王銳濠，張書(shū)旭，田允鴻，沈國(guó)輝，李萬(wàn)禎，廖博玉，王琳婧，李慧君

廣州醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院 a.放療中心；b.放療一科，廣東 廣州 510095

單雙弧設(shè)定對(duì)胸段食管癌容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃的劑量學(xué)比較

王銳濠a，張書(shū)旭a，田允鴻b，沈國(guó)輝a，李萬(wàn)禎a，廖博玉a，王琳婧a，李慧君a

廣州醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院 a.放療中心；b.放療一科，廣東 廣州 510095

目的 探討胸段食管癌容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)（Volumetic Modulation Arc Therapy，VMAT）放療計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)，單雙弧設(shè)定對(duì)計(jì)劃劑量的影響。方法 選取2016～2017年間收治的11例病理確診的局部晚期胸段食管癌，在Monaco 5.11 TPS計(jì)劃系統(tǒng)中分別設(shè)計(jì)制定360°單弧VMAT（VMAT1）和雙弧VMAT（VMAT2）兩種放療計(jì)劃，比較兩組計(jì)劃靶區(qū)的劑量分布以及危及器官（Organs at Risk，OAR）受照劑量，并比較計(jì)劃在加速器上的執(zhí)行效率。結(jié)果 兩種VMAT計(jì)劃的靶區(qū)劑量均能滿(mǎn)足臨床處方要求，但雙弧計(jì)劃VMAT2在靶區(qū)覆蓋率和劑量分布均勻性均優(yōu)于單弧計(jì)劃VMAT1（P＜0.05）。在OAR方面，兩種VMAT計(jì)劃中雙肺的V20的劑量差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），但其他劑量學(xué)指標(biāo)如雙肺的V5、V10和V30，心臟的V30和V40以及脊髓的Dmax并無(wú)明顯差異（P＞0.05）。在執(zhí)行效率方面，單弧VMAT1計(jì)劃?rùn)C(jī)器跳數(shù)比雙弧VMAT2計(jì)劃的顯著減少，治療時(shí)間也明顯縮短（P＜0.05）。結(jié)論 單弧計(jì)劃雖在靶區(qū)覆蓋率和均勻性方面差于雙弧計(jì)劃的，但顯著減少了治療時(shí)間，執(zhí)行效率最高。因此對(duì)于胸段食管癌容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療來(lái)說(shuō)，推薦選擇單弧計(jì)劃即可。

食管癌；容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療；放療弧數(shù)；劑量學(xué)

引言

食管癌是我國(guó)常見(jiàn)的十大惡性腫瘤之一，放射治療是食管癌患者的標(biāo)準(zhǔn)治療手段之一[1]，隨著放療技術(shù)的發(fā)展，容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療（Volumetric Modulation Arc Therapy，VMAT）技術(shù)已逐漸被應(yīng)用于有條件的放療單位。VMAT技術(shù)改進(jìn)了加速器的投照方式，它可同時(shí)利用機(jī)架旋轉(zhuǎn)、多葉光柵（Multi-Leaf Collimator，MLC）運(yùn)動(dòng)速率和動(dòng)態(tài)變化的劑量率投遞劑量，高效率地實(shí)現(xiàn)調(diào)強(qiáng)治療的劑量[2-4]。本研究旨在對(duì)比并評(píng)估胸段食管癌VMAT計(jì)劃單雙弧設(shè)定對(duì)靶區(qū)的劑量均勻性以及周?chē)＜捌鞴伲∣rgans at Risk，OAR）的受照體積和劑量分布的差異，探討適于胸段食管癌的VMAT方式，從而為臨床應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 一般資料

選取本院近期經(jīng)病例確診并行同期放化療的11例局部晚期胸段食管癌病例（T3～4，N2～3，M0）為研究對(duì)象，其中男性6例，女性5例，年齡45～70歲，中位年齡60歲。

1.2 CT定位及靶區(qū)勾畫(huà)

患者仰臥位，雙手臂交叉于額前，熱塑體模固定，CT掃描范圍由下頜骨下緣至肝臟水平，層厚選擇5 mm，均使用靜脈造影劑帶定位裝置行增強(qiáng)掃描。重建CT斷層圖像經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳到Monaco（版本5.11，Elekta公司）放射治療計(jì)劃系統(tǒng)（Treatment Planning System，TPS）。

所有患者均由有經(jīng)驗(yàn)的放療主治醫(yī)師，根據(jù)ICRU第62號(hào)報(bào)告逐層勾畫(huà)腫瘤靶區(qū)GTV、臨床靶區(qū)CTV和危及器官，包括雙側(cè)肺組織、脊髓和心臟等。GTV為食管原發(fā)腫瘤病灶和局部區(qū)域腫大淋巴結(jié)，CTV為GTV基礎(chǔ)上軸向外擴(kuò)0.5 cm，上下方向各外擴(kuò)3.0 cm，包括食管旁淋巴結(jié)、縱膈淋巴結(jié)引流區(qū)等。GTV和CTV在三維方向上分別外擴(kuò)0.5 cm形成PTV1和PTV2。靶區(qū)和OAR組織的體積范圍，見(jiàn)表1。

表1 11例患者靶區(qū)和危及器官的體積（cm3）

1.3 VMAT計(jì)劃設(shè)計(jì)

IMRT計(jì)劃設(shè)計(jì)在Monaco TPS進(jìn)行，每位患者均設(shè)計(jì)360°單弧和雙弧兩種VMAT計(jì)劃，選用Synergy S 加速器6 MV X線(xiàn)照射，搭配Agility 80對(duì)葉片的MLC準(zhǔn)直小機(jī)頭，葉片寬度在等中心平面投影均為0.5 cm。單弧VMAT（VMAT1）計(jì)劃優(yōu)化時(shí)采用360°順時(shí)方向單弧設(shè)計(jì)，機(jī)架從181°順時(shí)旋轉(zhuǎn)至179°。而雙弧VMAT（VMAT2）計(jì)劃則在單弧VMAT基礎(chǔ)上，再加一個(gè)起始角度179°，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)360°至181°的弧。兩組計(jì)劃采用相同劑量約束條件和優(yōu)化參數(shù)，計(jì)劃均采用快速蒙特卡羅算法計(jì)算，劑量計(jì)算網(wǎng)格和方差分別為3 mm和1%，默認(rèn)設(shè)置最大劑量率為600 MU/min。

處方劑量為PTV1 60 Gy/30次、PTV2 50 Gy/30次，靶區(qū)劑量的優(yōu)化目標(biāo)為：95%處方劑量線(xiàn)圍繞的體積＞95%靶區(qū)體積，靶區(qū)內(nèi)最高劑量不超過(guò)110%處方劑量。危及器官限量約束條件如下：雙肺組織V5＜60%、V20＜30%、V30＜20%， 脊 髓 最 大 劑 量 ＜45 Gy， 心 臟 V30＜40%、V40＜30%。優(yōu)化權(quán)重：靶區(qū)（PTV1、PTV2）＞脊髓＞肺＞心臟。VMAT計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)若以上均能滿(mǎn)足劑量學(xué)要求時(shí)則著重考慮降低肺受照劑量。

1.4 計(jì)劃評(píng)估

通過(guò)劑量體積直方圖（Dose Volume Histogram，DVH）獲取靶區(qū)和危及器官受照劑量及體積進(jìn)行對(duì)比分析。靶區(qū)劑量的分析指標(biāo)為PTV的V95%體積（95%處方劑量包含的靶區(qū)體積）、最小和最大劑量（Dmin和Dmax）、適形度指數(shù)（CI）、均勻性指數(shù)（HI）等指標(biāo)。其中CI[5]的計(jì)算公式為：其中Vt為靶區(qū)體積，Vt.ref為參考等劑量等劑量線(xiàn)面包繞的靶區(qū)體積，Vref為參考等劑量線(xiàn)面所包繞的所有區(qū)域的體積，CI值的范圍是0～1，值越大，適形度越好。HI[6]的計(jì)算公式為其中D2%和D98%分別是指2%、98%靶區(qū)體積所受到的照射劑量，DRx是指計(jì)劃給定的處方劑量，HI值越大說(shuō)明超過(guò)處方劑量越大，靶區(qū)內(nèi)劑量分布也越不均勻。危及器官的評(píng)估指標(biāo)為全肺分別受到5、10、20和30 Gy劑量的體積（V5、V10、V20和V30）、脊髓的Dmax和心臟的V30、V40等。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)各評(píng)估指標(biāo)的均數(shù)間行配對(duì)t檢驗(yàn)，P＜0.05認(rèn)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)劑量分布比較

兩種VMAT計(jì)劃的靶區(qū)劑量均能滿(mǎn)足臨床處方要求，但雙弧計(jì)劃VMAT2在靶區(qū)覆蓋率和劑量分布均勻性均優(yōu)于單弧計(jì)劃VMAT1（P＜0.05）。對(duì)于PTV1來(lái)說(shuō)，與VMAT1比較，VMAT2中的V95%、Dmin和HI的差異性有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；而對(duì)于PTV2來(lái)說(shuō)，與VMAT1相比，VMAT2中的V95%和HI的差異性有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。詳見(jiàn)表2。

2.2 危及器官劑量分布比較

從雙肺受量情況來(lái)看，兩種VMAT計(jì)劃中雙肺的V20的劑量差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），但其他劑量學(xué)指標(biāo)V5、V10和V30并無(wú)明顯差異（P＞0.05），在其他危及器官方面，兩種VMAT計(jì)劃中心臟、脊髓的劑量學(xué)評(píng)估指標(biāo)的差異性并無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。但與VMAT1計(jì)劃比較，VMAT2計(jì)劃中心臟V30、V40略有降低，分別平均降低2.61%、3.02%；而脊髓Dmax略有升高，平均升高1.98%左右。詳見(jiàn)表3。

表2 兩種VMAT計(jì)劃靶區(qū)劑量分布比較（ x-±s）

表3 兩種VMAT計(jì)劃危及器官劑量分布比較（ x-±s）

2.3 治療執(zhí)行效率

在機(jī)器總跳數(shù)（MU）方面，單弧VMAT1計(jì)劃平均MU數(shù)為686.67±114.40，雙弧VMAT2計(jì)劃平均MU數(shù)為816.83±70.15。與VMAT1相比，VMAT2的平均MU數(shù)顯著增加了15.94%左右（P＜0.05）；預(yù)估VMAT2的治療執(zhí)行時(shí)間（5.19±0.34）min比VMAT1的（3.22±0.53）min相對(duì)增加了2 min左右（P＜0.05）。

3 討論

調(diào)強(qiáng)放療是放射治療的主流技術(shù)，其目標(biāo)是在最大程度提高腫瘤靶區(qū)照射劑量的同時(shí)最大限度地保護(hù)OAR組織器官[7]。而VMAT是近幾年來(lái)逐漸普及的，實(shí)現(xiàn)調(diào)強(qiáng)放療的新方式，其利用旋轉(zhuǎn)的放射治療弧，在射線(xiàn)出束過(guò)程中，機(jī)架同時(shí)旋轉(zhuǎn)，MLC的子野形狀以及加速器出束射線(xiàn)劑量率也隨著連續(xù)變化，在減少機(jī)器跳數(shù)和治療執(zhí)行效率方面優(yōu)勢(shì)明顯，具有“快、準(zhǔn)、優(yōu)”的特點(diǎn)[8-10]。本研究比較了單雙弧VMAT計(jì)劃在局部晚期胸段食管癌病例中靶區(qū)和OAR的劑量分布差異。

本研究中，在給定處方劑量的前提下，單雙弧VMAT計(jì)劃均能滿(mǎn)足臨床要求，但在靶區(qū)的劑量覆蓋率和均勻性方面，雙弧VMAT2計(jì)劃明顯優(yōu)于單弧計(jì)劃VMAT1（P＜0.05），表明通過(guò)增加弧的數(shù)目可以改善計(jì)劃質(zhì)量，原因可能是雙弧計(jì)劃的劑量調(diào)制空間更自由[10]。此外，在控制腫瘤靶區(qū)（PTV1）的冷、熱點(diǎn)方面，雙弧VMAT2計(jì)劃具有一定的優(yōu)勢(shì)，這一結(jié)果與前期研究的報(bào)道相似[9-10]。對(duì)于雙肺組織來(lái)說(shuō)，前期臨床研究認(rèn)為放射性肺炎與肺受量密切相關(guān)，減少肺的受照體積和劑量能夠更好的降低肺的放射性肺炎等并發(fā)癥[11-12]。本研究中，單雙弧VMAT計(jì)劃中雙肺的受照劑量差異并不明顯，僅V20的體積差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），但在總體趨勢(shì)上，雙弧VMAT2計(jì)劃中雙肺受照體積偏高于單弧VMAT1計(jì)劃，可見(jiàn)雙弧計(jì)劃對(duì)肺受量照射的保護(hù)并沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。在其他OAR方面，兩種VMAT計(jì)劃中心臟、脊髓的劑量學(xué)評(píng)估指標(biāo)的差異也不明顯。

而在治療執(zhí)行效率方面，單弧VMAT1計(jì)劃明顯優(yōu)于雙弧VMAT2計(jì)劃，VMAT1相對(duì)于VMAT2顯著減少了機(jī)器跳數(shù)，縮短了治療時(shí)間，提高加速器的使用與運(yùn)行效率。在短時(shí)間內(nèi)完成治療，減少了患者的不自主運(yùn)動(dòng)，有利于提高放療的準(zhǔn)確度[13]；也為圖像引導(dǎo)節(jié)約出時(shí)間，為減少計(jì)劃靶區(qū)體積提供可能[14-16]。

綜上所述，對(duì)于胸段食管癌容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療，單雙弧VMAT計(jì)劃均能滿(mǎn)足臨床處方劑量要求。雙弧計(jì)劃相對(duì)于單弧計(jì)劃雖能夠?qū)崿F(xiàn)更好的靶區(qū)覆蓋率和均勻性，但顯著增加了治療時(shí)間。因此對(duì)于胸段食管癌來(lái)說(shuō)，推薦選擇單弧計(jì)劃即可。

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Dosimetric Comparison of Single-Arc and Double-Arc VMAT Plan for

Treatment of Thoracic Esophageal Cancer
WANG Ruihaoa, ZHANG Shuxua, TIAN Yunhongb, SHEN Guohuia, LI Wanzhena, Liao Boyua, WANG Linjinga, LI Huijunaa.Center of Radiotherapy; b.First Ward, Department of Radiotherapy, Affiliated Cancer Hospital and Institute of Guangzhou Medical University, Guangzhou Guangdong 510095, China

Objective To explore the dosimetric characteristics of single arc and double arc volumetic modulation arc therapy (VMAT)for thoracic esophageal cancer. Methods Eleven thoracic esophageal cancer patients confirmed by pathology were reviewed and analyzed in the Monaco 5.11 treatment planning system (TPS). In this study, single arc VMAT (VMAT1) and double arc VMAT(VMAT2) plans were generated for each patient. The dose distribution to target and organs at risk (OAR), monitor units (MU)and delivery time were all recorded as dosimetric indices for plan comparison. Results The targets could meet the requirements of clinical prescription in two kinds of VMAT plans. The VMAT2 plan was superior to VMAT1 plan concerning target coverage and dose heterogeneity, and the difference had statistical significance (P＜0.05). Compared with VMAT1 plan, the whole lung dose difference of V20in VMAT2 plan had statistical significance (P＜0.05), while the volume V5, V10,V30of whole lung, V30,V40of heart and the Dmaxto spinal cord had no statistical significance (P＜0.05). In terms of execution efficiency, the number of MUs in VMAT1 plan was significantly reduced and the delivery time was significantly shortened (P＜0.05), comparing with VMAT2 plan. Conclusion Although the single-arc VMAT plan is worse than double-arc VMAT plan in terms of target coverage and dose heterogeneity, the treatment delivery time is significantly reduced and the implementation efficiency is highest. Therefore, it is recommended to choose single-arc VMAT plan for thoracic esophageal cancer.

esophageal cancer; volumetric modulated arc therapy; number of arc radiation; dosimetry.

R735.1

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.12.009

1674-1633(2017)12-0040-04

2017-08-09

國(guó)家自然青年科學(xué)基金項(xiàng)目（81502342）；廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2016A02021517）；廣州市衛(wèi)生局醫(yī)藥衛(wèi)生科技一般引導(dǎo)項(xiàng)目（20161A011083；20161A011084；20161A011085）。

張書(shū)旭，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)槟[瘤放射物理學(xué)與醫(yī)學(xué)圖像處理。

通訊作者郵箱：gthzsx@163.com

本文編輯 袁雋玲