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        不可手術(shù)食管癌患者序貫加量IMRT 與同步推量IMRT 的劑量學(xué)比較分析

        2023-11-18 16:16:26李玉鋒孟令新厲兵城王海燕汪運(yùn)鵬宋海濤
        關(guān)鍵詞:劑量學(xué)靶區(qū)食管癌

        李玉鋒,沈 蓮,孟令新,厲兵城,王海燕,汪運(yùn)鵬,蘇 娜,宋海濤

        食管癌在中國(guó)惡性腫瘤的發(fā)病率、死亡率排行榜中分別占第6 位、第4 位[1]。食管癌患者往往因臨床癥狀出現(xiàn)較晚,發(fā)現(xiàn)時(shí)已為晚期,失去手術(shù)機(jī)會(huì);另有些食管癌患者因合并嚴(yán)重內(nèi)科疾病或其他因素不能或不宜手術(shù)。為了提高這類患者的療效,放射治療(簡(jiǎn)稱放療)成為食管癌患者主流治療方法之一。

        調(diào)強(qiáng)適形放療(intensity modulated radiation therapy,IMRT)相比適形放療和普通放療,能準(zhǔn)確高靶區(qū)劑量、減低危及器官(organ at risk,OAR)受照劑量,有不可比擬的優(yōu)勢(shì)[2,3]。 調(diào)強(qiáng)放療有很多實(shí)現(xiàn)方式[4],序貫加量調(diào)強(qiáng)放療(sequential boost intensity-modulated radiotherapy,SB-IMRT) 技術(shù)和同步推量調(diào)強(qiáng)放療(simultaneous integrated boost intensity-modulated radiotherapy,SIB-IMRT)技術(shù)是目前常用的兩種。 SBIMRT 采用常規(guī)放療劑量方案(1.8 ~2.0 Gy/f),是最基本、最常用的放療方式,常常需要兩個(gè)不同的計(jì)劃來(lái)完成食管癌的放療處方要求。而SIB-IMRT 是一種新的劑量分割模式,即同一個(gè)治療計(jì)劃達(dá)到腫瘤計(jì)劃靶區(qū)(planning gross target volume,PGTV)根治量,臨床計(jì)劃靶區(qū)(planning clinical tumor volume,PCTV)預(yù)防照射劑量,無(wú)需后期局部或縮野追加劑量。SIB-IMRT技術(shù)在治療食管癌的應(yīng)用中開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)新的治療模式, 筆者比較SB-IMRT 計(jì)劃與SIB-IMRT 計(jì)劃在不可手術(shù)的食管癌治療中在靶區(qū)參數(shù)區(qū)別,以及它們對(duì)正常器官的影響程度。

        1 資料與方法

        1.1 臨床資料

        選擇日照市人民醫(yī)院2018 年10 月至2022 年5月擬做放療的不可手術(shù)的食管癌患者30 例, 其中男性25 例,女性5 例;年齡60 ~88 歲,中位年齡68.2歲; 病變長(zhǎng)度4.0 ~17.6 cm, 平均病變長(zhǎng)度6.37 cm(標(biāo)準(zhǔn)差2.76 cm); 參考第7 版美國(guó)癌癥聯(lián)合委員會(huì)(American Joint Committee on Cancer,AJCC)分期[5],臨床分期為cTxN1-2M0-1 期。 全部患者均了解治療方案并簽訂知情同意書。

        選擇標(biāo)準(zhǔn):①有明確的組織病理學(xué)或細(xì)胞病理學(xué)診斷結(jié)果證實(shí)為食管鱗癌患者; ②經(jīng)外科評(píng)估不適合/拒絕手術(shù)的食管癌患者、 患者或家屬拒絕手術(shù)的患者;③Karnofsky(KPS)評(píng)分不小于70 分。

        排除標(biāo)準(zhǔn):①存在放療禁忌證;②影像學(xué)證實(shí)腫瘤侵犯氣管支氣管或氣管食管瘺;③預(yù)期生存期小于3 個(gè)月;④患有精神疾病者。

        1.2 方法

        1.2.1 體位固定及掃描

        患者采用荷蘭飛利浦大孔徑CT 模擬定位機(jī)掃描定位,取仰臥位,雙手置于頭頂,體部熱塑膜塑形并固定;在X、Y、Z軸方向上做出皮膚體表標(biāo)記,掃描范圍聽(tīng)眥線水平下界至腰椎4 下緣。薄層掃描圖像傳至Varian Eclipse15.5 治療計(jì)劃系統(tǒng)。

        1.2.2 靶區(qū)及危及器官的勾畫

        按照2021 年版中國(guó)食管癌放療指南[6]推薦的累及野照射,大體腫瘤靶區(qū)(gross target volume,GTV):醫(yī)學(xué)影像檢查資料,如增強(qiáng)CT 和MRI、正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)體層顯像 (positron emission tomography,PET)和內(nèi)鏡、腔鏡等可見(jiàn)的食管異常占位和>10 mm 的可疑轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)。 臨床靶區(qū) (clinical tumor volume,CTV)、計(jì)劃靶區(qū)(planning tumor volume,PTV):包括將GTV 和可疑/高度危險(xiǎn)轉(zhuǎn)移的區(qū)域包在CTV 里,GTV 外擴(kuò)3 mm 形成為PGTV,CTV 外擴(kuò)5 mm 形成PCTV(根據(jù)筆者所在單位實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)取平均值),外擴(kuò)后按解剖結(jié)構(gòu)修整。 OAR 包括脊髓、心、肺臟等。

        1.2.3 計(jì)劃設(shè)計(jì)

        首先用Eclipse13.5 放療計(jì)劃系統(tǒng)導(dǎo)入患者詳細(xì)的定位斷層影像,分別勾畫出腫瘤靶區(qū)及OAR,固定同一名物理師按要求制定計(jì)劃。 SB-IMRT 第一階段計(jì)劃PCTV 50 Gy,劑量均分25 次完成;完成后修改照射野、 修改放療計(jì)劃局部加照至腫瘤病灶(PGTV)10 Gy,均分5 次完成。再將兩套計(jì)劃疊加處理合成一套計(jì)劃后,根據(jù)處方劑量要求優(yōu)化并記錄靶區(qū)參數(shù)和OAR 限量。 SIB-IMRT 是一種新的劑量分割模式,一個(gè)計(jì)劃中PCTV 50.4 Gy,PGTV 59.92 Gy 劑量同步給予,共28 次完成,即同一個(gè)治療計(jì)劃達(dá)到PGTV 根治量、PCTV 預(yù)防照射劑量, 無(wú)需后期局部或縮野追加劑量。 計(jì)劃審核按照靶區(qū)勾畫、射束設(shè)野、靶區(qū)覆蓋、劑量均勻性、OAR、 處方劑量(contours、beams/field、coverage、heterogeneity、organ at risk、prescription,CBCHOP)法,分層逐步審核靶區(qū)勾畫范圍、射束射野角度方向、靶區(qū)覆蓋率等靶區(qū)參數(shù)、OAR 和處方劑量等限量條件, 要求每個(gè)方面都按標(biāo)準(zhǔn)審核達(dá)到醫(yī)囑要求。

        1.2.4 處方劑量要求

        參照國(guó)際輻射單位與測(cè)量委員會(huì)(International Commission on Radiation Units and Measurements,ICRU)89 號(hào)文件推薦的PTV 劑量的有效參數(shù)評(píng)價(jià)[7,8]:PCTV/PGTV 劑量限制要求≥95%PCTV/PGTV 達(dá)到100%處方劑量,最高劑量<115%,最低劑量>93%;OAR 劑量限制,雙肺V20(劑量≥20 Gy 肺體積占全肺體積的百分比)≤30%, 雙肺V30(劑量≥30 Gy肺體積占全肺體積的百分比)≤20%,雙肺V5(劑量≥5 Gy 肺體積占全肺體積的百分比)<60%, 心臟V30(劑量≥30 Gy 的心臟體積占全心臟體積百分比)≤40%,心臟Dmean ≤28 Gy,脊髓最大劑量Dmax≤45 Gy。

        1.2.5 分析指標(biāo)

        靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)如下。

        據(jù)劑量體積直方圖(dose volume histogram,DVH)統(tǒng)計(jì)劑量分布指標(biāo)包括PGTV 和PCTV 的受照的最大劑量 (maximum dose,Dmax)、 最小劑量(minimum dose,Dmin)和平均劑量(mean dose,Dmean)及PCTV適形指數(shù)(conformity index,CI)、均勻性指數(shù)(homogeneity index,HI)、靶區(qū)覆蓋度(target coverage,TC),其中CI、HI、TC 是評(píng)估IMRT PTV 劑量分布的有效參數(shù)[7,8]。CI=(Vt,ref/Vt)×(Vt,ref/Vref)(其中:Vt,ref為95%處方劑量的等劑量線包繞的PCTV;Vt為靶區(qū)體積;Vref為95 %處方劑量的等劑量線包繞的所有區(qū)域的體積),CI 取值區(qū)間為0 ~1,越接近l 表示適形度越好。HI=D5/D95(其中:D5為包繞5%PTV 的高劑量區(qū)的最低劑量;D95為包繞95%PTV 的高劑量區(qū)的最低劑量),HI 越接近1 代表靶區(qū)劑量分布均勻性越好。TC=接受處方劑量的靶區(qū)體積(Vt100)與總靶區(qū)體積(VPTV)的比值。

        PGTV 和PCTV 的生物效應(yīng)劑量(biological effective dose,BED)是一種用于評(píng)估放療效果的標(biāo)準(zhǔn)。 它是一種將放療劑量與治療計(jì)劃的治療效果聯(lián)系起來(lái)的方法,可以用于評(píng)估放療的療效,以及放療劑量的有效性。BED=nd×[1+d/(α/β)],其中:d為每次治療劑量;n為治療次數(shù);α/β 為組織損傷恢復(fù)時(shí)間。

        OAR 的劑量學(xué)參數(shù):雙肺V5、V20、V30、平均肺劑量(mean lung dose,MLD);心臟V30、V40、平均心臟劑量(mean heart dose,MHD);脊髓Dmax。

        1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

        采用SPSS 19.0 軟件處理數(shù)據(jù)。計(jì)量資料符合正態(tài)分布的以均數(shù)± 標(biāo)準(zhǔn)差表示,兩組均數(shù)采用配對(duì)t檢驗(yàn)。檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05,P<0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

        2 結(jié)果

        2.1 兩種計(jì)劃靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)的比較

        PCTV-Dmax、PCTV-Dmin 和PGTV-Dmax 在兩種計(jì)劃的劑量值比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);但PCTV-Dmean、PGTV-Dmin、PGTV-Dmean 在SIBIMRT 計(jì)劃中劑量值均低于SB-IMRT 計(jì)劃, 差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。 見(jiàn)表1。

        表1 兩種計(jì)劃靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)的比較Tab.1 Comparison of dosimetric parameters of target area between 2 plans

        2.2 兩種計(jì)劃的臨床計(jì)劃靶區(qū)CI、HI、TC 比較

        兩種計(jì)劃TC 比較, 差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 (P>0.05)。 SB-IMRT 計(jì)劃的CI 優(yōu)于SIB-IMRT 計(jì)劃,而SIB-IMRT 計(jì)劃的HI 優(yōu)于SB-IMRT 計(jì)劃,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。 見(jiàn)表2。

        表2 兩種計(jì)劃的PCTV CI、HI、TC 比較Tab.2 Comparison of PCTV CI,HI and TC between 2 plans

        2.3 計(jì)劃靶區(qū)和臨床計(jì)劃靶區(qū)的BED

        SIB-IMRT 計(jì)劃的PGTV-BED 和PCTV-BED 分別為72.74 Gy、59.47 Gy;SB-IMRT 計(jì)劃PGTV-BET和PCTV-BED 分別為72 Gy、60 Gy。

        2.4 危及器官的劑量學(xué)參數(shù)比較

        SIB-IMRT 計(jì)劃的脊髓Dmax、 雙肺V5和心臟的MHD 低于SB-IMRT 計(jì)劃,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。 雙肺V10、V20、V30、MLD 值和心臟V30、V40比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。 見(jiàn)表3,圖1、2。

        圖1 SIB-IMRT 計(jì)劃常規(guī)射野(A)和SB-IMRT 計(jì)劃疊加后射野(B)分布圖Fig.1 Images of conventional field of SIB-IMRT plan(A)and superimposed field of SB-IMRT plan(B)

        圖2 SB-IMRT 與SIB-IMRT 的劑量學(xué)DVH 圖Fig.2 Dosimetric DVH diagrams of SB-IMRT and SIB-IMRT

        表3 兩種計(jì)劃雙肺、心臟、脊髓劑量比較Tab.3 Comparison of dose in lung,heart and spinal cord between 2 plans

        3 討論

        由于解剖結(jié)構(gòu)位置上食管離心臟、 雙側(cè)肺臟、脊髓等重要器官較近,食管癌放療會(huì)給這些器官帶來(lái)潛在的嚴(yán)重并發(fā)癥[9]。 如何做到精準(zhǔn)放療腫瘤病灶的同時(shí)減少周圍重要解剖器官的照射是放療的重要課題。隨著放療技術(shù)的不斷更新,放療在不可手術(shù)的食管癌的應(yīng)用地位越來(lái)越重要[7,10],以調(diào)強(qiáng)放療為主的綜合治療作為食管癌主要治療方案已被證實(shí)能提升患者的總生存率和局部控制率[8],且患者的治療相關(guān)毒性反應(yīng)多為1 ~3 級(jí)[11,12]。 IMRT 計(jì)劃目前已在臨床上廣泛應(yīng)用于鼻咽、乳腺癌、宮頸癌及非小細(xì)胞肺癌等病種并取得安全可靠療效[13~15]。

        筆者研究結(jié)果兩種計(jì)劃都能滿足處方劑量要求,兩種計(jì)劃的PCTV-Dmax、PCTV-Dmin 和PGTVDmax 靶區(qū)劑量參數(shù)值未見(jiàn)明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。 SIBIMRT 計(jì)劃中PCTV-Dmean、PGTV-Dmin、PGTVDmean 低于SB-IMRT 計(jì)劃, 根據(jù)評(píng)價(jià)計(jì)劃的劑量均勻性的原則(對(duì)于靶區(qū)劑量分布,一般要求盡可能均勻, 與處方劑量偏差不超過(guò)±5%),SIB-IMRT 計(jì)劃劑量均勻性更優(yōu)于SB-IMRT 計(jì)劃。PCTV-TC 在兩種計(jì)劃間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。 SB-IMRT 計(jì)劃的CI 優(yōu)于SIB-IMRT 計(jì)劃, 而SIB-IMRT 計(jì)劃的HI 優(yōu)于SBIMRT 計(jì)劃,兩種計(jì)劃間CI、HI 比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);這與徐朋琴等[16,17]報(bào)道的略有不同。分析原因除了與計(jì)劃設(shè)計(jì)的物理師個(gè)體差異有關(guān),更大原因在于IMRT 計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)方式。 SIB-IMRT 計(jì)劃是在一個(gè)計(jì)劃中根據(jù)靶區(qū)和周圍器官的三維解剖,以及預(yù)訂的兩種靶區(qū)劑量目標(biāo)值和OAR 限量值, 利用優(yōu)化算法,借助計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算射野方向上應(yīng)需要的強(qiáng)度分布[18,19]。它是逆向計(jì)劃設(shè)計(jì),能規(guī)劃出到達(dá)預(yù)期方案的最理想的射線能量通量分布, 達(dá)到治療要求[20]。而SB-IMRT 計(jì)劃是兩個(gè)分別獨(dú)立設(shè)計(jì)的計(jì)劃疊加后統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù), 兩個(gè)計(jì)劃的射線通量分布缺乏協(xié)調(diào)性,疊加后數(shù)據(jù)會(huì)影響整體的CI、HI。 但是這兩種計(jì)劃的CI、HI 都能滿足處方劑量要求,在審核計(jì)劃時(shí)應(yīng)綜合所有計(jì)劃參數(shù),尤其是OAR 限量方面更值得關(guān)注。另外,在輻照過(guò)程中,生物劑量與物理吸收劑量呈高度相關(guān)[21]。 根據(jù)BED 公式,每次照射劑量越大,生物效應(yīng)越大[22]。 筆者研究SIB-IMRT 計(jì)劃的PGTV 受到大于常規(guī)分割的劑量照射(>2 Gy),BED 劑量高于SBIMRT 計(jì)劃, 且放療次數(shù)和總劑量時(shí)間低于后組,具有高效、生物效應(yīng)高的優(yōu)點(diǎn),能更好地克服腫瘤細(xì)胞加速再增殖,提高局部控制率[23]。

        OAR 受照劑量直接關(guān)系著患者胸部放療后的長(zhǎng)期和短期并發(fā)癥。 雙肺的受照射量增加,放射性肺炎(radiation pneumonitis,RP)發(fā)生率也相應(yīng)增加[24,25]。多位學(xué)者研究證實(shí)肺臟V5、V10、V20、MLD 是預(yù)測(cè)RP 的危險(xiǎn)因素[26,27]。另外,心臟和脊髓的受照射量也應(yīng)引起高度關(guān)注。 筆者研究?jī)煞N計(jì)劃中靶區(qū)的OAR 評(píng)價(jià)指標(biāo)雙肺V10、V20、V30和MLD 比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,而雙肺V5差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;心臟V30、V40兩種計(jì)劃比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,但SIB-IMRT 計(jì)劃的心臟MHD 低于SB-IMRT 組數(shù)值,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。 兩種計(jì)劃的脊髓Dmax 均低于要求的45 Gy,DVH 顯示SIB-IMRT 計(jì)劃脊髓Dmax 低于SB-IMRT組。 從上面統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出心臟、雙肺和脊髓受照射量SIB-IMRT 計(jì)劃更低于SB-IMRT 計(jì)劃, 原因與SIB-IMRT 計(jì)劃逆向設(shè)計(jì)和優(yōu)化方式密切相關(guān),預(yù)示著SIB-IMRT 計(jì)劃在保護(hù)OAR 方面有更大優(yōu)勢(shì)。 與邱恩毅等[28]報(bào)道發(fā)現(xiàn)相似,非手術(shù)食管癌的SIB-IMRT 提高腫瘤靶區(qū)劑量,同時(shí)降低脊髓、心臟平均劑量(與常規(guī)調(diào)強(qiáng)放療的劑量學(xué)相比)。

        眾所周知,在臨床已實(shí)施的計(jì)劃內(nèi),即使是相同病種,也會(huì)有位置、大小、體積等不同的差異,相應(yīng)放療PTV 也存在差異,最終放療計(jì)劃參數(shù)和OAR 限量也存在很大差異。目前傳統(tǒng)的放療計(jì)劃質(zhì)量評(píng)價(jià)主要是根據(jù)等劑量曲線、截面劑量分布劑量和DVH,缺少系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法。根據(jù)CB-CHOP 法評(píng)價(jià)放療計(jì)劃具有較大優(yōu)勢(shì),它是根據(jù)個(gè)體不同的病情、綜合患者各方面的因素加以審核, 權(quán)衡利弊計(jì)劃的各項(xiàng)參數(shù),更有利于放療臨床效果。 例如患者肺功能很差,有肺氣腫、肺大泡、肺心病等病史,那么會(huì)嚴(yán)格限制肺的限量, 甚至為了降低肺限量還會(huì)犧牲靶區(qū)的適形度;如果患者有心功能異常、心力衰竭等基礎(chǔ)病,則重點(diǎn)減低心臟OAR 受照劑量,此原則與Beukema JC 等[29]報(bào)道基本一致。

        綜上所述, 采用CB-CHOP 法審核計(jì)劃后發(fā)現(xiàn),相似或/和相等處方劑量的SB-IMRT 計(jì)劃和SIBIMRT 計(jì)劃,前者僅在CI 略占優(yōu)勢(shì),后者計(jì)劃一次成型,能同時(shí)給予腫瘤靶區(qū)和臨床預(yù)防靶區(qū)不同梯度的劑量照射,且具有高效、精確,生物效應(yīng)高、OAR 受量更低的優(yōu)勢(shì),值得臨床推廣。

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