張洪波，閆 冰，薛旭東，汪 琳 ，張 朋，沈 琦，錢立庭

中國每年新發(fā)食管癌數(shù)約占全球的42.5%，死亡數(shù)占全球的36.9%。食管癌在全球和中國的發(fā)病率排名分別為第7位和第6位，死亡率排名分別為第6位和第4位，2015年我國食管癌發(fā)病率和死亡率較2014年呈現(xiàn)下降趨勢[1-3]。我國是食管癌高發(fā)區(qū)且患者的5年生存率低于20%，放射治療是局部晚期食管癌的主要手段之一[4-5]。常規(guī)固定野調強放射治療(intensity modulated radiotherapy,IMRT)是當前使用最廣泛的技術，容積旋轉調強(volumetric modulated arc therapy,VMAT)技術雖能顯著減少治療時間，但會增加危及器官低劑量區(qū)的照射體積[6]。螺旋斷層放射治療(tomotherapy,TOMO)是目前世界尖端的腫瘤放射治療設備，360度螺旋照射技術比IMRT技術具有更好的靶區(qū)覆蓋適形度及劑量均勻性[7]。該研究比較并探討中段食管癌TOMO、分段弧VMAT和IMRT放療計劃的劑量學差異和臨床應用價值。

1 材料與方法

1.1 病例資料隨機選取2016年1月～2017年6月間中國科學技術大學附屬第一醫(yī)院收治的24例行放射治療的中段食管癌患者(按照AJCC癌癥分期第六版，cT1-4N0-1M0)進行回顧性分析，其中15例男性，9例女性，年齡53～97(73.33±10.84)歲，腫瘤靶體積(gross tumor volume,GTV)長度均值為7(4.13～7.23 )cm，GTV體積均值為25(12.08～49.80)cm3，計劃靶體積(plan target volume,PTV)體積均值為236.75(178.55～296.48)cm3。納入標準：① 全部患者均有細胞學或組織學證實的食管中段鱗癌，按照AJCC第六版分期定義的胸中段；② 按照美國東部腫瘤協(xié)作組(Eastern Cooperative Oncology Group, ECOG)體力狀態(tài)評分為0～1分，可進半流質；③ 既往無胸部放療史；④ 無其它部位食管病變、多中心病變。

1.2 方法

1.2.1CT模擬定位 患者均使用真空負壓墊固定，仰臥位雙臂上舉抱頭，自由平靜呼吸，美國GE公司CT模擬定位機行動脈增強螺旋掃描，層厚2.5 mm，掃描范圍從頸部至腹部，獲得的CT圖像傳輸至Pinnacle v9.10放療計劃系統(tǒng)。

1.2.2靶區(qū)和危及器官定義及勾畫 在縱隔窗寬250～350 HU、窗位30～50 HU由主管醫(yī)生按照ICRU82號文件執(zhí)行靶區(qū)勾畫及命名(international commission on radiation unit and measurements，ICRU)。在Pinnacle計劃系統(tǒng)上勾畫GTV、臨床靶區(qū)(clinic target volume，CTV)、PTV以及肺、脊髓和心臟等危及器官。GTV的確定通過食道造影、胸部增強CT、食道超聲內鏡、頸部B超、PET-CT等影像、功能學檢查發(fā)現(xiàn)的原發(fā)病灶及轉移淋巴結。CTV是由GTV前后左右均有外擴6～8 mm，上下外擴3 cm，對于解剖屏障予以適當調整。CTV包括淋巴結高轉移率的縱隔引流區(qū)，高齡患者不包淋巴引流區(qū)。PTV是由CTV基礎上三維均勻外放0.5 cm。

1.2.3處方劑量及危及器官限量 4種計劃均需滿足95%的PTV體積接受100%的處方劑量60 Gy，分割模式為2 Gy/次，共30次。危及器官限量：①雙肺接受20 Gy劑量照射的肺體積占全肺總體積的百分比(V20)<25%，V5<60%；②心臟：接受40 Gy劑量照射的心臟體積占總體積的百分比(V40)<30%，V30<40%；③ 脊髓：脊髓最大量(max dose,Dmax)<45 Gy。

1.2.4治療計劃設計 IMRT和VMAT計劃均在Pinnacle 放療計劃系統(tǒng)上完成，治療時使用醫(yī)科達Synergy加速器6MV-X射線，MLCi2的加速器機頭；TOMO計劃是由Pinnacle計劃系統(tǒng)將CT圖像和勾畫好的感興趣區(qū)傳輸至TomoHDTM Version 2.1.0治療計劃系統(tǒng)上完成。① 固定野IMRT采用step and shoot出束方式，射野角度分別為150°、120°、40°、0°、320°和210°六個方向，最大子野數(shù)目60，最小子野面積5 cm2，最小子野跳數(shù)5 MU(monitor unit)；② VMAT采用6個分段弧的投照方式，具體是：先逆時針旋轉照射的3段分立弧為179°～120°、50°～310°和230°～181°，然后再順時針重復這3段弧進行照射。逆時針準直器角度10°，順時針準直器角度350°，控制點間隔為4°；③ TOMO采用部分遮擋方式，使射線盡量沿縱隔方向照射。鉛門寬度(field width)2.5 cm，調制因子(MF)2.2，螺距(pitch)0.287。

1.2.5劑量學參數(shù)評估 確保95%的PTV滿足處方劑量的前提下，評價不同計劃的靶區(qū)適形度指數(shù)(conformity index,CI)、均勻性指數(shù)(homogeneity index，HI)，雙肺V30、V20、V10、V5和平均劑量(dose mean，Dmean)，心臟V40、V30、Dmean，脊髓Dmax，以及3種計劃的出束時間(time,T)、機器治療跳數(shù)MU。CI的計算公式為：

其中，VT,ref處方劑量所覆蓋的PTV體積；VT為PTV的體積；Vref為處方等劑量線所覆蓋的總體積。CI越接近1表明靶區(qū)適形度越好。

HI的計算公式為：

其中，D2%和D98%分別是2%和98% PTV體積的受照劑量，可認為是近似“最大”和“最小”劑量；D50%是中位劑量。HI值越接近0，表明靶區(qū)均勻性越好。

2 結果

2.1 靶區(qū)劑量參數(shù)比較24例患者TOMO、VMAT和IMRT 3種計劃的計劃結果和劑量分布均能達到臨床處方劑量要求。圖1、2分別是其中一例患者的不同計劃的劑量體積直方圖以及相應的劑量分布圖。由表1可知，TOMO計劃相比于VMAT和IMRT劑量HI方面差異有統(tǒng)計學意義(P=0.04、0.01)，IMRT和VMAT間HI差異無統(tǒng)計學意義(P=0.22)。靶區(qū)CI 3種不同計劃之間差異無統(tǒng)計學意義。HT計劃的近似“最大”劑量 D2%低于其他3種計劃且差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。

圖1 3種不同調強放療計劃劑量體積直方圖

2.2 肺組織劑量學參數(shù)比較3種計劃的雙肺劑量-體積關系均能滿足臨床要求，3種不同計劃雙肺的V30、V20、V10、V5和Dmean值差異有統(tǒng)計學意義，利用LSD多重比較分析顯示，TOMO相比于IMRT在V30、V20、V10、V5和Dmean值差異有統(tǒng)計學意義，TOMO相比于VMAT在V30、V20差異有統(tǒng)計學意義。

表1 3種放療計劃靶區(qū)劑量參數(shù)比較

表2 3種放療計劃肺組織劑量學參數(shù)比較

圖2 3種不同調強計劃的劑量分布比較

2.3 心臟、脊髓組織劑量學參數(shù)比較3種計劃均能滿足臨床危及器官限量要求，3種計劃無論是心臟的V40、V30、Dmean，還是脊髓Dmax值在劑量學上差異無統(tǒng)計學意義。

表3 3種放療計劃心臟脊髓組織劑量學參數(shù)比較

2.4 MU和照射時間比較IMRT治療計劃的平均跳數(shù)為(542.38±134.96)，VMAT治療計劃的平均跳數(shù)為(442.96±69.35)，TOMO治療計劃的平均跳數(shù)為(6 951.63±1 842.15)，3種放療計劃平均跳數(shù)差異有統(tǒng)計學意義(F=286.75,P<0.05)。采用LSD多重比較分析顯示平均跳數(shù)：IMRT治療計劃與 TOMO治療計劃差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；VMAT治療計劃與TOMO治療計劃差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；IMRT治療計劃與VMAT治療計劃差異無統(tǒng)計學意義(P=0.75)。VMAT相比TOMO機器跳數(shù)平均縮短93.7%，IMRT相比TOMO機器跳數(shù)平均縮短93.3%。 VMAT出束時間為(167.96±23.28) s，與TOMO的出束時間(483.19±125.98)s比較，VMAT計劃的執(zhí)行速度較快，僅需TOMO治療時間1/3，差異有統(tǒng)計學意義(t=11.80,P<0.05)。

3 討論

食管癌是中國最常見的惡性腫瘤之一，確診時超過80%的患者需要進行放射治療[5]。研究表明放療劑量≥60 Gy時可以提高患者的5年生存率、無局部復發(fā)生存率和無遠處轉移生存率，且未增加放射性損傷[8]。近年來，隨著三維適形放療(3D-CRT)，特別是IMRT、VMAT、TOMO等新技術的出現(xiàn)，為食管癌實現(xiàn)腫瘤靶區(qū)的局部加量、減少正常組織和危及器官的受照劑量以及降低放療的晚期毒副反應提供了條件。

目前臨床上對中段食管癌放療多采用IMRT技術，考慮到雙側肺的受量，通常采用沿縱隔方向交錯布野，通過多葉準直器(multi-leaf collimator,MLC)調節(jié)射線強度。與3D-CRT相比，IMRT能夠提高食管癌照射靶區(qū)的劑量和均勻性，降低雙肺的平均受量以及脊髓等的最大劑量，臨床中接受IMRT技術放療的患者3年和5年生存率均提高了10%[9]。VMAT作為一種新的調強技術，其能根據(jù)靶區(qū)的形狀，調整機架旋轉速度、劑量率和MLC的運動速度，來獲得理想的三維劑量分布，且具有縮短治療時間和減少機器跳數(shù)等優(yōu)點[9-10]。Ma et al[6]利用VMAT技術研究了上段食管癌，結果表明相比IMRT，VMAT計劃能降低雙肺V20和Dmean以及心臟V30體積，CI和HI也有提高。但兩個全弧VMAT計劃在機架旋轉過程中使更多的正常組織受到了低劑量照射，增加了誘發(fā)二次腫瘤的可能性[11]。本研究中采用6分段弧的VMAT照射方式，減少在人體左右方向的出束，主要沿縱隔方向布野，降低雙肺的受量。

TOMO系統(tǒng)是將6 MV加速器安裝在CT的滑環(huán)機上，窄扇形射線經(jīng)二元氣動多葉準直器調制輸出，其機架做360°旋轉，同時治療床做步進運動。賴霄晶 等[7]認為HT計劃對比IMRT計劃具有更好的靶區(qū)覆蓋適形度及劑量均勻性，同時能減少雙肺、心臟及脊髓的受照劑量。劉志強 等[12]認為TOMO技術比IMRT技術具有更好的靶區(qū)適形度和均勻性，雙肺的V20、V30和Dmean更低，為食管癌的放療提供了新的治療手段。

本研究結果表明3種計劃的靶區(qū)劑量分布和危及器官限量都能滿足臨床治療要求。TOMO計劃在劑量均勻性方面差異有統(tǒng)計學意義，在靶區(qū)適形性方面優(yōu)勢差異無統(tǒng)計學意義。這一結論同Lin et al[13]研究一致。同時分段弧VMAT與6野IMRT計劃差異無統(tǒng)計學意義。本結果不同于Ma et al[6]的研究，分析原因是后者使用的2個全弧VMAT，具有更多的射束投照角度，從而形成更多的調制強度。與Hua et al[14]研究結論不一的原因可能與研究的食管部位不一致。雙肺V20是預測急性放射性肺炎的重要指標，當V20<20%，無放射性肺炎；V20在22%～31%時，8%的患者發(fā)生2級放射性肺炎。因此對食管癌患者切實減少雙肺的受照劑量和體積是預防放射性肺損傷的有效途徑。本研究的TOMO、VMAT和IMRT計劃的平均V20體積均低于22%，因而對患者雙肺有較好的保護作用。TOMO計劃在V30、V20、V10、V5和Dmean均優(yōu)于IMRT計劃，TOMO相比于VMAT在V30、V20差異有統(tǒng)計學意義，VMAT相比于IMRT在V20、V5差異有統(tǒng)計學意義。本研究結論在肺組織保護方面同徐裕金 等[15]結論高度一致。因而對復雜的食管計劃，TOMO計劃擁有更多調制強度，也更容易達保護雙肺的目的。TOMO和VMAT計劃的低劑量V10、V5、Dmean上差異無統(tǒng)計學意義，但均優(yōu)于IMRT計劃，這主要得益于TOMO計劃進行了兩側雙肺遮擋技術，VMAT計劃進行了分段弧的出束，使靶區(qū)最大照射范圍沿縱隔方向有關。

研究[16]表明如果心臟接受超過大于40 Gy的劑量時容易引起心臟疾病，且V40減少與降低心臟毒性正相關。文獻報道[17]心臟V30體積控制在46%以下，放療后18個月發(fā)生心包積液的概率會下降60%。本研究中TOMO計劃的平均心臟V40、V30和Dmean與VMAT、IMRT計劃比較差異無統(tǒng)計學意義。3種計劃的脊髓最大量Dmax也均滿足處方要求，差異無統(tǒng)計學意義。三者在心臟和脊髓保護上均可以滿足臨床需要。在治療時間和效率方面， VMAT計劃時間和機器跳數(shù)均為最少?？傊委煏r間的縮短不僅提高效率，也可減小患者分次內的體位移動、器官運動和體積變化等因素對放療精度的影響。