上段食管癌不同放射治療計劃的劑量學研究

(江蘇省蘇北人民醫院放化療科,江蘇揚州,225001)

放射治療是上段食管癌(包括頸段、上胸段)的主要治療手段之一。臨床上通常采用先大野照射,再縮野對腫瘤局部加量的治療技術。但由于受脊髓耐受劑量的制約,無論是常規治療技術還是三維適形放射治療技術(3 DCRT)都很難進一步提高治療劑量。調強適形放射治療(IMRT)可對射野內各點的輸出劑量按要求進行調制,從而使靶區三維劑量分布更加適形,顯著改善靶區劑量均勻性同時減少周圍器官的照射,有望進一步減少并發癥,提高生活質量[1-2]。作者應用三維治療計劃系統比較上段食管癌放射治療中3 DCRT與IMRT的劑量學差異。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本院放療科2008年開展的上段食管癌放射治療 22例。其中女9例,男 13例,中位年齡51(44～67),均為首程放療。

1.2 體位固定和CT掃描

患者取仰臥位,雙臂下垂至身體兩側,采用頭頸肩模固定。在GE 16排、70 cm孔徑CT下進行自由平靜呼吸CT無間斷掃描,層厚5mm,掃描范圍全頸部和胸部,獲得CT圖像后通過專用網絡傳輸到三維放射治療計劃系統。

1.3 靶區、危及器官定義

應用VARIAN Eclipse治療計劃系統在CT影像上勾畫出臨床靶區(CTV),包括可見的腫瘤原發灶并在其上下外放2～3 cm,左右、前后外放1.5 cm;計劃靶區(PTV)包繞CTV及頸段食管旁淋巴結、頸深淋巴結、鎖骨上淋巴結、上胸食管旁淋巴結,上界達到環甲膜。定義脊髓和雙側肺為患者的危及器官(OARs)。

1.4 放射治療計劃設計

CTV劑量使用VARIAN Eclipse治療計劃系統設計治療計劃。瘤床局部加量至6 500 cGy。3 DCRT:首先對PTV采用4野等中心照射,盡量避開脊髓,200 cGy/次,總劑量5 000 cGy,1次/d,5 d/周,共25次。然后用3野等中心或兩前野加濾板方式單獨對 CTV加量 1 600 cGy,200 cGy/次。如此,CTV照射共32次。

IMRT:采用6MV X線照射,5野均分(0°、72°、144°、216°、288°)布野方式進行逆向動態優化設計。PTV為180 cGy/次,總劑量5 040 cGy;CTV為230 cGy/次,總劑量6440 cGy,1次/d,5 d/周,共28次。劑量-體積約束條件為:PTV、CTV內最大劑量≤105%的處方劑量,最小劑量≥95%的處方劑量;脊髓1%體積接受照射的最大劑量D01≤4 000 cGy,雙側肺接受20 Gy的體積百分比V20≤20%。各約束條件的優化權重大小順序為:CTV>PTV>脊髓>雙側肺。

1.5 評估指標

①PTV、CTV:最大劑量(Dmax)、最小劑量(Dmin)和平均劑量(Dmean);以及至少接受相應處方劑量水平照射的體積百分比V 95%、V 100%、V105%;

靶區劑量不均勻性指數(H I)[3]:

H I=D5%/D95%

其中D5%和D95%分別是5%和95%靶區所受的照射劑量。HI值越大(越遠離1)說明該計劃的脊梁分布均勻性越差。

靶區適合度指數(CI)[4-5]:

其中VT為靶體積,VT.ref為參考等劑量線面所包繞的靶區的體積,Vref為參考等劑量線面所包繞的所有區域的體積。CI取值在0～1,越靠近1說明靶區適合度越好。

②OARs:脊髓1%體積接受照射的最大劑量D01;雙肺接受20Gy的體積百分比V 20和雙肺的平均劑量Dmean。

2 結 果

2.1 靶區劑量學比較

由表1可見2種計劃的靶區覆蓋率V95%,差異有統計學意義(P<0.05),IMRT的靶區覆蓋率明顯優于 3 DCRT;就PTV、CTV的Dmax而言,3DCRT與IMRT間差異無統計學意義(P>0.05);而其 PTV、CTV 的Dmean和 Dmin之間差異有統計學意義(P<0.05),IMRT的PTV、CTV對應的Dmean和Dmin更接近處方劑量,3 DCRT的PTV最小劑量不到處方劑量的50%。

由表2可見與3 DCRT相比,IMRT的CI、H I均更接近1,說明其靶區適合度和靶區劑量均勻性相對更好;此外,就 PTV、CTV而言,PTV的CI較CTV接近1,而H I卻相反,說明PTV的靶區適合度較好,而靶區劑量均勻性不如CTV。

2.2 OARs劑量學比較

由表3可見,IMRT與3DCRT相比脊髓D01明顯降低,雙肺 Dmean、V 20略有增高,差異均有統計學意義(P<0.05)。

表1 2種計劃的靶區和危及器官的劑量學比較

表2 2種計劃的CI和HI比較

表3 2種計劃的OARs劑量學比較

3 討 論

3DCRT和IMRT在食管癌放射治療中被廣泛應用,在腫瘤得到高劑量照射的同時,能減少周圍正常組織和危及器官的照射劑量[6-7],降低放療引起的毒副反應。但因頸段、胸廓入口處及上胸段食管由于其所在身體部位的厚度差異大,食管的位置距體表的距離在縱軸方向自上而下變化很大,而其靶區常常與脊髓的關系密切,對發生在上述部位的食管癌進行放射治療時,應用照射野強度均勻的3DCRT技術難以達到靶區劑量均勻性的要求,并且時常因為避免脊髓最大受量超過4 500 cGy,刻意犧牲一部分靶區,導致靶區覆蓋率也急劇降低。此外,對上段食管癌采用先前后野照射至3 600 cGy,再用電子線補量,最后對腫瘤原發灶區X線加量的方法,經筆者計算脊髓受量往往會超過4 500 cGy,達5 000 cGy以上。而IMRT應用在上段食管癌時,因其獨特的優勢,可以在保證在脊髓受量盡可能低的情況下,靶區均勻性和靶區適合度均優于3 DCRT,使靶區接受高劑量的照射,與3 DCRT相比其最大值較小,最小值較大,平均劑量更接近處方劑量,這與本文所得出的靶區劑量不均勻性指數的趨勢是一致的。雖然采用IMRT技術時,由于布野方式的原因導致雙肺Dmean、V20略高于3DCRT,分別為(799.43±22.25)cGy、(16.89±0.60)%,但仍低于雙肺耐受劑量V20≤20%、Dmean<1 300 cGy的要求。

IMRT治療采用與3 DCRT不同的分次治療劑量,兩者達到相同的生物效應時,分別需要多少照射次數和總劑量,可以用LQ公式來計算。根據已知條件,采用IMRT時,PTV為180 cGy/次,總劑量5 040 cGy;CTV 為 230 cGy/次,總劑量6 440 cGy,1次/d,5 d/周,共28次,計算得到其生物效應相當于采用3 DCRT時,對PTV進行23次照射,總劑量4 600 cGy,對CTV進行35次照射,總劑量7 000 cGy。可見在IMRT可以使腫瘤原發灶獲得更高的生物等效劑量,并且能夠縮短治療時間,原發灶和預防照射區的照射同時開始、結束、減少擺位誤差,避免不必要的冷點和熱點。

總之,使用IMRT技術對上段食管癌進行治療時,采用共面、等角度布野,計劃設計過程簡單,效率也高,可以同時使原發灶和預防區得到滿意的劑量分布,靶區劑量均勻性和適合度得到很大改善。原發灶可以獲得比3 DCRT更高的等效劑量,有利于提高腫瘤控制率。

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