李 軍 張西志* 侯笑笑 張先穩(wěn) 桂龍剛 陳永東

目前，治療腫瘤的目標不僅希望努力達到治愈，而是越來越重視在保證治療效果的同時提高患者的生活質量。放射治療是利用輻射對惡性腫瘤進行照射使其生長受到抑制而致死的一種療法，其基本原則是破壞惡性腫瘤和保護正常組織。在各種放射治療設備中，醫(yī)用電子直線加速器成為現(xiàn)代放射治療最主要的裝置[1-4]。

隨著放射治療技術的發(fā)展，目前主流的調強放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)中，多葉準直器(multi-leaf collimator，MLC)起到了舉足輕重的作用[5]。Varian醫(yī)用加速器采用60對葉片，中間部位40對葉片在等中心位置的投影寬度為5 mm，兩邊的寬度為10 mm。本研究應用Varian的Eclipse 13.5治療計劃系統(tǒng)，通過在MLC的中間區(qū)域以及邊緣區(qū)域進行IMRT優(yōu)化設計，分別對靶區(qū)的基本參數(shù)以及危及器官的受量進行比較，從而分析出兩組計劃的差異，為食管癌IMRT提供更加合理的參考。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

隨機選取2017年2月至2018年2月蘇北人民醫(yī)院收治的40例食管癌患者，其中男性26例，女性14例；年齡54～68歲，平均年齡(61±7)歲。病理類型均為鱗癌；計劃靶區(qū)(planning target volume，PTV)長度15～21 cm，雙肺體積為2912.53～3436.38 cm3。

1.2 儀器設備

Varian模擬定位機，真空墊，Lightspeed型16排大孔徑螺旋定位CT(美國GE公司)，Eclipse 13.5三維治療計劃系統(tǒng)(treatment planning system，TPS)和Clinac IX醫(yī)用電子直線加速器(美國Varian公司)。加速器的MLC由60對葉片組成，中間部位40對葉片在等中心位置的投影寬度為5 mm，兩邊寬度為10 mm。

1.3 影像獲取

所有患者均采用仰臥位，雙手保持上舉抱頭姿勢，通過CT對患者進行增強掃描，掃描層厚5 mm，掃描范圍從環(huán)甲膜至膈肌下緣。掃描后的CT圖像通過ARIA網絡系統(tǒng)傳輸至TPS工作站中。

1.4 放射治療計劃設計

利用Eclipse 13.5治療計劃系統(tǒng)進行靶區(qū)勾畫、計劃設計與評估。靶區(qū)包括腫瘤體積(gross tumor volume，GTV)、臨床靶區(qū)(clinical target volume，CTV)以及PTV。其中GTV為影像上可見腫瘤病灶，GTV均勻外擴8 mm，包括整個淋巴結引流區(qū)得到CTV，PTV為CTV沿三維外放5 mm，同時勾畫周圍危及器官，包括肺、脊髓及心臟等。處方劑量CTV為6000 cGy/28 f，PTV為5040 cGy/28 f。

1.5 評估方法

(1)通過劑量-體積直方圖(dose-volume histogram，DVH)分析GTV和PTV的平均劑量Dmean、均勻性指數(shù)(homogeneity index，HI)和適合度指數(shù)(conformity index，CI)[6]。其HI的計算為公式1：

式中D5為5%靶體積受照最低劑量，D95為95%靶體積受照最低劑量，HI值越大(遠離1)表明該計劃的劑量分布均勻性越差。

CI的計算為公式2：

式中VT為靶體積，VTref為參考等劑量線面所包繞的靶區(qū)的體積，Vref為參考等劑量線面所包繞的所有區(qū)域的體積。CI取值在0～1，越靠近1表明靶區(qū)適合度越好。

(2)危及器官(organs at risk，OARs)：脊髓接受照射的最大劑量Dmax；肺的V5(照射劑量為500 cGy時的體積，以此類推)、V10、V15、V20、V30及平均劑量Dmean，心臟V30、V40和平均劑量Dmean。

1.6 統(tǒng)計學方法

所有數(shù)據(jù)用SPSS 15.0進行分析，計量資料結果以均值±標準差(x-±s)表示，兩組計劃的劑量學差異采用配對t檢驗進行統(tǒng)計學分析，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 劑量分布比較

通過相同的條件，在MLC的中間區(qū)域以及邊緣區(qū)域進行IMRT優(yōu)化設計，對同例患者的兩種計劃在同一層靶區(qū)的劑量分布比較，可明顯地顯示出MLC中間區(qū)域的5 mm葉片的劑量適形性優(yōu)于左側代表MLC兩側區(qū)域的10 mm葉片結果(如圖1所示)。

圖1 兩種計劃靶區(qū)劑量分布比較

2.2 兩種計劃DVH比較

在相同患者的兩種計劃的DVH比較中，對于肺和脊髓而言，在低劑量區(qū)，MLC兩側邊緣區(qū)(10 mm)高于MLC中間區(qū)域(5 mm)，而在高劑量區(qū)，MLC兩側邊緣區(qū)(10 mm)要低于MLC中間區(qū)域(5 mm)；對于心臟而言，無論在低劑量區(qū)還是高劑量區(qū)，MLC兩側邊緣區(qū)(10 mm)都要低于MLC中間區(qū)域(5 mm)；對于靶區(qū)而言，無論是PTV還是CTV，MLC兩側邊緣區(qū)(10 mm)劑量都要低于MLC中間區(qū)域(5 mm)(如圖2所示)。

表1 兩組計劃的劑量學參數(shù)對比(x-±s)

圖2 兩種計劃DVH比較

2.3 兩組計劃劑量學比較

在兩組計劃的靶區(qū)和危及器官的劑量學評估參數(shù)對比中，對于CTV和PTV而言，MLC中間區(qū)域的Dmean要高于MLC邊緣區(qū)域，其差異有統(tǒng)計學意義(t=-1.536，t=-5.919；P＜0.05)；MLC中間區(qū)域的HI值要低于MLC邊緣區(qū)域，其差異有統(tǒng)計學意義(t=4.536，t=3.004；P＜0.05)；MLC中間區(qū)域的CI值要高于MLC邊緣區(qū)域，其差異有統(tǒng)計學意義(t=2.075，t=-2.089；P＜0.05)。對于雙肺而言，MLC中間區(qū)域的Dmean、V5、V10、V20及V30略高于MLC邊緣區(qū)域，其差異有統(tǒng)計學意義(t=4.773，t=6.282，t=0.047，t=4.536，t=2.075；P＜0.05)。對于心臟而言，MLC中間區(qū)域的Dmean和V30值要略低于MLC邊緣區(qū)域，其差異有統(tǒng)計學意義(t=-3.531，t=-3.551；P＜0.05)。對于脊髓而言，MLC中間區(qū)域的Dmax值要高于MLC邊緣區(qū)域，其差異有統(tǒng)計學意義(t=-5.980，P＜0.05)，見表1。

3 討論

在目前主流的IMRT中，MLC起到了舉足輕重的作用，通過對MLC的調節(jié)控制，達到對射線強度以及形狀的調節(jié)，從而實現(xiàn)與腫瘤靶區(qū)相一致的劑量曲線，與此同時能夠盡可能的降低靶區(qū)周圍重要OARs的照射劑量。本研究MLC不同寬度的葉片對放射治療計劃的影響，通過改變計劃的中心，在MLC的中間區(qū)域以及邊緣區(qū)域進行IMRT優(yōu)化設計，其結果顯示，雖然兩組計劃優(yōu)化條件完全相同，但是由于MLC葉片寬度不同，在MLC的中間區(qū)域以及邊緣區(qū)域的優(yōu)化HI和CI之間有統(tǒng)計學差異。選擇在MLC的中間區(qū)域進行優(yōu)化，靶區(qū)的HI更好，且CI更高，然而選擇在邊緣區(qū)域進行優(yōu)化，肺部受照劑量普遍低于在MLC中間區(qū)域優(yōu)化的結果，心臟的平均劑量也低于中間區(qū)域優(yōu)化的結果，脊髓的最大值無明顯統(tǒng)計學差異。由此可見，在MLC中間區(qū)域優(yōu)化，靶區(qū)均勻性以及適形性更優(yōu)，在邊緣區(qū)域進行優(yōu)化，肺部以及心臟劑量會偏低。造成這種差異的原因主要是由于MLC葉片的寬度不同引起，正常情況下，葉片寬度越薄，形成的靶區(qū)形狀越好，從而計劃的適形性也就越高，然而葉片寬度越厚，葉片形成靶區(qū)形狀所需要的數(shù)量越少，葉片間的漏射線越少，因此肺部受照劑量會比寬度較薄的葉片有所降低。

范廷勇等[7]探討不同MLC葉片寬度對IMRT治療計劃的影響，結果發(fā)現(xiàn)5 mm的MLC與10 mm的MLC比較，前者適形度好，靶區(qū)劑量更均勻，更適合于形狀不規(guī)則且鄰近危險器官的病灶IMRT。張富利等[8]在2013年通過對Elekta Precise、Varian 2100及Siemens Artiste的3種加速器進行宮頸癌術后IMRT計劃的分析，比較3種計劃在靶區(qū)劑量均勻性、適形度以及OARs受照體積和劑量分布方面的差異，結果表明，無論配置何種類型MLC的加速器均有其各自的優(yōu)缺點，故在臨床應用或設備購置評估中應充分考慮諸如腫瘤部位、體積、設備停機時間、維修保養(yǎng)、操作方便程度等多方面相關因素做出合理選擇。楊超鳳等[9]比較兩種不同MLC葉片寬度對鼻咽癌IMRT計劃劑量學的影響，結果顯示兩組計劃的靶區(qū)CI和靶區(qū)劑量HI之間差別有統(tǒng)計學意義，比較5 mm和10 mm的MLC，前者更適合用于鼻咽癌患者的IMRT。2017年，葉柳清等[10]較兩種不同寬度的MLC對肺癌IMRT的劑量學影響，結果表明，選擇配置5 mm葉片寬度的Siemens Artiste加速器在完成肺癌IMRT計劃中能更好地提高靶區(qū)適形度。

4 結語

選擇在MLC的中間區(qū)域進行優(yōu)化，靶區(qū)的均勻性和適形度更優(yōu)，心臟受照劑量更低，而在邊緣區(qū)域進行優(yōu)化，肺部以及脊髓劑量會更低。因此，物理師在進行食管癌IMRT計劃設計時，當OARs都能達到劑量限值的基礎上，應該盡量選擇MLC的中間區(qū)域進行優(yōu)化，這樣能夠獲得更加良好的靶區(qū)適形性，在無法滿足肺部受照劑量最低限制的情況下，需要結合患者實際情況以及加速器的MLC葉片不同寬度來進行適當?shù)恼{整，從而得到最適合患者的IMRT[11-12]。