吳曉玲 李 盼 鄧昭逸

(1成都理工大學，四川成都市 610059;2重慶市第九人民醫(yī)院腫瘤放療中心，重慶市400700)

放射治療發(fā)展至今已經(jīng)一個多世紀了。如今，放射治療仍是治療惡性腫瘤的重要手段，以調(diào)強適形放射治療［1，2］(IMRT)為代表的治療模式乃是當今放射治療技術的主流。近年來，調(diào)強計劃在許多研究中已被證明具有劑量學優(yōu)勢，能夠使劑量分布形狀與靶區(qū)形狀基本一致，提高腫瘤控制率，減少危及器官和正常組織的輻射損傷［3］。與常規(guī)放射治療計劃不同，IMRT采用的是逆向計劃系統(tǒng)，即根據(jù)預先設定好的目標函數(shù)，形成不均勻的照射野強度分布。通過采用step＆shoot與sliding window兩種不同的模式，可設計出靜態(tài)調(diào)強與動態(tài)調(diào)強兩種放療計劃。

靜態(tài)調(diào)強，是將照射野要求的射線強度分布進行分級［4］(可用二維數(shù)組表示)，形成多個子野(segment)進行分步照射。其特征是，每個子野照射完畢后，切斷照射，MLC調(diào)到另外一個子野，再繼續(xù)照射，直到所有子野照射完畢，所有子野貢獻的射線強度相加，形成所要求的強度分布［5］。在靜態(tài)調(diào)強中，每個子野的形狀和權重是由TPS計劃系統(tǒng)根據(jù)所給的目標函數(shù)優(yōu)化得到的，并計算得到最終的劑量分布。在所得到子野中，有些子野尺寸較小，將影響劑量計算的精度值，造成劑量分布不平滑，產(chǎn)生劑量噪聲，影響體內(nèi)的劑量分布與靶區(qū)的適形度。除此之外，由于多次多個子野的照射，會增加照射時間和降低射線利用效率，以上影響因素都會降低劑量與靶區(qū)的適形度。但是，靜態(tài)調(diào)強不受劑量率的影響。動態(tài)調(diào)強，即在射線出束時多葉準直器葉片處于運動狀態(tài)，通過控制多葉準直器每對葉片的相對位置和停留時間而形成相應形狀的縫隙來對靶區(qū)進行掃描，從而調(diào)節(jié)照射野的強度。因此，動態(tài)調(diào)強受直線加速器劑量率穩(wěn)定性的影響較大。另外，在動態(tài)調(diào)強中，對于靶區(qū)中任意一個點，至少會有一組開放的照射野或者一對閉合的葉片在其上方劃過，顯然將帶來更高的多葉光柵透射因子。本文通過對兩種調(diào)強計劃的劑量分布圖、DVH圖參數(shù)和跳數(shù)的分析，以得到臨床應用中合理的選擇調(diào)強計劃。

1 材料與方法

1．1 研究對象及靶區(qū)勾畫 隨機選擇了6例臨床上比較典型的食管癌病例，在TiGRT TPS放射治療計劃系統(tǒng)上設計靜態(tài)調(diào)強與動態(tài)調(diào)強計劃。將CT圖像導入治療計劃系統(tǒng)，由放療醫(yī)生勾畫腫瘤區(qū)GTV、臨床靶區(qū)CTV(在CTV的基礎上外擴0．6 cm的區(qū)域為計劃靶區(qū)PTV)和危及器官OAR。

1．2 治療計劃設計 本研究中均使用北京醫(yī)療器械研究所BJ-6B 6MV醫(yī)用X射線加速器。為了方便比較研究兩種計劃的特點，同一個病例在兩種計劃中設置的OAR約束條件為一致。在DVH圖中，當兩種計劃的90%的靶體積滿足處方劑量要求，即可看成兩種計劃具有比較的意義。兩種計劃都以PTV為參考中心設5個照射野，優(yōu)化方式選擇Intensity-Map Based Optimization。在計劃設計時，為使靶區(qū)劑量符合劑量要求，可微調(diào)靶區(qū)劑量，但兩種計劃的照射野角度、OAR的約束條件及優(yōu)先級應保持不變。由于調(diào)強計劃是逆向計劃，是根據(jù)所設置的約束條件來計算得到優(yōu)化解。當約束條件設置不同時，得到的解也不同。在研究中，我們只是以使兩種計劃具有比較的意義為目的來設置約束條件，并沒有改變危及器官的目標函數(shù)來達到劑量學要求，所以得到的解有可能并非最優(yōu)解。

1．3 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 13．0軟件分析，計量資料比較采用t檢驗，以P＜0．05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2．1 靶區(qū)的優(yōu)化結果 兩種計劃的靶區(qū)劑量分布圖類似，而靶區(qū)DVH圖卻有明顯的差異。見表1。表中分別列出了GTV、CTV、PTV的劑量最大值和最小值。從表中可以看出，靜態(tài)調(diào)強的靶區(qū)劑量分布區(qū)間大于動態(tài)調(diào)強，即靜態(tài)調(diào)強的靶區(qū)劑量標準差大于動態(tài)調(diào)強，動態(tài)調(diào)強的靶區(qū)劑量分布更均勻(P＜0．001)。HI為靶區(qū)劑量均勻性指數(shù):HI=D2/D98，D2和D98分別是2%和98%的靶區(qū)體積所對應的劑量，HI值越大，劑量分布越均勻;CI為適形指數(shù)，CI=(VT，ref/VT)× (VT，ref/Vref)，VT，ref為等劑量線所包繞的靶區(qū)體積，Vref為等劑量線所包繞的體積，VT為靶區(qū)體積，CI值越大，適形度越好［6，7］。單從靶區(qū)的劑量分布來看，動態(tài)調(diào)強優(yōu)于靜態(tài)調(diào)強，但兩種計劃的均勻性指數(shù)和適形指數(shù)差異無統(tǒng)計學意義。

表1 兩種計劃的靶區(qū)劑量學參數(shù) (±s)

表1 兩種計劃的靶區(qū)劑量學參數(shù) (±s)

劑量(Gy) 靜態(tài) 動態(tài) t值 P值36．63 ±2．02 39．33 ±1．63 －2．548 ＜0．001 PTV Dmax 78．34 ±3．67 77．69 ±3．09 0．333 ＜0．001 CTV Dmin 47．28 ±3．84 50．21 ±2．69 －1．531 ＜0．001 CTV Dmax 78．35 ±3．67 77．69 ±3．09 0．336 ＜0．001 GTV Dmin 62．14 ±2．38 63．49 ±2．07 －1．050 ＜0．001 GTV Dmax 78．35 ±3．67 77．69 ±3．09 0．336 ＜0．001 HI 1．70 ±0．100 1．60 ±0．119 1．629 0．999 PTV Dmin CI 0．82 ±0．033 0．85 ±0．018 －1．983 0．999

2．2 危及器官的優(yōu)化結果 兩種調(diào)強計劃中的危及器官劑量差異并不顯著，除了雙肺V5靜態(tài)調(diào)強優(yōu)于動態(tài)調(diào)強(P＜0．01)，其他參數(shù)差異并無統(tǒng)計學意義。對于脊髓Dmax，動態(tài)調(diào)強比靜態(tài)調(diào)強降低了3．2%，但兩種計劃的Dmax都遠小于45 Gy。兩種計劃中，危及器官受照劑量并無明顯差異。見表2。

表2 兩種計劃肺的劑量體積參數(shù)和脊髓的最大值比較 (x?s)

表2 兩種計劃肺的劑量體積參數(shù)和脊髓的最大值比較 (x?s)

器官 靜態(tài) 動態(tài) t值 P值65．27 ±10．09 65．99 ±9．83 －0．126 0．010左肺 V20(%) 26．79 ±4．49 26．98 ±4．39 －0．077 0．198 V30(%) 10．02 ±2．44 9．64 ±2．31 0．276 0．333 V5(%) 63．67 ±11．56 64．19 ±11．87 －0．077 0．000右肺 V20(%) 26．28 ±5．41 26．17 ±5．60 0．035 0．041 V30(%) 9．85 ±2．79 9．12 ±2．51 0．479 0．193脊髓 Dmax(Gy)V5(%)26．35 ±3．19 25．54 ±1．11 0．583 0．000

2．3 計劃跳數(shù)及執(zhí)行時間比較 靜態(tài)調(diào)強計劃的機器跳數(shù)為(538．83 ±67．56)，少于動態(tài)調(diào)強計劃的(580±77．56)，兩 者 比 較，差 異 有 統(tǒng) 計 學 意 義(t= －0．988，P=0．000)。但是在治療過程中，由于靜態(tài)調(diào)強中有多個小子野，每照射完一個小子野都需要使光柵重新走位，需耗費較長時間，所以在治療過程中，動態(tài)調(diào)強執(zhí)行時間較靜態(tài)調(diào)強節(jié)約了約40%。

3 討論

放射治療已廣泛應用于惡性腫瘤的治療，而調(diào)強治療在照射方向上能使照射野的形狀與靶區(qū)的形狀一致，同時也能保證靶區(qū)劑量與表面劑量處處相等，從而提高了腫瘤的控制率。對6例食管癌觀察了靜態(tài)調(diào)強計劃和動態(tài)調(diào)強計劃的特點，通過對靶區(qū)劑量學參數(shù)、危及器官的劑量體積參數(shù)和機器跳數(shù)及執(zhí)行時間的比較，可以得出以下結論:①采用sliding window方式的動態(tài)調(diào)強更具有劑量學優(yōu)勢。在動態(tài)調(diào)強計劃中，靶區(qū)劑量的均勻度HI和適形度CI優(yōu)于靜態(tài)調(diào)強計劃，與DVH圖曲線結果一致，但兩種計劃的HI值和CI值并無統(tǒng)計學差異。由于逆向計劃系統(tǒng)得到的通量是空間連續(xù)變化的，采用step＆shoot方式的靜態(tài)調(diào)強只能對這連續(xù)變化的通量進行梯度近似，失去了精度，即降低了與靶區(qū)的適形度。②通過對兩種計劃產(chǎn)生的DVH圖的比較，危及器官劑量體積參數(shù)曲線并無明顯差異。考慮到光柵透射因子對DVH圖的影響，在此筆者做了一個計算:當關閉整個光柵時，輸入機器跳數(shù)為200 MU時，測得的透射射線約為3%，可算出散射射線劑量約為5 cGY。在6例中，動態(tài)調(diào)強的跳數(shù)最多比靜態(tài)調(diào)強僅多82 MU，散射射線劑量差可忽略，即可知道在實際過程中可認為光柵透射因子對兩種計劃的影響基本可忽略。③通過對患者治療執(zhí)行時間和機器跳數(shù)的比較發(fā)現(xiàn)，動態(tài)調(diào)強較靜態(tài)調(diào)強節(jié)約時間。本研究中，動態(tài)調(diào)強的最大優(yōu)勢表現(xiàn)在計劃執(zhí)行時間上，而一個照射時間短的治療模式無疑能減少因位子變化而產(chǎn)生的誤差。葛寧等［8］在多葉準直器動態(tài)調(diào)強與靜態(tài)調(diào)強方式的比較中，得出靶區(qū)劑量分布動態(tài)調(diào)強優(yōu)于靜態(tài)調(diào)強，靜態(tài)調(diào)強的總機器跳數(shù)比動態(tài)調(diào)強少了9．0% ～23．0%，總治療時間卻是動態(tài)調(diào)強的2倍，與本結論相似。但是在危及器官的保護上，靜態(tài)調(diào)強優(yōu)于動態(tài)調(diào)強，與本結論不同?？紤]到本研究的機器跳數(shù)較少，透過的光柵葉片的小劑量也較少，即可忽略多葉光柵透射因子帶來的影響，所以在靜態(tài)調(diào)強與動態(tài)調(diào)強中對危及器官和正常組織的保護并無明顯差異。

綜上所述，在對中下段食管癌調(diào)強放射治療中，當直線加速器劑量率比較穩(wěn)定時，動態(tài)調(diào)強計劃能更好的保證靶區(qū)劑量均勻度和適形度。當加速器劑量率不穩(wěn)定時，則可優(yōu)先選擇靜態(tài)調(diào)強。但是，本文僅以一種計劃系統(tǒng)為基礎，至于其他計劃系統(tǒng)是否有相似的結論，還有待進一步研究。

［1］ 胡逸民．調(diào)強適形放射治療(一)［J］．中國腫瘤，2000，9(5):228－229．

［2］ Bortfeld T．IMRT:a review and preview［J］．Phy Med Biol，2006，51(13):363 －379．

［3］ Chandra A，Guerrero TM，Liu HH，et al．Feasibility of using intensity-mudulated radiotherapy to improve lung sparing in treatment planning for distal esophageal cancer［J］．Radiother Oncol，2005，77(3):247 －253．

［4］ 章敏娟．調(diào)強射野的實現(xiàn)方式研究［D］．南京:東南大學，2007:14－19．

［5］ 胡逸民．腫瘤放射物理學［M］．北京:原子能出版社，1999:550－559．

［6］ 鄭亞琴，刑曉汾，馬永強，等．快速旋轉調(diào)強與五野動態(tài)調(diào)強在乳腺癌保乳術后放療中的劑量學比較［J］．中華放射醫(yī)學與防護雜志，2013，33(3):282－285．

［7］ Bignardi M，Cozzi L，F(xiàn)ogliata A，et al．Critical appraisal of volumetric modulated arc therapy in stereotactic body radiation therapy for metastases to abdominal lymph nodes［J］．Int J Radiat Oncol Biol Phys，2009，75(5):1570 －1577．

［8］ 葛 寧，陳福慈，徐利明．多葉準直器動態(tài)調(diào)強和靜態(tài)調(diào)強方式的比較［J］．醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2007，28(12):59－61．