(diào)強(qiáng)弧形治療(volumetric modulated arc therapy，VMAT)其在前列腺癌、腦瘤、頭頸部腫瘤的劑量分布不亞于sIMRT，且具有顯著縮短治療時間的優(yōu)勢[3～5]，但在肺組織損傷方面尚未見報道。本研究通過40例食管癌VMAT、sIMRT計劃的設(shè)計，比較肺損傷的劑量學(xué)因素，探討食管癌放射治療理想的治療模式。

1 資料與方法

1.1 一般資料 安陽市腫瘤醫(yī)院2012年7月至2013年1月期間食管癌住院患者40例，其中男23例，女17例，年齡41～88歲，中位年齡65歲。頸段5例，胸上段18例，胸中段16例，胸下段1例。經(jīng)活檢組織病理確診40例均為鱗癌，雙肺均未見結(jié)核及肺病變。TNM分期：T3N0M023例，T3N1M013例，T4N0M02例，T4N1M02例(UICC2009TNM分期)。納入標(biāo)準(zhǔn)：①全部經(jīng)食管鏡活檢取得病理結(jié)果；②全部為鱗癌；③首成治療為單純放療。排除標(biāo)準(zhǔn)：①未取得病理結(jié)果；②病理結(jié)果為腺癌、小細(xì)胞癌或其他類型；③影像學(xué)上排除雙肺未見轉(zhuǎn)移、結(jié)核及其他肺病變。

1.2 方法

1.2.1 定位 首先體位固定，頸段患者采用頭頸肩熱塑面罩，其余均采用體模熱塑面罩。采用GE公司light speed 64排CT胸部模擬定位，增強(qiáng)劑用23%碘海醇。掃描前在面罩上貼上鉛點(diǎn)，從硬腭到腎上腺層厚5 mm連續(xù)掃描，使掃描的基線通過患者體表的標(biāo)記點(diǎn)。掃描完成后，將圖像傳輸至Oncentra計劃系統(tǒng)。我院自2012年3月份起使用Elekta Synergy影像引導(dǎo)治療系統(tǒng)，為kv級CBCT，可將直線加速器與影像設(shè)備相結(jié)合，在放療過程中對六個自由度平面及旋轉(zhuǎn)誤差進(jìn)行校正。

1.2.2 確定和勾畫靶區(qū) 為執(zhí)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，定CT圖像的窗寬300 HU，窗位100 HU。將得到的圖像按照ICRU82號文件進(jìn)行靶區(qū)勾畫，靶區(qū)勾畫由放射科1名副主任醫(yī)師和我科2名主治醫(yī)師以上同時勾畫。依靠臨床和放射學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)來確定原發(fā)腫瘤，同時勾畫臨床靶體積(clinical target volume，CTV)、計劃靶體積(planning target volume，PTV)和危及器官(organs at risk，OAR)。

1.2.3 放療計劃的設(shè)計 VMAT：采用旋轉(zhuǎn)拉弧適形技術(shù)，每2度給1個照射野，具體弧數(shù)、起始角度視具體病灶而定，優(yōu)化選取計劃。sIMRT：采用固定野動態(tài)調(diào)強(qiáng)技術(shù)，視具體病例采用5～7個主照射野和適當(dāng)?shù)淖右斑M(jìn)行設(shè)計，優(yōu)化選取計劃。sIMRT的處方劑量要求與VMAT相同，此外為保證計劃之間的可比性，要求所有IMRT接受處方劑量的PTV與VMAT相等，sIMRT關(guān)鍵器官的受量在保證PTV受量與VMAT相等的情況下盡量低。PTV模擬處方劑量為60 Gy/30 f，劑量歸一在PTV平均劑量，要求處方劑量的100%等劑量曲線包含PTV≥95%，PTV的110%處方劑量的體積(V110)<10%，PTV內(nèi)不存在冷點(diǎn)，食管壁上不存在熱點(diǎn)[1]。脊髓最大劑量≤45 Gy。對應(yīng)sIMRT計劃，設(shè)置全肺、脊髓和正常組織優(yōu)化限制參數(shù)，均采用各向異性分析算法進(jìn)行劑量計算。

1.2.4 放射治療計劃設(shè)計 全程設(shè)計兩組調(diào)強(qiáng)放療計劃：靜態(tài)調(diào)強(qiáng)和容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)。其中DT均為每次200 cGy，靶區(qū)中95%的PTV體積劑量為60Gy/30f，并且對縱膈內(nèi)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移患者，其腫大淋巴結(jié)被包括在臨床靶體積內(nèi)。

1.3 評估指標(biāo) 將食管癌患者兩組計劃完成后的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行比較。將肺V5定義為肺接受超過5 Gy照射的肺體積占全肺體積百分比；將肺V10定義為肺接受超過10 Gy照射的肺體積占全肺體積百分比；將肺V20定義為肺接受超過20 Gy照射的肺體積占全肺體積百分比；將肺V30定義為肺接超過3 0Gy照射的肺體積占全肺體積百分比；將肺V50定義為肺接超過50 Gy照射的肺體積占全肺體積百分比。觀察食管癌患者經(jīng)過調(diào)強(qiáng)放療后正常組織器官和肺(減去所包含的PTV部分)組織的平均劑量(Dmean)、最大劑量(Dmax)、 肺最小劑量(Dmin)和肺V5、V10、V20、V30、V50。患者治療均采用VMAT方法，評估VMAT中的左肺V20、V30，右肺V20、V30發(fā)生放射性肺損傷的主要因素。根據(jù)RECIST療效評價標(biāo)準(zhǔn)(2000)進(jìn)行靶病灶的評價：完全緩解(CR)，所有靶病灶消失；部分緩解(PR)，靶病灶最長徑之和與基線狀態(tài)比較，至少減少30%；未完全緩解/穩(wěn)定(IR/SD)，存在一個或多個非靶病灶和/或腫瘤標(biāo)志物持續(xù)高于正常值。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS 17.0進(jìn)行分析，計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(x±s)表示，兩種計劃肺劑量學(xué)比較采用配對t檢驗(yàn)，VMAT計劃中放射性肺損傷比較采用成組t檢驗(yàn)，以P<0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 臨床療效 放療結(jié)束后1年門診復(fù)查，根據(jù)食道造影片及胸部CT對比，臨床完全緩解34例，部分緩解4例，無緩解2例，1年總生存率達(dá)95%。

2.2 兩組計劃雙肺耐受量的比較 兩組計劃在雙肺耐受量上比較具有差異，其中V5、V10、V20、V30差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，而V50差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，詳見表1。

表1 VMAT與sIMRT治療計劃危及器官組織的劑量比較 (x±s，%)

2.3 放射性肺損傷的比較 40例患者采用VMAT治療后，是否發(fā)生放射性肺炎重新分組。單獨(dú)比較VMAT計劃在肺耐受量比較具有差異，其中左肺V20、V30、Dmean，右肺V20、V30差異明顯。詳見表2和表3。

表2 劑量學(xué)臨床因素與左肺放射性肺炎相關(guān)分析

表3 劑量學(xué)臨床因素與右肺放射性肺炎相關(guān)分析

3 討 論

隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，調(diào)強(qiáng)放療在食管癌的方面的應(yīng)用日益廣泛，在保證腫瘤靶區(qū)劑量均勻性的前提下如何能處理好提高靶區(qū)的照射劑量和降低脊髓、肺和心臟的照射劑量之間的關(guān)系，是提高治療效果的關(guān)鍵。但是調(diào)強(qiáng)放療會產(chǎn)生一定的肺損傷，放射性肺損傷的臨床癥狀一般在開始放療后4～16周出現(xiàn)，主要為吞咽困難、少痰干咳、胸悶氣短、胸部疼痛，嚴(yán)重者甚至出現(xiàn)窒息、低熱、血細(xì)胞異常，而且抗菌治療沒有效果。為確定是否形成肺損傷，需要進(jìn)行早期放射性肺炎、肺纖維化和胸部X線等相關(guān)檢查。在放療早期，肺部會發(fā)生充血和滲出改變，同時在放射的相應(yīng)部位會出現(xiàn)紋理增多和邊緣較模糊的小片狀影，嚴(yán)重時會相互融合到一起。若放射區(qū)域出現(xiàn)放射性肺炎，會有一部分經(jīng)過治療后被吸收，但是也有一部分患者放射區(qū)的肺紋理密集、粗亂，出現(xiàn)明顯的纖維化，通過牽拉作用使鄰近的組織發(fā)生移位，出現(xiàn)健康區(qū)域代償性肺氣腫。而放射性肺損傷成為了限制食管癌放療的主要因素。

本組40例食管癌病例行容積旋轉(zhuǎn)放射治療后，1年生存率為95%，近期療效高于食道癌三維適形放射治療，遠(yuǎn)期效果尚在觀察中。食管癌常規(guī)分割放射治療的療效多年來無明顯提高，5年生存率約8%～16%[6]，王瀾等[7]報道1、3年生存率分別為39.3%～62%、10.7%～22.5%。放療失敗的主要原為腫瘤局部復(fù)發(fā)和未控，高達(dá)70%～80%。因此，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為提高腫瘤局部照射劑量有可能提高其局部控制率進(jìn)而提高遠(yuǎn)期生存率，但放射性肺、脊髓和心臟損傷是限制胸部腫瘤放療劑量提高的重要因素，腫瘤推量的同時需要考慮正常組織的損傷。肺損傷在食管癌放射性損傷中是重要的損傷之一，當(dāng)全肺受到照射時，發(fā)生放射性肺損傷的閾值很低，約為6～8 Gy(全身照射時)，但部分肺組織受到照射時，放射性肺損傷的閾值一般為20～30 Gy[6]。

調(diào)強(qiáng)放療可顯著增加肺的低劑量照射體積，雙肺與脊髓、心臟解剖位置的特殊性，決定了其在劑量優(yōu)化的矛盾性。降低雙肺的受量必然會提高脊髓、心臟的照射量。本研究在保證脊髓、心臟在正常耐受量下，優(yōu)化肺的劑量。尤其當(dāng)食管病灶較長較大時，往往因?yàn)榉谓M織耐受量的限制而不能保證靶區(qū)的足夠劑量。本研究中，VMAT的肺V5較sIMRT增加了9%，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，V20和V30差異亦有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。有研究顯示，V20不僅與放射性肺炎的發(fā)生率相關(guān)，而且與其嚴(yán)重程度也明顯相關(guān)[8]。本研究中，VMAT較sIMRT降低雙肺V20、V30更加明顯，因此在預(yù)防及降低放射性肺炎的發(fā)生率及嚴(yán)重程度方面有一定的意義。

與靜態(tài)IMRT相比，VMAT是一種全新IMRT技術(shù)[9]，除多葉光柵、劑量率可調(diào)節(jié)外，機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度也具有可調(diào)節(jié)性。機(jī)架旋轉(zhuǎn)過程中射線出束，劑量率、射野形狀、機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度可同時可變可調(diào)。VMAT技術(shù)最大優(yōu)勢是在不降低劑量分布的同時，進(jìn)一步減少治療時間和MU數(shù)，從而提高靶區(qū)生物效應(yīng)和單位時間內(nèi)患者治療數(shù)量[10]，理論上降低2次致癌概率[11]。本研究全程采用VMAT計劃執(zhí)行治療，單獨(dú)比較每個患者在治療計劃中的左肺和右肺的V20、V30、Dmean、Dmax、Dmin。郭小毛等[12]發(fā)現(xiàn)V30的大小明顯預(yù)示了放射性肺損傷發(fā)生的概率：>35%時有46%的患者發(fā)生了放射性肺炎，而V30位于5%～35%之間的患者放射性肺炎的發(fā)生率只有20%。因此，選擇V20、V30及Dmean作為衡量放射性肺損傷的參數(shù)有特殊的意義，其與國外Marks[13]報道一致。本研究顯示，當(dāng)右肺V20加劑量達(dá)(20.14±7.73) cGy、右肺V30的劑量達(dá)(9.93±3.95)cGy和右肺Dmean劑量達(dá)(1131.89±156.75)cGy，發(fā)生了放射性肺炎；左肺V20劑量達(dá)(27.32±5.24)cGy，左肺V30劑量達(dá)(22.08±6.12)cGy發(fā)生了放射性肺炎。當(dāng)全肺受照射體積占全肺體積20%劑量達(dá)(23.67±6.32)cGy時，發(fā)生了放射性肺炎。

總之，對于食管中空型器官，不同的病變長度對計劃適形有一定的要求。VMAT較sIMRT顯著改善靶區(qū)劑量，降低雙肺V20、V30的劑量，尤其是可顯著縮短治療時間，提高治療效率，但其療效還需進(jìn)一步臨床評估。VMAT在食管癌的應(yīng)用具有良好的發(fā)展前景，是食管癌放療的理想模式。

[1] 孫 軍,張 強(qiáng),祝 晨,等.胸中段食管癌調(diào)強(qiáng)放療近期療效觀察[J].腫瘤防治研究,2012,39(3):318-320.

[2] Yu CX.Intensity-modulated arc therapy with dynamic multi-leaf collimation:an alternative to tomotherapy[J].Phys Med Biol,1995,40(9):1435-1449.

[3] Wolff D,Stieler F,Welzel G,et al.Volumetric modulated arc therapy (VMAT) vs.serial tomotherapy,step-and-shoot IMRT and 3D-conformal RT for treatment of prostate cancer[J].Radiother Oncol,2009,93(2):226-233.

[4] Wagner D,Christiansen H,Wolff H,et al.Radiotherapy of malignant gliomas:Comparison of volumetric single arc technique (RapidArc),dynamic intensity-modulated technique and 3D conformal technique[J].Radiother Oncol,2009,93(3):593-596.

[5] Bertelsen A,Hansen CR,Johansen J,et al.Single arc volumetric modulated arc therapy of head and neck cancer[J].Radiother Oncol,2010,95(2):142-148.

[6] Delcambre C,Jacob JH,Pottier D,et al.Localized squamous-cell cancer of the esophagus;retrospective analysis of three treatment schedules[J].Radiother Oncol,2001,59(2):195-201.

[7] 王 瀾,韓 春,張 辛,等.食管癌三維適形放療療效觀察[J].中國腫瘤臨床,2008,35(8):424-427.

[8] Aham MV,Purdy JA,Emami B,et al.Clinical dose-volume histogram analysis for pneumonitis after 3D treatment for non-small cell lung cancer(NSCLC)[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,1999,45(2):323-329.

[9] Otto K.Volumetric modulated arc therapy:IMRT in a single gantry arc[J].Med Phys,2008,35(1):310-317.

[10]Shaffer R,Nichol AM,Vollans E,et al.A comparison of volumetric modulated arc therapy and conventional intensity modulated radiotherapy for frontal and temporal high-grade gliomas[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2010,76(4):1177-1184.

[11]Hall EJ.Intensity-modulated radiation therapy,protons,and the risk of second cancers[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2006,65(1):1-7.

[12]郭小毛,梅 欣,朱國培,等.食管癌常規(guī)放療與三維適形放療比較及4種不同設(shè)野技術(shù)的劑量學(xué)研究[J].癌癥,2005,15(5):462-465.

[13]Marks LB,Spencer DP,Sherouse GW,et al.The role of three dimensional functional lung imaging in radiation treatment planning:the functional dose-volume histogram[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,1995,33(1):65-75.

DosimetryresearchofradioactiveinjurylungsinpatientswithesophagealcancertreatedwithsIMRTandVMAT

HEZhijie1,WANGXiaomin1,ZHAOYidian1,TANGGuang2,SUNXiuke1,CHENLong3

(1TheFourthRadiotherapyDepartment,TumorHospitalofAnyangCity, 2HemotologyDepartment,AnyangRegionHospital,Anyang455000,Henan; 3RadiotherapyDepartment,AffiliatedTumorHospital,GuangxiMedicalUniversity,Nanning530021,GuangxiP.R.China)

ObjectiveTo explore dosimetry factors of radioactive injury lungs in patients with esophageal cancer treated with static intensity modulate radiotherapy (sIMRT) and volumetric modulated arc therapy(VMAT).Methods40 first treated esophageal cancer patients were performed with radiotherapy by the formula of sIMRT and VMAT alternatively. Tolerance dosage of the two lungs and dosimetry factors of the two methods were compared.ResultsV20and V30were much lower in patients receiving VMAT than those receiving sIMRT. Factors related to radioactive lung injury included V20, V30, and Dmean(P<0.05).ConclusionsDosimetry factors can predict well the occurrence injury of lungs. V20, V30,Dmean of lung are important factors for injury of lung.

Esophageal cancer; Radioactive injury of lung; Static intensity modulate radiotherapy; Volumetric modulated arc therapy

廣西自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(編號：2011GXNSFA018225)

何志杰(1981～)，男，在讀碩士，主治醫(yī)師，研究方向：食管癌放療。

R 735.1

A

1673-6575(2014)04-0434-04

10.11864/j.issn.1673.2014.04.14

2014-04-10

2014-06-08)

*通訊作者