鼻咽癌多處方劑量融合正向調強計劃的劑量學研究

王勇 徐玲玲 陳衛軍 胡煒

鼻咽癌多處方劑量融合正向調強計劃的劑量學研究

王勇 徐玲玲 陳衛軍 胡煒

目的 評價多處方劑量融合正向調強治療計劃在鼻咽癌放療中靶區及危及器官的劑量限值能否滿足RTOG0615的要求。方法對24例接受調強放療的鼻咽癌患者，利用Pinnacl6．2適形治療計劃系統，根據劑量分布，調整照射野的方向和處方劑量數，各計劃融合后得到優化的正向調強計劃。其中前期的6例鼻咽癌患者的正向調強計劃分別與各自在CORVUS6．3計劃上優化得到的逆向治療計劃比較，后期18例直接根據等劑量曲線和DVH圖確定。統計計劃腫瘤區（PGTV）和計劃臨床靶區（PCTV1）劑量分布、危及器官劑量分布和PCTV1的適形度。結果根據RTOG0615要求，（1）前期的6例鼻咽癌患者，PGTV和危及器官劑量分布符合處方劑量要求，95%PGTV體積的劑量為69．8～70．8Gy，95%PCTV1體積的劑量為54～55．6Gy。正向調強與逆向調強計劃適形度（CI）兩者差別不大，中位值分別為0．51和0．5。（2）后期的18例鼻咽癌患者，PGTV和危及器官劑量分布符合處方劑量要求，95%PGTV體積的劑量為69．5～70．8Gy，95%PCTV1體積的劑量為59．42～61．06Gy。完成一個正向計劃的時間約為2．5h。結論多處方劑量融合正向調強治療計劃的靶區和危及器官劑量分布符合要求，適用與鼻咽癌的治療，計劃優化和治療實施時間縮短。

鼻咽腫瘤/放射療法 劑量學 正向調強計劃 逆向調強計劃

調強放療計劃包括正向調強計劃和逆向調強計劃，目前逆向調強計劃是鼻咽癌放療的主要劑量優化方法。但是逆向調強放療計劃的優化非常復雜，也很費時，而且國內仍有一些放療單位沒有配備逆向調強計劃系統。

筆者在適形計劃系統中，應用多處方劑量融合正向調強來實施計劃的優化，研究其靶區和主要危及器官的劑量限值在鼻咽癌調強放療中的可行性，并探討該方法的適用范圍，現將結果報道如下。

1 對象和方法

1.1 對象 系本院2009-04—2011-07收治的24例采用全程調強放療的鼻咽癌患者，其中男15例，女9例；年齡45～65歲，平均（50±6）歲；腫瘤TNM分期T1N0M06例，T1N1M02例，T2N1M03例，T2N2M04例，T3N0M01例T3N1M01例，T3N2M04例，T3N3M01例，T4N0M01例，T4N2M01例。

1.2 靶區勾畫和治療計劃設計 根據中國醫學科學院腫瘤醫院鼻咽調強放療靶區勾畫方法[1]和2010年（福州）鼻咽癌調強放療靶區及劑量設計指引定義影像學及臨床檢查可見原發腫瘤部位及其侵犯范圍（GTVnx）、咽后轉移淋巴結（GTVrpn）、頸部轉移淋巴結（GTVnd）和包括（GTVnx+GTVrpn）+5～10mm+整個鼻咽腔黏膜及黏膜下5mm（CTV1），GTVnx、GTVrpn、GTVnd和CTV1外放5mm分別得到PGTVnx、PGTVrpn、PGTVnd和PCTV1。并由有經驗的腫瘤放療醫生和放射科醫生一起勾畫相應靶區、正常組織和危及器官。所有患者下頸鎖骨上區（PCTV2）均行頸部切線野預防照射，下頸鎖骨上區野和中上頸野在皮膚表面間隔3～5mm銜接，劑量為50Gy，處方劑量視下頸鎖骨上區淋巴結情況局部加量至66Gy。24例患者的處方劑量 PGTVnx、PGTVrpn、PGTVnd和 PCTV1分別為 70、70、66和 60或54Gy，參考RTOG0615的計劃要求[2]，由物理師設計調強放療計劃，比較等劑量曲線和劑量體積直方圖（DVH）進行計劃優化，并經高年資醫生和物理師確認，得到多處方劑量融合正向調強治療計劃。前期6例患者再運用CORVUS6.3調強計劃系統，2cm模式，270°弧，調強適形放射治療系統（MIMIC）實施治療。應用計劃系統中ActiveRx劑量線和DVH曲線拖移的功能進行計劃優化，得到逆向調強治療計劃；后期18例直接運用Pinnacle6.2適形放療計劃系統進行計劃優化，并經高年資醫師和物理師確認。

1.3 調強計劃的射野設置和處方劑量分配 上述24例患者的CT定位圖像通過PACS網絡直接傳輸到Pinnacle6.2適形放療計劃系統，由物理師根據臨床醫師勾畫的靶區設計多處方劑量融合正向調強計劃。每例患者計劃設一個主計劃，根據劑量分布情況設3～4個子計劃補量，共4～5個計劃分別給予不同的處方劑量，主計劃的處方劑量為144cGy，8個照射野的劑量和機架角多均分。每個子計劃的劑量為36～68cGy，根據實際情況設野，每個子野的跳數要求＞10MU。下頸鎖骨上區設前后對穿兩野，與中上頸野的下界在皮下共線，處方劑量為200cGy/F。將這些計劃融合得到多處方劑量調強計劃，再根據醫生處方劑量要求，調整子野劑量配比，優化并經高年資醫師確認。

1.4 調強計劃射野的平面劑量驗證評估 將把經醫師確認的調強計劃通過Pinnacle6.2適形治療計劃系統的模擬驗證工具移植到已掃描好的模體，大機架、小機頭和治療床的角度設置為零，其它參數不變，射野深度為5cm（源皮距SSD=95cm），分別計算出各野的劑量及劑量分布，將計劃通過網絡傳輸到直線加速器，進行驗證。并將計劃導入IBA公司的二維電離室矩陣MatriXX的調強驗證系統。將MatriXX測量所得的劑量分布曲線與醫生已確認的治療計劃在治療計劃系統的模擬驗證軟件計算的劑量分布曲線比較。評估實際測量所得的劑量曲線與計劃系統的是否符合。

1.5 觀察項目

1.5.1 多處方劑量融合調強計劃中靶區劑量分布和PCTV1的適形指數（CI） PCTV1的CI計算公式為：CI=（VTref/ VT）×（VT ref/Vref），其中VT為靶體積，VTref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。本研究中取PCTV1處方劑量95%的等劑量線面作為參考等劑量線面。

1.5.2 多處方劑量融合調強計劃中部分正常危及器官劑量 包括腮腺、腦干、脊髓、晶狀體、視神經、內耳的劑量。

1.6 統計學處理 采用SPSS10.0統計軟件，計量資料以表示，組間比較采用t檢驗。

2 結果

2.1 劑量限制（根據RTOG0615要求[2]）（1）≥110%的處方劑量體積要＜20%。（2）93%的處方劑量體積要＜1%。前期6例PGTVnx劑量分布：95%體積接受的最小百分處方劑量（D95）正向調強計劃有1例為69.8Gy，余5例均達到70Gy以上，逆向調強計劃3例達到70Gy以上；接受77Gy的體積（V77）正向和逆向調強計劃均不超過20%；接受65Gy的體積（V65）在正向調強計劃中均達到99%以上，而逆向調強計劃中有1例未達到99%。PCTV1劑量分布：在正向調強計劃中D95為54～55.6Gy，逆向調強計劃中為58～60.39Gy。后期18例PGTVnx劑量分布：D95＜70Gy有10例，≥70Gy 8例。V77均不超過20%，V65均達到 99%以上。PGTVnd劑量分布：D95＜70Gy10例，≥70Gy 4例。V77均不超過20%，V65均達到99%以上。PCTV1劑量分布：頸部淋巴結陽性和陰性的D95分別＞59.4Gy（14例）和54Gy（4例）。本研究的PGTVnx、PGTVnd和PCTV1劑量均能達到劑量限制要求。多處方劑量融合正向調強計劃的部分主要器官的劑量體積直方圖見圖1。多處方劑量融合正向調強計劃的靶區劑量的等劑量線分布圖見圖2、3，多處方劑量融合正向調強計劃與逆向調強計劃靶區劑量比較見表1。

2.2 計劃臨床靶區的CI 前期6例正向調強計劃中PCTV1的CI中位值為0.51（0.5～0.56），而在逆向調強放療計劃中PCTV1的CI中位值為0.50（0.46～0.54）。后期的18例計劃臨床靶區的CI中位值為0.6（0.44～0.72）。

2.3 下頸鎖骨上區切線野的設計 下頸鎖骨上區切線野預防照射時，下頸鎖骨上區野和中上頸野在皮膚表面間隔3～5mm銜接，照射野如圖4。PCTV2的DVH圖和每一層的等劑量線顯示未見漏野和高劑量熱點。患者的頸部皮膚未出現三級及以上的皮膚反應。

2.4 正向調強計劃中正常危及器官的劑量分布 根據RTOG0615劑量限制要求[2]，在計劃設計時脊髓等正常的危及器官輪廓均有1mm以上的擴邊。脊髓劑量限定為超過50Gy時照射野范圍內脊髓體積＜1cm3，腦干劑量限定為超過60Gy時照射野范圍內腦干的體積小于其總體積的1%，腮腺劑量限定為至少有一側50%的腮腺體積＜30Gy（V30）。本研究正向與逆向調強計劃腮腺、腦干、脊髓的限定劑量均滿足上述要求，同時晶狀體、內耳、視神經、視交叉劑量分布均在限量范圍內，詳見表2。

圖1 部分主要器官的劑量體積直方圖

圖2 PGTVnx等劑量線

圖3 PGTVnd和PCTV1等劑量線

圖4 下頸鎖骨上區野

表1 多處方劑量融合正向調強計劃與逆向調強計劃靶區劑量

表2 24例鼻咽癌患者正向調強計劃中部分正常危及器官的劑量（Gy）

2.5 調強計劃射野平面劑量的等劑量線驗證結果 見 圖5。

圖5 調強計劃射野平面劑量的等劑量線（左圖為TPS計算的等劑量線，右圖為二維矩陣實測的等劑量線）

3 討論

調強放療采用多野照射技術，高劑量區較好地覆蓋了靶區，靶區劑量分布較合理，并能夠做到高劑量區和低劑量區的梯度轉換，正常危及器官受到較好的保護。在急、慢性放射損傷方面，不論是急性口干，還是放療后的口干反應，都顯示出調強放療能減輕放射損傷。

調強放療計劃包括正向調強計劃和逆向調強計劃，正向調強計劃與三維適形放療類似，一般應用于靶區范圍比較規則，周圍危及器官少的病種，如前列腺癌、腹部腫瘤等[3]。鼻咽癌靶區不規則，周圍正常危及器官密集，因此正向調強計劃難度較大，然而對此的研究相對較少。本研究應用Pinnacle6.2三維適形計劃系統，探索正向調強計劃能否滿足鼻咽癌放療中的劑量限值。

逆向調強計劃通過設定目標函數值，由計算機進行反復計算，這樣優化非常耗時，而且治療實施時間長。本治療中心已經完成了150余例的逆向調強放療患者的治療，對應用劑量限制模板優化調強計劃的技術做了大量的探索[4]。應用劑量限制模板可以縮短計劃的時間至0.5～1h，與國外研究結果相似[5-6]。放療靶區的個體差異很大，部分患者仍不能在短時間內完成優化。此外，逆向調強放療治療的子野數多，治療時間長，一般需要半小時，治療時間的延長也影響了治療的精確度[7]。因為多處方劑量融合正向調強計劃的子野有限，所以能減少治療時間和加速器的跳數（MU值），從而提高靶區的生物效應和單位時間治療患者數[8]。由于MU值的大幅減少，降低了機頭的散射線，從而理論上降低了2次致癌概率[9]。通過三維適形放療計劃系統正向調強縮短計劃優化時間，減少治療實施的時間和MU值值得研究。目前部分國內放療單位尚無逆向調強放療計劃系統，而不同的三維適形放療計劃有不同的特點，因此摸索一項相對標準化的三維適形放療計劃多處方劑量融合正向調強來保證靶區和正常組織的劑量仍有很大的應用空間。正向調強計劃的設計一般包括基于射束方向的優化和子野優化兩個步驟[10-11]。白彥靈等[12]報道的應用ELEKTA Precise PLAN三維適形計劃系統進行正向調強計劃設計，靶區的劑量分布和危及器官的劑量限制能夠滿足要求，計劃靶區的適形度約為0.65，總計劃治療機跳數為950MU。結果比較滿意，而治療的時間仍然偏長。

本組前期6例鼻咽癌患者應用Pinnacle6.2三維適形放療計劃系統，通過多處方劑量融合正向調強計劃結果顯示，靶區PGTV的劑量分布與逆向調強治療計劃無明顯差異，正常危及器官劑量限定達到計劃要求。同時正向計劃優化時間短，平均大約為2h，治療機器跳數中位值為300MU，均未用鍥型板，實施時間縮短，平均為10min[13]，而相應的逆向調強計劃治療機器跳數中位值為3 000MU，實施時間平均為25min。

另外本組后期18例鼻咽癌患者也通過多處方劑量融合正向調強計劃設計，其靶區PGTV的劑量分布和正常危及器官均達到RTOG0615劑量限制要求。通過對射野方向和子野數目進行再優化，CI比前期采用多處方劑量融合正向調強計劃的6例有近20%的提高[14]，CI比較接近白彥靈等報道的0.65，機器跳數隨著子野數目的增加而有所增加，但還是遠小于白彥靈等報道的950MU。PCTV1的劑量在頸部無淋巴結轉移和有淋巴結轉移者能達到54Gy和59.4Gy。同時計劃優化時間短，平均大約為2.5h，射野數量少，18例鼻咽癌患者的治療機器跳數平均為400MU，每個射野的劑量均＞10MU，各野均未用鍥型板，實施時間縮短，大約為12min。

國內外已有很多學者對電離室矩陣的特性做了深入的研究，普遍認為其特性適合二維劑量分布驗證[15-16]。筆者運用IBA公司的ImRT MatriXX系統進行隨機抽樣驗證，結果比較理想。

總之，本研究的多處方劑量融合正向調強優化的劑量適用于鼻咽癌的調強放療，該方法能滿足T1N0M0到T4N2M0病例的劑量學要求。由于本研究受病例數和時間的限制，未能將每一期別的病例進行對比設計和驗證，該方法是否能在臨床上廣泛采用有待于進一步研究。

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Dosimetry study of forward treatment planning with integrated multi-prescription dose for patients with nasopharyngeal carcinoma

ObjectiveTo evaluate whether the dose limit in target area and related organs with integrating multi-prescription dose of forward intensity-modulated treatment plan can meet the requirements of RTOG0615 for patients with nasopharyngeal carcinoma．MethodsTwenty four patients underwent intensity-modulated radiation therapy for nasopharyngeal carcinoma．The Pinnacl6．2 conformal treatment planning system was applied and the direction of radiation field and prescription dose were adjusted according to the dose distribution．Each plan optimized forward intensity-modulated plan after fusion．In 6 earlier patients the positive intensity-modulated plan was compared with the reverse treatment plan based on CORVUS6．3 TPS．While other 18 cases were observed directly according to the isodose curve and DVH figure．The dose distribution of planned treatment volume for gross tumor volume(PGTV)and clinical target volume(PCTV1),dose distribution of related organs and conformal index of clinical target were analyzed and documented．ResultsIn 6 earlier patients the dose distribution in the planned treatment volume for gross tumor volume(PGTV)and related organs was in accordance with the requirements of the prescribed dose．Dose for 95%PGTVvolume was 69．8～70．8Gy,and dose for 95%PCTV1volume was 54～55．6Gy．Difference of conformal index(CI)between positive intensity modulated plan and reverse intensity modulated plan was not significant．The median value was 0．51 and 0．5 respectively．In other 18 cases,dose distribution of the tumor area and related organs was in accordance with the requirements of the prescribed dose．Dose for 95%PGTVvolume was 69．5～70．8Gy,and dose for 95%PCTV1volume was 59．42～61．06Gy．It took about 2．5h to complete a forward intensity-modulated treatment plan．ConclusionThe forward treatment planning with integrated multi-prescription dose is feasible for target area and related organs,which is in accordance with requirements for treatment of nasopharyngeal carcinoma．．

Nasopharyngeal neoplasm/radiotherapy Dosimetry Forward intensity-modulated planning Inverseintensity modulated planning

2013-03-25）

（本文編輯：沈叔洪）

浙江省醫藥衛生科技項目（2008B198）

318000 浙江省臺州恩澤醫療集團臺州市中心醫院放療科

胡煒，E-mail:huw@tzhospital.com