陸佳揚(yáng) 張基永 黃寶添 張武哲

(汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬腫瘤醫(yī)院放療科，廣東 汕頭 515041)

早期鼻咽癌容積弧形調(diào)強(qiáng)放療與固定野調(diào)強(qiáng)放療劑量學(xué)比較

陸佳揚(yáng) 張基永 黃寶添 張武哲

(汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬腫瘤醫(yī)院放療科，廣東 汕頭 515041)

目的比較容積弧形調(diào)強(qiáng)放療(VMAT)與固定野調(diào)強(qiáng)放療(IMRT)技術(shù)在早期鼻咽癌應(yīng)用中的劑量學(xué)差異。方法選取10例早期鼻咽癌患者，分別制定雙弧VMAT與九野IMRT兩組放療計(jì)劃。比較靶區(qū)覆蓋、適形指數(shù)(CI)、均勻指數(shù)(HI)、危及器官保護(hù)、計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)間、機(jī)器跳數(shù)(MU)和投照(delivery)時(shí)間。結(jié)果PTVnx：VMAT的CI及HI與IMRT相似(P>0.05)。PTVnd：VMAT的CI優(yōu)于IMRT(P<0.05)，HI差于IMRT(P<0.05)。PTV60：VMAT的CI優(yōu)于IMRT(P<0.05)，HI與IMRT相似(P>0.05)。VMAT的脊髓、口腔、正常組織區(qū)的劑量低于IMRT(P<0.05)，而腦干計(jì)劃區(qū)、喉、腮腺的劑量高于IMRT(P<0.05)，脊髓計(jì)劃區(qū)、腦干、晶體、視神經(jīng)、視交叉劑量與IMRT相似(P>0.05)。計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)間：VMAT〔(181.6 ± 36.0)min〕較IMRT〔(68.1 ± 7.6)min〕增多171%(P<0.05)。MU：VMAT(609 ± 43)較IMRT(2 071 ± 262)減少70%(P<0.05)。投照時(shí)間：VMAT〔(2.2 ±0.1)min〕較IMRT〔(6.6 ±0.4)min〕減少66%(P<0.05)。結(jié)論早期鼻咽癌VMAT能達(dá)到略優(yōu)于IMRT的靶區(qū)劑量分布，而危及器官保護(hù)方面不具明顯優(yōu)勢(shì)，能大幅度減少M(fèi)U和投照時(shí)間。

鼻咽癌；容積弧形調(diào)強(qiáng)放療

過(guò)去十年中，固定野調(diào)強(qiáng)放射治療(IMRT)已成為非轉(zhuǎn)移性鼻咽癌的主要治療方法。IMRT通過(guò)調(diào)整照射野的射線強(qiáng)度，使得腫瘤靶區(qū)達(dá)到劑量均勻和高度適形的效果，更好地保護(hù)正常組織，已被許多研究證明相對(duì)于二維放療與普通三維適形放療具有劑量學(xué)優(yōu)勢(shì)〔1〕，并有較好的治療效果〔2，3〕。但I(xiàn)MRT存在治療時(shí)間較長(zhǎng)的缺點(diǎn)，會(huì)導(dǎo)致相對(duì)生物效應(yīng)降低〔4〕、治療體位改變繼而影響治療精度等。近年，容積弧形調(diào)強(qiáng)放療(VMAT)技術(shù)已應(yīng)用于臨床，利用可變劑量率、可變機(jī)架轉(zhuǎn)速以及精確快速運(yùn)動(dòng)的多葉準(zhǔn)直器(MLC)，在機(jī)架連續(xù)旋轉(zhuǎn)過(guò)程完成治療〔5～7〕。國(guó)內(nèi)外已有報(bào)道VMAT能達(dá)到與IMRT相似〔1，8～11〕或較優(yōu)〔12，13〕的劑量分布，但仍缺乏專門針對(duì)早期鼻咽癌的研究。本研究通過(guò)對(duì)10例早期鼻咽癌病例設(shè)計(jì)雙弧VMAT與九野IMRT兩組放療計(jì)劃，分析其劑量學(xué)差異及特點(diǎn)，為臨床應(yīng)用及技術(shù)選擇提供參考。

1 資料與方法

1.1臨床資料 選取2013年3～10月在汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬腫瘤醫(yī)院接受放射治療的10例非轉(zhuǎn)移性的早期鼻咽癌放療患者，男8例，女2例。根據(jù)美國(guó)癌癥聯(lián)合委員會(huì)(AJCC)第7版標(biāo)準(zhǔn)，患者的腫瘤分期：T1 2例，T2 8例；N1 2例，N2 8例。

1.2放療定位 患者呈仰臥體位，雙臂放于身體兩側(cè)，頭頸肩網(wǎng)罩固定。使用Philips Brilliance大孔徑CT機(jī)模擬定位，層厚及層間距均為3 mm，掃描范圍自頭頂至胸鎖關(guān)節(jié)下2 cm。圖像傳輸?shù)酵呃锇睧clipse V10.0治療計(jì)劃系統(tǒng)。

1.3靶區(qū)與危及器官勾畫 鼻咽大體腫瘤區(qū)(GTVnx)包括所有鼻咽原發(fā)腫瘤大體病變及咽后腫大淋巴結(jié)。頸部腫大淋巴結(jié)作為單獨(dú)的大體腫瘤區(qū)(GTVnd)。高危臨床靶區(qū)(CTV60)，包括GTVnx、GTVnd及整個(gè)鼻咽癌咽后淋巴結(jié)區(qū)域、顱底、斜坡、翼窩、咽旁間隙、蝶竇、鼻腔的后三分之一、上頜竇、后篩竇和選擇預(yù)防性照射頸淋巴結(jié)區(qū)域。計(jì)劃靶區(qū)(PTV)包括PTVnx，PTVnd、PTV60，分別由GTVnx、GTVnd和CTV60外擴(kuò)5 mm形成。PTV60_only定義為PTV60減去PTVnx和PTVnd外擴(kuò)1 cm體積。PTVnx、PTVnd、PTV60中位體積分別為46 cm3(范圍23～84 cm3)、58 cm3(范圍8～88 cm3)、617 cm3(范圍426～765 cm3)。危及器官包括脊髓，腦干，晶體，視神經(jīng)，視交叉，喉，口腔，腮腺。脊髓計(jì)劃區(qū)、腦干計(jì)劃區(qū)分別由脊髓、腦干外擴(kuò)5 mm、3 mm形成。正常組織區(qū)定義為身體輪廓(body)減去所有PTV。

1.4計(jì)劃設(shè)計(jì) 采用Eclipse V10.0治療計(jì)劃系統(tǒng)，6 MV能量X射線。IMRT機(jī)架角度為200°、240°、280°、320°、0°、40°、80°、120°、160°共面9野，準(zhǔn)直器角度0°。雙弧VMAT：順時(shí)針?lè)较蜃?81°至179°，逆時(shí)針?lè)较蜃?79°至181°，準(zhǔn)直器角度為30°及330°。使用約束條件進(jìn)行逆向優(yōu)化。劑量限制要求見(jiàn)表1。Dmax為最大劑量，Dmean為平均劑量，V100%表示接受至少100%處方劑量的百分體積，Dx%表示x%體積達(dá)到或超過(guò)的劑量。VMAT和IMRT的優(yōu)化算法分別采用PRO(Progressive Resolution Optimizer)V10.0算法和DVO(Dose Volume Optimizer)V10.0算法。最終劑量算法采用AAA(Anisotropic Analytical Algorithm)V10.0，計(jì)算網(wǎng)格2.5 mm。MLC采用滑窗方式運(yùn)動(dòng)。處方：PTVnx 70.4 Gy/32次，PTVnd 66 Gy/32次，PTV60 60 Gy/32次。使用分布式計(jì)算框架(DCF)加快劑量計(jì)算速度。最終計(jì)劃以PTVnx V100%=95%方式歸一。

表1 治療計(jì)劃限制要求

1.5評(píng)價(jià)指標(biāo)靶區(qū)劑量參數(shù) 近似最高劑量D2%；近似最低劑量D98%；中位劑量D50%；適形指數(shù)(CI)〔16〕，CI=(TVRI/TV)×(TVRI/VRI)，TV為靶區(qū)體積，TVRI為處方等劑量線包繞的靶區(qū)體積，VRI為處方等劑量線包繞的所有體積，CI取值范圍0～1，越接近1說(shuō)明靶區(qū)適形性越好；靶區(qū)劑量均勻指數(shù)(HI)，依ICRU 83號(hào)報(bào)告〔17〕：HI=(D2%-D98%)/D50%。HI值越接近0靶區(qū)劑量分布越均勻。危及器官受照劑量參數(shù)：Dmax、Dmean。其他相關(guān)參數(shù)有計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)間；機(jī)器跳數(shù)(MU)；投照時(shí)間，從機(jī)器開(kāi)始出束至所有射野出束完畢。

1.6統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS19.0軟件行配對(duì)樣本雙尾Wilcoxon符號(hào)秩和檢驗(yàn)。

2 結(jié) 果

2.1靶區(qū)劑量參數(shù) 兩種計(jì)劃均能滿足靶區(qū)劑量要求，見(jiàn)表2。(1)PTVnx：VMAT的D2%略低于IMRT，幅度約0.3%；D98%、D50%、CI及HI均與IMRT相似(P>0.05)；(2)PTVnd：VMAT的CI較IMRT高41.5%(P<0.05)，HI較IMRT高34.0%(P<0.05)；D98%、D50%略低于IMRT，幅度分別為1.6%和0.8%，而D2%與IMRT相似；(3)PTV60：VMAT的CI較IMRT高2.6%(P<0.05)，D98%較IMRT低1.2%，而D50%與IMRT相似(P>0.05)；(4)PTV60_only：D2%較IMRT低0.6%(P<0.05)，HI與IMRT相似(P>0.05)。在CT圖像等劑量分布中，VMAT等劑量線有較好的適形性，見(jiàn)圖1。在劑量體積直方(DVH)圖中，VMAT的PTVnd曲線斜率較低，說(shuō)明VMAT PTVnd的均勻性差,見(jiàn)圖2。

圖1 CT圖像上的等劑量曲線分布

2.2危及器官劑量參數(shù) 危及器官劑量均滿足要求，VMAT脊髓Dmax、口腔Dmean、正常組織區(qū)Dmean較IMRT分別低8.0%、4.9%、3.9%(P<0.05)；腦干計(jì)劃區(qū)Dmax、喉Dmean、左側(cè)腮腺Dmean、右側(cè)腮腺Dmean較IMRT分別高2.0%、2.9%、4.7%、3.3%(P<0.05)；脊髓計(jì)劃區(qū)Dmax、腦干Dmax、晶體Dmax、視神經(jīng)Dmax、視交叉Dmax與IMRT無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)，見(jiàn)表3。在DVH圖上，VMAT口腔、正常組織區(qū)的DVH曲線偏左移，表明接受較低劑量，而喉、腮腺DVH曲線偏右移，表明接受較高劑量，見(jiàn)圖2。

2.3其他相關(guān)參數(shù) VMAT計(jì)劃設(shè)計(jì)耗費(fèi)的時(shí)間 〔(181.6±36.0)min〕較IMRT〔(68.1±7.6)min〕多171%(P<0.05)；MU(609±43)明顯少于IMRT(2 071±262)，幅度為70%(P<0.05)；計(jì)劃投照時(shí)間〔(2.2±0.1)min〕明顯比IMRT〔(6.6±0.4)min〕少，幅度為66%(P<0.05)。

表2 靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)(±s,n=10)

表3 危及器官劑量學(xué)參數(shù)Dmax(±s,cGy,n=10)

圖2 DVH圖

3 討 論

相對(duì)于晚期鼻咽癌〔18〕，早期鼻咽癌的放射治療較易提高局部控制率、生存率，保護(hù)重要器官，而放療技術(shù)中IMRT比普通三維放療方式更有優(yōu)勢(shì)〔19～22〕，VMAT其實(shí)是IMRT的一種延伸形式。本研究表明，VMAT技術(shù)在早期鼻咽癌的應(yīng)用上，可以獲得略優(yōu)于IMRT的靶區(qū)劑量分布，能較好保護(hù)脊髓、口腔和正常組織區(qū)，但在腦干計(jì)劃區(qū)、喉、腮腺方面的保護(hù)較IMRT差。VMAT最大優(yōu)勢(shì)在于能大幅度減少M(fèi)U與投照時(shí)間。

在靶區(qū)的劑量適形性方面VMAT有一定的優(yōu)勢(shì)，本研究顯示PTVnd與PTV60的CI顯著優(yōu)于IMRT，PTVnx的CI也有類似趨勢(shì)，更適形的劑量分布有利于更好保護(hù)包繞在靶區(qū)周圍的健康組織。本研究VMAT以約2°為一個(gè)控制點(diǎn)，一條弧358°有178個(gè)控制點(diǎn)，類似于178個(gè)照射野角度，投照方向自由度高，因而易于實(shí)現(xiàn)靶區(qū)劑量適形性。國(guó)內(nèi)外已有學(xué)者報(bào)道鼻咽癌VMAT適形性優(yōu)于IMRT，如劉桂超〔10〕、White〔23〕、Lu〔15〕等，與本研究結(jié)果一致。VMAT能減少口腔的Dmean，原因可能是VMAT中低劑量線適形于靶區(qū)，而口腔離靶區(qū)相對(duì)較遠(yuǎn)，接受低劑量的體積增多，接受高劑量的體積減少，所以口腔Dmean降低。而IMRT布野中通常有一個(gè)0度機(jī)架角度，射線正面穿過(guò)口腔照射靶區(qū)，因此IMRT的口腔平均劑量較高。VMAT口腔Dmean的降低可能有助于降低口腔黏膜炎的發(fā)生〔24〕。脊髓Dmax與正常組織區(qū)Dmean降低的可能原因與上述相同。相反，由于VMAT中高劑量曲線集中在靶區(qū)周邊，而腮腺與喉均貼緊靶區(qū)，因此腮腺與喉的Dmean增加。腮腺劑量的增加可能會(huì)導(dǎo)致腮腺分泌功能障礙，引起口干癥，影響生活質(zhì)量〔25〕，而喉劑量的增加可能會(huì)引起咽喉炎〔21〕。因此，VMAT在危及器官保護(hù)方面有優(yōu)勢(shì)亦有劣勢(shì)，對(duì)離靶區(qū)相對(duì)較遠(yuǎn)的危及器官保護(hù)較好，對(duì)貼緊靶區(qū)的危及器官保護(hù)較差。VMAT能大幅度減少M(fèi)U數(shù)，達(dá)70%?？赡茉蚴荲MAT投照方向自由度高，射線的利用率較高，因而不需要過(guò)多MU。Hall等〔26〕研究顯示，全身低劑量照射與正常組織區(qū)的低劑量照射是誘發(fā)二次原發(fā)癌的因素，而較少的MU可以減少機(jī)頭漏射對(duì)全身的照射。因此，理論上，VMAT能降低二次致癌的風(fēng)險(xiǎn)。在投照時(shí)間方面，VMAT明顯少于IMRT。傳統(tǒng)IMRT存在投照時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)，可能導(dǎo)致腫瘤生物效應(yīng)降低〔6〕，并且有可能導(dǎo)致治療過(guò)程中患者體位發(fā)生變化，降低治療精度，進(jìn)而影響治療效果。因此，VMAT將有助于提高腫瘤生物效應(yīng)，殺傷腫瘤細(xì)胞，減少投照過(guò)程中體位變化等不確定因素對(duì)放療精度的影響，同時(shí)有助于減輕患者不適感，增加其治療依從性，并且能提高直線加速器的治療效率，尤其在目前國(guó)內(nèi)治療資源較為缺乏的情形下更有意義。然而，目前VMAT在治療計(jì)劃設(shè)計(jì)優(yōu)化耗時(shí)更多。分析其原因，主要是VMAT的優(yōu)化算法PRO需要較多的優(yōu)化時(shí)間，且計(jì)算最終劑量時(shí)需要考慮178個(gè)控制點(diǎn)，相當(dāng)于需要計(jì)算178個(gè)照射野，因此耗費(fèi)的時(shí)間比較長(zhǎng)。隨著算法的進(jìn)步，該不足未來(lái)有望被克服。

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〔2016-12-11修回〕

(編輯 李相軍)

國(guó)家自然科學(xué)青年基金項(xiàng)目(No.81602667)；廣東省醫(yī)學(xué)科學(xué)技術(shù)研究基金項(xiàng)目(No.B2016048)；汕頭市科技計(jì)劃項(xiàng)目(No.2015-123)

張武哲(1980-)，男，高級(jí)工程師，主要從事腫瘤放療計(jì)劃劑量學(xué)研究。

陸佳揚(yáng)(1985-)，男，碩士，工程師，主要從事腫瘤放療計(jì)劃劑量學(xué)和放療質(zhì)量控制研究。

R739.63；R730.55

A

1005-9202(2017)16-4002-04；doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2017.16.043