局部復發鼻咽癌患者再程放療技術的劑量學參數比較

張 矛,蘇清秀,楊金磊,金海國,董 瑩,吳 丹,王福香

(吉林省腫瘤醫院放療三科,吉林長春 130012)

局部復發鼻咽癌患者再程放療技術的劑量學參數比較

張 矛,蘇清秀,楊金磊,金海國,董 瑩,吳 丹,王福香

(吉林省腫瘤醫院放療三科,吉林長春 130012)

目的:比較容積旋轉調強(VMAT)、固定野調強(IMRT)和三維適形(3D-CRT)放療技術在局部復發鼻咽癌患者治療中的劑量學參數,分析3種治療計劃的劑量學特性。方法:選擇12例局部復發的鼻咽癌患者,采用Pinnacle 9.2和Preciseplan 2.03治療計劃系統,每例患者均設計VMAT﹑IMRT和3D-CRT,比較3組計劃的劑量分布及危及器官受量等。結果:VMAT及IMRT組適形度指數(CI)相似,但均優于3D-CRT組,組間比較差異有統計學意義(P＜0.05)。3組計劃的靶區不均勻指數(HI)相近,組間比較差異無統計學意義(P＞0.05)。3D-CRT組機器跳數(MU)及出束時間優于其他2組,VMAT組優于IMRT組,組間比較差異均有統計學意義(P＜0.05)。危及器官受量,3組計劃腦干及晶體受量比較差異無統計學意義(P＞0.05);VMAT組和IMRT組脊髓、視神經、視交叉和大腦顳葉的受量明顯優于3D-CRT組,組間比較差異有統計學意義(P＜0.05),但VMAT組與IMRT組比較差異無統計學意義(P＞0.05)。結論:3種放療技術的治療計劃劑量分布有差異,VMAT與IMRT計劃均能較好覆蓋靶區,并減少周圍正常組織受量,滿足臨床需求。VMAT計劃的靶區適形度、MU和出束時間優于IMRT計劃。3D-CRT僅在MU和治療時間上有優勢。

鼻咽腫瘤;腫瘤復發;劑量學參數;容積旋轉調強;固定野調強;三維適形放療

鼻咽癌是我國高發的惡性腫瘤,放療是首選的治療手段,隨著各種先進的放療技術應用于臨床,鼻咽癌的療效有了明顯提高[1-2],但是首程放療后大約20%～40%局部復發[3]。復發后放療仍為主要的治療方法,因再程放療局部復發區病變的敏感性降低,危及器官受照劑量又受到一定限制,如何選擇精確的放療技術,使病變區得到高劑量的照射,又能保護周圍正常組織和器官,減少放療并發癥,提高患者生活質量,是臨床醫生和物理師亟待解決的問題。有關三維適形放療(3-dimensional conformal radiation therapy,3D-CRT)和固定野調強(intensity modulated radiotherapy,IMRT)在鼻咽癌放療中的國內外報道較多,療效令人滿意,但是對于局部復發的鼻咽癌的研究則較少,應用的放療技術也主要是IMRT。由于容積旋轉調強(volumetric modulated arc radiotherapy,VMAT)技術是目前新的高尖端的放療技術,臨床應用的時間短,所以在局部復發的鼻咽癌方面的研究少有報道。本文作者探討VMAT、IMRT和3D-CRT 3種放療技術在局部復發鼻咽癌放療中的應用,以期尋找合理的放療技術,達到既提高療效又減少正常組織損傷的目的。

1 資料與方法

1.1 一般資料選擇2010年1月—2013年1月本科收治的12例局部復發的鼻咽癌患者,年齡40～67歲,功能狀態評分(performance status, PS)評分1分,排除嚴重并發癥(威脅生命的心腦血管疾病)。其中男性8例,女性4例,均在鼻咽鏡下行鼻咽腫物活檢,經病理學證實鼻咽癌放療后復發,并經鼻咽部核磁共振成像證實3例單純鼻咽局部復發,3例并發顱底骨破壞,6例局部復發并侵及周圍咽旁間隙。復發時間為2.0～4.5年,全部患者初次放療劑量DT 66～67 Gy/33～35 F。全組患者根據2002年UICC分期標準再度分期,Ⅱa和Ⅱb期7例,Ⅲ期3例,Ⅳa和Ⅳb期2例。

1.2 放療定位、靶區和危及器官的勾畫全部患者采取CT模擬定位,熱塑面罩固定。CT掃描范圍為頭頂至鎖骨上緣,掃描層厚為0.3 cm。由臨床醫生參考ICRU第50、62號報告原則勾畫靶區和危及器官,腫瘤靶區(GTV)為臨床或影像學檢查發現的病變范圍。臨床靶區(CTV):GTV及其周圍0.5～1.0 cm區域,未行淋巴引流區預防照射。計劃靶區(PTV):在CTV各個方向外擴0.5 cm,并對超過體表部分及超出解剖結構部分進行適當修改,危及器官包括腦干、脊髓、視神經、視交叉、大腦顳葉和晶體等。

1.3 放療計劃設計使用Elekta公司的Synergy加速器,采用Pinnacle 9.2治療計劃系統分別優化設計VMAT和IMRT計劃,Preciseplan 2.03治療計劃系統優化設計3D-CRT計劃,均采用6MV-X線照射。處方劑量均為DT 2 Gy/F,DT 56～60 Gy/28～30 F。物理師對12例患者的同一套CT圖像的相同靶區分別設計VMAT、IMRT 和3D-CRT 3套治療計劃,共面設野。3D-CRT進行正向優化,VMAT及IMRT計劃進行逆向優化。VMAT計劃采用的是單弧360°旋轉調強技術,照射野的最大劑量率設定為每分鐘600機器跳數(MU)。固定野IMRT計劃采用的是7野調強,照射野的劑量率設定為每分鐘600 MU。3D-CRT照射野為4～6個。要求處方劑量的95%等劑量曲線包含PTV。

1.4 物理技術參數和治療計劃評估3組治療計劃的物理技術參數:計劃評估包括靶區和危及器官的劑量體積直方圖(DVH圖)、靶區不均勻指數(HI)、適形指數(CI)、MU和出束時間等。危機器官包括腦干、脊髓、視神經、視交叉、眼球和晶體等,評估其受照射劑量,在Elekta Synergy加速器上計劃驗證。靶區CI＝(VT,ref/VT)×(VT, ref/Vref),式中VT為靶區的體積,VT,ref為參考等劑量面所包繞的靶區體積,Vref為參考等劑量面所包繞的所有區域的體積。當計劃靶區的CI＝1時靶區適形度最高。靶區HI＝D5%/D95%,式中D5%為5%靶區體積所受到的劑量,D95%為95%靶區體積所受到的劑量。當HI值越接近于1時說明靶區劑量分布越均勻,HI值越大靶區劑量分布越不均勻。

1.5 統計學分析采用SPSS 16.0統計軟件進行統計學處理。3組計劃靶區劑量分布和危及器官受量均以±s表示,組間比較采用t檢驗。

2 結果

2.1 物理學參數3組治療計劃PTV的最大劑量(Dmax)、平均劑量(Dmean)、CI、HI值、MU和出束時間見表1。各組劑量分布見圖1(插頁六)。VMAT組CI略高于IMRT組(P＞0.05),但2組明顯高于3D-CRT組,組間比較差異有統計學意義(P＜0.05)。3組計劃HI值相近,組間比較差異無統計學意義(P＞0.05)。3D-CRT組MU低于VMAT組和IMRT組(P＜0.05),且VMAT組MU低于IMRT組(P＜0.05)。3D-CRT組出束時間優于其他2組,差異有統計學意義(P＜0.05); VMAT組出束時間優于IMRT組,組間比較差異有統計學意義(P＜0.05)。

2.2 危及器官受量腦干及晶體受量3組數據相似,差異無統計學意義(P＞0.05)。脊髓、視神經、視交叉和大腦顳葉的受量:VMAT組及IMRT組明顯優于3D-CRT組,組間比較差異有統計學意義(P＜0.05),但VMAT及IMRT組數據接近,差異無統計學意義(P＞0.05)。見表2。

表1 3組計劃靶區劑量分布Tab.1 Distribution of targeted dose in three groups(n＝12,±s)

表1 3組計劃靶區劑量分布Tab.1 Distribution of targeted dose in three groups(n＝12,±s)

?P＜0.05 vs 3D-CRT group;△P＜0.05 vs VMAT group.

Group PTV Dmax(D/cGy)Dmean(D/cGy)CI HI MU Beam time (t/min) VMAT 6 936.0±102.1 6 282.9±62.4 0.78±0.06?1.16±0.11 432.5±40.3?2.25±0.21?IMRT 6 927.4±98.0 6 289.6±69.7 0.72±0.09?1.21±0.10 623.2±90.9?△6.54±0.52?△3D-CRT 6 790.0±90.6 6 195.0±82.8 0.37±0.22 1.17±0.30 310.0±28.7 0.94±0.09

表2 3組計劃危及器官受量Tab.2 Doses of organs at risk in three groups(n＝12,±s,D/cGy)

表2 3組計劃危及器官受量Tab.2 Doses of organs at risk in three groups(n＝12,±s,D/cGy)

?P＜0.05 vs 3D-CRT group.

Group Brainstem Spinal cord Optic nerve DmaxOptic chiasm DmaxDmaxLeft Right DmaxVMAT 1049.0±103.8 617.2±192.0?491.6±171.0?222.5±84.0?680.8±110.9?IMRT 1124.5±176.4 657.4±230.1?400.1±155.2?242.7±90.6?689.1±121.4?3D-CRT 993.0±327.2 1 496.8±465.3 991.6±212.9 729.2±208.4 1 090.0±310.3 Group Lens DmaxTemporal lobe of brain DmaxLeft Right Left Right VMAT 200.9±42.4 194.0±41.0 1 418.7±291.0?462.0±99.4?IMRT 219.4±39.3 222.5±49.9 1 572.8±284.9?684.5±112.3?3D-CRT 237.7±48.6 242.7±76.3 2 417.0±550.2 749.2±219.7

3 討論

鼻咽癌放療后復發和轉移是主要的失敗原因,其中鼻咽局部和顱底是常見的復發部位[4-5]。該部位復發之后的治療除了一小部分局限在鼻咽腔內的分期較早的患者可以采用手術或腔內治療以外,絕大多數患者因為病變范圍廣及侵犯周圍器官,高劑量外照射依然是最常用的治療方法,而且療效令人滿意,5年局部無復發生存率85.8%,5年總生存率44.9%[6]。然而再程放療時,由于鼻咽解剖位置的復雜性,既往應用的普通常規放療技術的局限性難以符合劑量學要求,所以副損傷大,療效差。而且首程放療后鼻咽部纖維化形成等因素使得病變區放療敏感性差,相對較高劑量的二次照射使得周圍正常組織損傷重,如放射性腦壞死、鼻咽潰瘍、張口困難和后組顱神經損傷等,患者的生活質量明顯下降。近年來現代精確放療技術的出現并應用于臨床,不但在照射劑量分布上可以滿足臨床需求,而且減少了放射損傷。目前臨床上常用的外照射技術有3D-CRT、IMRT和VMAT等。3D-CRT與普通的常規放療比較,靶區劑量分布更合理,減少了周圍正常組織受照劑量,但是與調強放療相比無論是劑量分布還是保護正常組織方面存在一定劣勢;IMRT較3D-CRT在靶區適形度、劑量學方面更具有優勢,可以提高治療增益比,是目前鼻咽癌放療應用最廣泛的技術[7-9],但是該技術治療時間長,降低了其生物學效應,影響療效;VMAT技術是近年來運用于臨床的先進的放療技術,與以往定角度放射治療技術不同,其可以實現加速器邊旋轉邊照射,并且在任何角度對腫瘤進行單弧或多弧照射,可以在靶區內形成劑量梯度變化以獲得更好的適形度。VMAT技術是在調強放療基礎上,集高精尖加速器與逆向優化設計軟件于一身,在圖像引導技術基礎上真正做到了高精度、高劑量、高療效、低損傷和短時間照射。

以往有關3D-CRT和IMRT在鼻咽癌放療中應用的報道較多,由于VMAT技術是目前較新的放療技術,臨床應用的時間短,所以在局部復發鼻咽癌方面的研究少有報道。邱素芳等[10]報道: 140例局部復發鼻咽癌應用3D-CRT放療,中位劑量為62 Gy,5年局部控制率為30.76%,5年生存率為31%;不良反應發生率:顱神經損傷15.0%,張口困難14.3%。Hua等[11]報道了151例局部復發鼻咽癌患者再程調強放療的療效,臨床分期Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ期的患者,5年局控率和總生存率分別為80.0%、85.0%、80.0%、78.7%和71.4%、62.9%、35.5%、30.2%。周珺珺等[12]對108例首程放療區域局部復發的鼻咽癌患者給予再程IMRT放療,患者5年總生存率為59%,無進展生存率56%,局部無復發生存率52.9%。以上研究表明:局部復發鼻咽癌采用調強放療改善了局部腫瘤控制和延長了患者的生存期。Hunt等[13]研究顯示:IMRT與常規放療和3D-CRT比較,下頜骨和顳葉受到60 Gy以上劑量的照射體積下降10%～15%。劉同海等[14]研究結果顯示:鼻咽癌VMAT計劃在MU及治療時間上較IMRT同步加量計劃具有優勢,無更多的正常組織放射損傷。國外一些小樣本的研究[15-16]顯示:肺癌、前列腺癌和宮頸癌等患者運用VMAT技術治療具有優勢,增加了靶區與危及器官的劑量梯度,明顯地減少靶區高劑量點,同時減少治療跳數并較IMRT技術大大縮短了治療時間,提高生物學劑量,進而提高療效。本文作者[17]在對顱內腫瘤患者進行放療時,比較了VMAT與IMRT 2種放療技術的物理學特性,發現VMAT技術明顯縮短治療時間,減少了MU。

以上研究主要是單一技術的應用研究,本研究選擇12例局部復發的鼻咽癌患者,分別制作3D-CRT、單弧VMAT與7野IMRT 3種放療計劃,對靶區劑量覆蓋情況、CI、HI、危及器官受量、MU和出束時間等重要的物理學參數進行了詳細比較,結果顯示:3組計劃的劑量分布和危及器官受量在可接受范圍內,但是3D-CRT計劃各項劑量學參數明顯差于VMAT和IMRT計劃;單弧VMAT組和7野IMRT組的CI優于3D-CRT組,單弧VMAT組的適形度優勢更明顯,3組的HI相似;VMAT和3D-CRT計劃的MU較IMRT有明顯優勢(3D-CRT較VMAT治療時間更短),組間比較差異有統計學意義,在不影響治療療效的情況下,實現了治療效率的大幅提高;出束時間方面,3D-CRT組優于其他2組,VMAT組優于IMRT組。此前本文作者還比較了旋轉調強雙弧與單弧的劑量學特點,顯示出雙弧旋轉調強增加小于10 Gy的低劑量區照射體積,單弧VMAT計劃對病變周圍正常組織及器官的保護更好,所以本研究采用的是360°單弧VMAT計劃。本研究同時觀察3組計劃危及器官受量:腦干及晶體受量3組數據相似,脊髓、視神經、視交叉和大腦顳葉的受量VMAT組及IMRT組明顯優于3D-CRT組,但VMAT及IMRT組數據接近。

綜上所述,相比于VMAT和IMRT技術, 3D-CRT技術照射無論在靶區的適形度、劑量分布的均勻性以及周圍正常組織損傷等方面均處于劣勢,但是在照射時間上有優勢。采取VMAT以及IMRT技術照射可以使靶區得到理想的劑量分布,周圍正常組織損傷小。相對于IMRT,VMAT的優勢在于縮短治療時間,提高生物學效應,減少分次擺位誤差,實現了治療效率的大幅度提高,同時也減少了機器磨損。VMAT在治療時可以配合圖像引導技術,實施對照射區監控,同時CBCT圖像掃描,重新個體化外擴PTV,減小PTV體積,精確施照,達到了真正意義上的精確照射,有望提高放療劑量,進而提高局控率以及生存獲益。但是VMAT在劑量驗證、計算機運算和治療計劃優化等方面遠比IMRT復雜得多且耗時,而且物理驗證困難,因此臨床使用該技術尚需要經驗積累。隨著各種精確放療技術廣泛應用于臨床和不斷完善,即便復發鼻咽癌患者,同樣可獲得好的療效,生存質量也會進一步提高。

[1]Chow E,Payne D,O’Sullivan B,et al.Radiotherapy along in patients with advanced nasopharyngeal cancer[J].Radiother Oncol,2005,63(2):269-274.

[2]Ng WT,Lee MC,Chanq AT,et al.The impact of dosimetric inadequacy on treatment outcome of nasopharyngeal carcinoma with IMRT[J].Int J Oral Oncol,2014,50(5): 506-512.

[3]殷蔚伯,余子豪,徐國鎮,等.腫瘤放射治療學[M].4版.北京:中國協和醫科大學出版社,2008:473-474.

[4]Yang TS,Ng KT,Wang HM,et al.Prognostic factors of locoregionally recurrent nasopharyngeal carcinoma-a retrospective review of 182 cases[J].Am J Clin Oncol, 1996,19(4):337-343.

[5]羅 偉,湯軼強,黃 瑩,等.從鼻咽癌放療后復發部位探討放療設野范圍[J].癌癥,2006,25(2):209-211.

[6]Han F,Zhao C,Huang SM,et al.Long-term outcomes and prognostic factors of re-irradiation for locally recurrent nasopharyngeal carcinoma using intensity-modulated radiotherapy[J].Clin Oncol,2012,24(8):569-576.

[7]馬一棟,李明煥,于金明,等.腫瘤精確放療新技術的比較[J].中華腫瘤防治雜志,2010,17(23):1995-1998.

[8]Tang LL,Sun Y,Mao YP,et al.Prognostic value of parapharyngeal extension in nasopharyngeal carcinoma treated with intensity modulated radiotherapy[J].Int J Radiother Oncol,2014,110(3):404-408.

[9]Hunga T,Chenb C,Lin CY,et al.Prognostic value of prepontine cistern invasion in nasopharyngeal carcinoma treated by intensity-modulated radiotherapy[J].Int J Oral Oncol,2014,50(3):228-233.

[10]邱素芳,林少俊,陸 軍,等.140例局部復發鼻咽癌患者三維適形放療的療效分析[J].中國癌癥雜志,2011, 21(9):701-707.

[11]Hua YJ,Han F,Lu LX,et al.Long-term treatment outcome of recurrent nasopharyngeal carcinoma treated with salvage intensity modulated radiotherapy[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2012,48(18):3422-3428.

[12]周珺珺,應紅梅,胡蘇超,等.復發鼻咽癌調強放療的應用療效及預后分析[J].中國癌癥雜志,2012,22(11):835-841.

[13]Hunt MA,Zelefsky MJ,Wolden S,et al.Treatment planning and delivery of itensity modulated radiotherapy for primay nasopharyngeal carcinoma cancer[J].Int J Radiat Oncol Biol Plays,2001,49(3):623-632.

[14]劉同海,尹 勇,陳進琥,等.鼻咽癌旋轉調強與固定野調強同步加量計劃比較研究[J].中華放射腫瘤學雜志,2010, 19(6):486-489.

[15]Vanetti E,Clivio A,Nicolini G,et al.Volumetric modulated arc radiotherapy for carcinomas of the oro-pharynx, hypo-pharynx and larynx:A treatment planning comparison with fixed field IMRT[J].Radiother Oncol,2009,92(1): 111-117.

[16]Cozzi L,Dinshaw KA,Shrivastava SK,et al.A treatment planning study comparing volumetric arc modulation with rapid arc and fixed field IMRT for cervix uteri radiotherapy[J].Radiother Oncol,2008,89(2):180-191.

[17]張 矛,金海國,卜明偉,等.腦膠質瘤術后VMAT與IMRT放療技術間的比較[J].中國醫學物理學雜志,2011, 28(6):2959-2963.

Comparison of dosimetric parameters of re-irradiation in patients with locally recurrent nasopharyngeal carcinoma

ZHANG Mao,SU Qing-xiu,YANG Jin-lei,JIN Hai-guo,DONG Ying,WU Dan,WANG Fu-xiang (Third Department of Radiation Oncology,Cancer Hospital of Jilin Province,Changchun 130012,China)

ObjectiveTo compare the dosimetric parameters of volumetric modulated arc therapy(VMAT),fixed field intensity modulated radiation therapy(IMRT)and three-dimensional conformal radiotherapy(3D-CRT)in the radiotherapy for the patients with locally recurrent nasopharyngeal carcinoma,and to analyze their characteristics.MethodsTwelve patients with locally recurrent nasopharyngeal carcinoma were treated with VMAT,IMRT and 3D-CRT plan designed by Pinnacle 9.2 and Preciseplan 2.03 treatment planning system.The dosimetric parameters of targeted volumes and organs at risk were compared between three groups.ResultsThe conformation indexes (CI)of VMAT and IMRT plans were similar,and they were both better than 3D-CRT plan,the difference was significant(P＜0.05).The homogeneity index(HI)in three groups were similar,there were no statistically significant differences between them(P＞0.05).The monitor units(MU)and beam time in 3D-CRT group were better than those in other two groups,and VMRT group was better than IMRT group,the statistical differences were observed between three groups(P＜0.05).There were no statistical differences of organs at risk such as brainstem and lens between three groups(P＞0.05).The doses of the spinal cord,optic nerve,optic chiasm and temporal lobe of brain in VMAT and IMRT groups were better than those in 3D-CRT group,there were statistical differences between them(P＜0.05),and the data in VMAT and IMRT groups were similar,and there were nostatistical differences(P＞0.05).ConclusionThere are differences of the targeted dose distribution between the three kinds of radiation technology,while VMAT and IMRT plans can cover the targeted areas and reduce the

doses of organs at risk.The CI,MU and beam time of VMAT plan are better than those of IMRT plan.3D-CRT plan only has advantage in the MU and beam time.

nasopharyngeal neoplasms;tumor recurrence;dosimetric parameter;volumetric modulated arc radiotherapy;intensity modulated radiotherapy;3-dimensional conformal radiotherapy

R739.6

B

2013-04-02

吉林省科技廳自然科學基金資助課題(201015235)

張 矛(1962－),男,吉林省長春市人,主任醫師,主要從事腫瘤放射治療學的研究。

王福香(Tel:0431-85877257,E-mail:wfx186865789＠qq.com)

1671-587Ⅹ(2014)05-1085-05

10.13481/j.1671-587x.20140534