圖像引導自適應放療在肺癌治療中劑量學研究

方金梅，王凡

圖像引導自適應放療在肺癌治療中劑量學研究

方金梅，王凡

收集6例肺癌患者，在放療過程中每完成10次分次治療后，重新掃描、設計計劃，并將新計劃應用于下一階段治療。經過3個階段放療后，腫瘤體積縮減（65.59± 17.09）%。3種計劃中腫瘤靶區的劑量差異無統計學意義。自適應放療計劃（ART）與調強放療（IMRT）相比，全肺V20、V30、肺平均劑量（MLD）分別減少2.01%、2.66%、241.78 cGy（P＝0.005、0.039、0.026）；ART2同ART1相比，全肺V20、V30、MLD分別減少3.21%、2.97%、288.64 cGy（P＝0.005、0.013、0.046）?；紓确蜼20、V30、MLD減少差異有統計學意義（P＜0.05），而健側肺指標差異無統計學意義。心臟的V50和Dmean、食管的V55差異無統計學意義。ART1與IMRT、ART2與ART1相比，食管的Dmean平均分別減少261.98 cGy（P＝0.002）、300.43 cGy（P＝0.008）。脊髓的D2%和Dmean也依次降低，差異有統計學意義（P＜0.05）。

自適應放療；肺癌；劑量學

目前，放療已成為很多不能耐受或不愿接受手術治療、局部晚期非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）患者的治療手段。高劑量放療可提高局部控制率和總生存率，但周圍正常組織對射線的敏感性限制了放療劑量。另外，治療過程中腫瘤與周圍組織相對位置改變，使初始計劃與實際腫瘤不再適形，劑量分布的精準性下降，得不到滿意的局控率，并產生更多的放療不良反應。自適應放療計劃（adaptive radiotherapy，ART）是一種四維治療過程，即在三維適形放療的基礎上再考慮時間相位，多次采集患者的圖像資料，旨在根據治療過程中的變化修改放療計劃［1］，動態實現劑量驗證、劑量重建和劑量再優化。

1 材料與方法

1.1 病例資料 收集安徽醫科大學第一附屬醫院腫瘤放療科2013年8月～2014年2月6例男性肺癌患者，年齡52～87（65.6±13.1）歲。其中2例病

理證實（1例低分化癌、1例鱗癌），4例PET-CT支持［腫塊SUV 8.3～24.6（13.2±6.6）］。左肺1例，右肺4例，縱隔型1例。周圍型3例，中央型2例，縱隔型1例。按照2010年NCCN分期，ⅡB期2例，ⅢA期1例，ⅢB期2例，Ⅳ期1例。

1.2 體位固定、CT掃描及勾畫靶區采用真空墊體膜固定，仰臥位，雙手上舉交叉抱肘放于額頭上，采用西門子滑軌CT系統掃描，層厚為5 mm，范圍由鎖骨頭上5 cm至肋膈角。掃描CT通過網絡傳輸至Pinncle39.2 TPS計劃工作站，勾畫靶區定義：①大體腫瘤體積（gross tumor volume，GTV）為肺窗（窗寬1 600，窗位－600）中所見的腫瘤范圍和縱隔窗（窗寬400，窗位20）中所見的縱隔受累范圍，根據PET-CT、CT等勾畫原發病灶及縱隔陽性淋巴結，淋巴結短徑＞10 mm定義為陽性淋巴結。②臨床靶區（clinical tumor volume，CTV）：鱗癌患者將GTV外擴6 mm形成CTV，病理類型不詳的根據腫瘤部位外擴6～8 mm形成CTV，縱向外放10 mm，可根據靶區周圍正常結構情況適當修改。③計劃靶區（planning target volume，PTV）：PTV＝CTV＋內在靶體積（internal target volume，ITV）＋外放5 mm。其中ITV為CTV在頭尾方向、內外方向、前后方向的隨呼吸運動幅度。④危及器官（organ at risk，OAR）包括雙肺、心臟、脊髓和食管。肺和心臟作為并型器官，勾畫全器官、食管和脊髓視為串型器官，在肺部腫瘤及縱隔陽性淋巴結的PTV上下界各放4層即2.0 cm。

1.3 計劃設計及調整計劃6例患者均行常規分割放療，200 cGy／次，一周6次，處方劑量為58～66 Gy，中位劑量為63 Gy。采用逆向設計，設4～5個固定適形野，射野角度盡可能避開周圍重要劑量限制器官。計劃優化限制條件：①靶區劑量限制：95%PTV達到處方劑量。②OAR劑量限制：雙肺V20＜30%、V30＜20%、心臟V40＜30%、食管V55＜50%、脊髓Dmax＜40 Gy。③不進行淋巴結引流區域預防性照射。初始10次分次治療為調強放療（intensity modulated radiation therapy，IMRT），于10次分次治療后、20次分次治療后重新掃描CT、制定計劃，限制條件同上，分別記為ART1和ART2，并應用于第2階段（第11～20次）和第3階段（第21次～結束）的治療。治療采用SIEMENS Artiste醫用電子直線加速器。

1.4 計劃評價指標利用劑量－體積直方圖對3個階段計劃的靶區和OAR予以評估。①肺部病灶：GTV體積、近似最大劑量（D2%），近似最小劑量（D98%），平均劑量（Dmean），中位劑量（D50%），至少接受相應處方劑量水平照射的體積百分比（V95）。靶區劑量均勻性指數（homogeneity index，HI）：HI＝D5%／D95%。②OARs：正常肺組織V10～V30、肺平均劑量（mean lung dose，MLD），心臟Dmean和V50，食管V55、Dmean，脊髓Dmax、D2%和Dmean。其中D50%表示待評價器官50%體積所接受的劑量值，V20表示待評價器官接受20 Gy的體積百分比，以此類推。

1.5 統計學處理采用SPSS 19.0統計軟件進行分析，數據以±s表示，每兩組間使用配對t檢驗分析。

2 結果

2.1 腫瘤靶區體積1例患者經過IMRT治療后靶區體積增加1.62%，考慮為腫瘤細胞水腫所致，其余均逐漸縮小。治療前及經IMRT、ART1、ART2治療后，GTV體積分別為（320.78±250.12）、（248.90 ±256.90）、（166.10±148.38）、（102.50±100.77）cm3；同治療前相比，經IMRT、ART1、ART2治療后，腫瘤縮減幅度分別為（30.54±24.07）%、（47.93± 22.76）%、（65.59±17.09）%。

2.2 靶區劑量分布3個階段計劃腫瘤靶區的D2%、D50%、D95%、D98%、Dmean、HI差異無統計學意義，HI有逐漸減小的趨勢。見表1。

表1 3種治療計劃中靶區的劑量學指標（±s）

表1 3種治療計劃中靶區的劑量學指標（±s）

指標IMRTART1ART2 D2%（cGy）6 741.50±124.186 747.17±123.446 627.33±137.76 D50%（cGy）6 408.67±286.656 419.33±330.286 408.00±115.70 D95%（cGy）6 003.00±288.466 058.67±315.576 116.33±241.74 D98%（cGy）5 756.67±539.655 862.17±312.155 985.67±233.17 Dmean（cGy）6 409.15±261.866 430.07±325.476 420.48±283.26 HI1.11±0.661.09±0.251.08±0.17

2.3 OAR劑量分布患側肺和全肺V10～V30、MLD結果顯示ART2＜ART1＜IMRT，差異有統計學意義（P＜0.01，P＜0.05）；而健側肺指標差異無統計學意義。心臟V50和Dmean差異無統計學意義。食管V55有逐漸下降的趨勢，但差異無統計學意義；食管Dmean在3個階段治療中逐漸降低，差異均有統計學意義（P＜0.01）。脊髓Dmax、D2%及Dmean也依次降低，差異有統計學意義（P＜0.05）。見表2。

表2 3次計劃中OAR的劑量學指標（±s）

表2 3次計劃中OAR的劑量學指標（±s）

與IMRT比較：*P＜0.05，**P＜0.01；與ART1比較：＃P＜0.05，＃＃P＜0.01

OARIMRTART1ART2患側肺V10（%）54.94±9.7650.41±8.01*47.38±8.37*＃＃V20（%）38.62±7.8332.62±5.20*28.25±7.43*＃＃V30（%）28.17±4.5721.20±4.12*17.31±4.48*＃＃MLD（cGy）1 935.68±332.691 658.54±242.31*1 461.74±229.74*＃＃健側肺V10（%）17.24±11.8310.97±8.5211.40±9.49＃V20（%）2.22±2.880.84±1.060.98±1.39 V30（%）0.72±1.430.13±0.250.11±0.20 MLD（cGy）532.52±243.77465.92±212.74425.68±195.79＃＃全肺V10（%）35.12±9.9932.05±10.65*27.34±9.36*＃＃V20（%）18.39±4.8116.38±4.35**13.17±4.12**＃＃V30（%）13.23±2.8310.57±1.88*7.60±1.49*＃＃MLD（cGy）1 369.72±213.971 127.94±274.07*839.30±222.44*＃＃心臟V50（%）2.04±2.361.69±3.130.66±1.28 Dmean（cGy）728.28±290.10812.48±395.04681.08±302.29食管V55（%）11.11±19.167.26±13.123.27±7.84 Dmean（cGy）2 359.98±928.452 098.00±884.28**1 797.57±793.84**＃＃脊髓Dmax（cGy）3 868.13±1 628.013 315.95±1 295.17*2 856.45±1 255.52＃D2%（cGy）3 408.00±1 302.512 946.00±1 147.58*2 554.67±1 162.58*＃Dmean（cGy）2 046.57±918.451 733.30±781.34*1 399.65±689.65*＃

3 討論

以放療為主的綜合治療已成為不能手術的NSCLC患者的首選治療方案，但肺癌患者的5年生存率僅為5%～40%［2］，三維造形放療及IMRT技術廣泛應用于NSCLC患者，提高了放療的精準性，但卻未考慮到靶區及周圍正常組織在治療過程中的動態變化。ART技術突破局限性，根據治療過程中的反饋信息重新計劃，保護正常組織的同時，使靶器官劑量和局控率達到最大［3］。

6例患者經過3個階段治療后GTV體積逐漸縮小。研究［4］中NSCLC患者在15次分次治療及療程結束后GTV體積分別縮減40.2%、51.1%。本研究的3個階段中腫瘤靶區D2%、D95%、D98%及Dmean差異無統計學意義。侯勇等［5］對5例肺癌患者分別行ART及3DCRT治療，發現腫瘤Dmean、D95%相似。本研究中HI逐漸減小，表明ART技術使劑量分布更加均勻，HI差異無統計學意義，可能與樣本量小有關。肺部腫瘤放療劑量的主要限制因素是射線對正常組織造成的損傷，包括肺、食管、心臟及脊髓。Tucker et al［6］指出全肺的Dmean與放射性肺損傷的發生及嚴重程度密切相關，王謹等［7］則認為全肺V5、V10、V20、V30是預測放射性肺損傷的良好指標，而健側肺MLD、V20、V30無預測價值，并指出預測時需多種參數聯合使用。本研究的3個階段計劃中，患側肺及全肺V10、V20、V30、MLD逐漸減少，差異有統計學意義，健側肺劑量指標差異無統計學意義。提示ART降低全肺的劑量主要通過減少患側肺的劑量來實現。心血管損傷的發病率與劑量呈正相關［8］。本研究結果顯示心臟V50和Dmean差異無統計學意義，在6例患者共18個階段治療中，心臟V50最大值為8.00%，Dmean最大值為1 264.0 cGy，遠遠小于心臟劑量限制。本研究采用V55［9］及Dmean作為評價食管損傷的指標，結果顯示3個階段食管V55差異無統計學意義，但食管Dmean逐漸降低，且差異有統計學意義，表明在肺癌放療中應用ART技術可以保護食管。脊髓劑量參數中，除ART1與IMRT的Dmax相比差異無統計學意義，其余差異均有統計學意義，說明ART技術可以減少脊髓劑量。本研究中有1例患者實行在線ART，總用時50 min，若能進一步減少在線計劃時間，將給患者帶來怎樣的益處，值得進一步探討和研究。

ART技術利用治療過程中的反饋信息，重新制定計劃，在未降低靶區劑量的同時，有效減低了正常組織的劑量，但最終能否增加局控率及改善預后，需要更大樣本的研究和長期隨訪結果驗證。

［1］ Simone C B 2nd，Ly D，Dan T D，et al.Comparison of intensitymodulated radiotherapy，adaptive radiotherapy proton radiotherapy，and adaptive proton radiotherapy for treatment of locally advanced head and neck cancer［J］.Radiother Oncol，2011，101（3）：376－82.

［2］ Sonke J J，Belderbos J.Adaptive radiotherapy for lung cancer［J］.Semin Radiat Oncol，2010，20（2）：94－106.

［3］ Kataria T，Gupta D，Bisht S S，et al.Adaptive radiotherapy in lung cancer：dosimetric benefits and clinical outcome［J］.Br J Radiol，2014，87（1038）：20130643.

［4］ Lim G，Bezjak A，Higgins J，et al.Tumor regression and positional changes in non-small cell lung cancer during radical radiotherapy［J］.J Thorac Oncol，2011，6（3）：531－6.

［5］ 侯 勇，尹 勇，王鵬程，等.基于KVCBCT形變配準的肺癌自適應計劃與靜態3DCRT計劃的比較研究［J］.中華放射腫瘤學雜志，2012，21（3）：267－70.

［6］ Tucker S L，Jin H，Wei X，et al.Impact of toxicity grade and scoring system on the relationship between mean lung dose and risk of radiation pneumonitis in a large cohort of patients with non-small cell lung cancer［J］.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2010，77（3）：691－8.

［7］ 王 謹，莊婷婷，何智純，等.非小細胞肺癌同期放化療后重度急性放射性肺炎的預測因素［J］.中華放射腫瘤學雜志，2012，21（4）：326－9.

［8］ Gagliardi G，Constine L S，Moiseenko V，et al.Radiation dosevolume effects in the heart［J］.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2010，76（3 Suppl）：S77－85.

［9］ Zhang Z C，Xu J，Li B S.et al.Clinical and dosimetric risk factors of acute esophagitis in patients treated with 3-dimensional conformal radiotherapy for non-small-cell lung cancer［J］.Am J Clin Oncol，2010，33（3）：271－5.

Dosimetric study of adaptive radiotherapy in lung cancer

Fang Jinmei，Wang Fan
（Dept of Radiation Oncology，The First Affiliated Hospital of Anhui Medical University，Hefei 230022）

Six patients with lung cancer treated with therapy were included.They were retrieved the image and replanned by fraction 10.The volume of GTV was reduced（65.59±17.09）%after three-stage treatments.The doses of target tumor were the same in three-stage treatments.Compared with IMRT，ART1 reduced V20，V30，MLD of whole lung by 2.01%，2.66%，241.78 cGy（P＝0.005，0.039，0.026）.Compared with ART1，ART2 further reduced the indexes by 3.21%，2.97%，288.64 cGy（P＝0.005，0.013，0.046）.The doses of ipsilateral lung were reduced significantly（P＜0.05）.But this was not for opposite lung.The dose V50，Dmeanof heart and V55of esophagus were similar to each plan.Dmeanof esophagus with ART1 was smaller than with IMRT（261.98 cGy，P＝0.002）and Dmeanof esophagus with ART2 was smaller than with ART1（300.43 cGy，P＝0.008）.D2%and Dmeanof spinal cord were reduced in turn significantly（P＜0.05）.

adaptive radiotherapy；lung cancer；dosimetry

R 730.55

1000－1492（2015）02－0247－03

2014－09－28接收

安徽醫科大學第一附屬醫院腫瘤放療科，合肥 230022作者簡介：方金梅，女，碩士研究生；

王 凡，男，教授，主任醫師，碩士生導師，責任作者，E-mail：wangfan1965＠126.com