鼻咽癌螺旋斷層放療與固定野動態調強放療的劑量學比較研究*

陳亞正，廖雄飛，黎 杰，王 培

(四川省腫瘤醫院放療中心，成都 610041)

腫瘤放療經歷了二維治療、三維適形放療(3DCRT)、調強適形放療(IMRT)、圖像引導調強放療(IGRT)等新技術的發展。目前，鼻咽癌固定野動態調強放療(dIMRT)和螺旋斷層放療(Tomotherapy)也已廣泛應用于臨床治療。本文從劑量學方面對后兩種技術進行比較研究，為鼻咽癌的臨床治療提供技術參考。

1 資料與方法

1.1 病例選擇

隨機選取2013～2014年15例已經完成dIMRT治療的T2N2Mo分期鼻咽癌患者(男性7例，女性8例，年齡20～75歲，中位年齡45歲)，靶區輪廓，危及器官及其他正常組織由同一醫生勾畫完成。

1.2 靶區定義及處方

靶區勾畫規則參照“2010鼻咽癌調強放療靶區及劑量設計指引專家共識”［1］，根據我院放療中心擺位誤差以及病人的移動情況，所有靶區均外放3mm，包括原發腫瘤靶區 PGTVnx，亞臨床病灶區PCTV1，預防照射區 PCTV2，頸部淋巴結引流區PCTVln，頸部左右轉移淋巴結 PGTVlnL、PGTVlnR，所有靶區均在皮膚以下3mm。處方劑量分別為69Gy、66Gy、60Gy、60Gy、69Gy、69Gy(所有被選擇的病人均行此處方)，治療次數為30次。危及器官包括腦干，脊髓，左右晶體，左右視神經，視交叉，腮腺，口咽，喉嚨等器官。

1.3 計劃設計

固定野動態調強計劃采用Eclipse11．0計劃系統，計算矩陣網格為(2×2×2)mm3，劑量計算為analytical anisotropic algorith(AAA)算法，準直器角度為0，機架角度的射野分布為共面7野均分(153°、102°、51°、0°、309°、258°、207°)，機器型號為Novalis Tx，60對 MLC，MLC在等中心寬度為2．5mm，MLC 運動方式為滑窗(sliding window)模式，最大射野為(22×40)cm2。Tomotherapy放療計劃使用的射野寬度(field width)為2．5cm，劑量計算網格為(0．39 ×0．39 ×0．39)cm3，調制因子(modulation factor)為 3．5，螺距比(pitch)為 0．43，計算算法為卷積迭代(convolution superposition)，64對二元氣動多葉光柵。兩組計劃采用的標稱能量均為6MV。

1.4 治療計劃評估

比較兩組計劃的劑量體積直方圖(dose volume histogram，DVH)以及等劑量曲線在靶區和危及器官的覆蓋分布情況。靶區的評估指標包括D98、D95、D50、D2，以及均勻性指數(homogeneity indices，HI)。D98、D95、D50、D2 分別表示 98%、95%、50%、2%的靶區體積受到的照射劑量。均勻性指數HI的定義為:HI=(D02-D98)/D50。HI越接近于0，說明均勻性越好。危及器官的評估指標包括腦干、脊髓的Dmax、D1cc，左右晶體、視神經、視交叉，顳葉的Dmax;腮腺、顳頜關節、下頜骨、中耳的 Dmax、Dmean;口咽、喉嚨的 Dmean、D50、D05;對正常組織比較5Gy、10～50Gy的劑量所占正常組織的體積(即 V5、V10～V50)。機器跳數(monitor units，MUs)比較兩種技術單次照射總跳數的平均值，治療時間為加速器單次治療病人出束的平均值(不包括擺位時間)。

1.5 統計學方法

采用SPSS 19．0軟件對數據進行統計學分析，計量資料以均數±標準差(±s)表示，兩種計劃劑量學的比較采用配對 t檢驗進行統計學分析，P＜0．05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 Tomotherapy與dIMRT劑量分布比較

圖1顯示了同一病例Tomotherapy計劃與dIMRT計劃在同一位置的橫斷面，矢狀面，冠狀面劑量分布，可以看出兩種計劃的60Gy、66Gy、69Gy等劑量曲線對靶區的覆蓋基本一致。但dIMRT計劃在口咽和后頸區域具有更多的高劑量(40～60Gy)分布，頸部兩側的淋巴結引流區66Gy以上的劑量區域明顯多于Tomotherapy計劃，說明PCTVln的劑量均勻性差于Tomotherapy。見圖1。

圖1 同一患者Tomotherapy與dIMRT橫斷面、冠狀面、矢狀面的劑量分布

2.2 Tomotherapy 與dIMRT關于DVH圖比較

圖2 鼻咽癌Tomotherapy與dIMRT計劃DVH圖的比較

圖2為Tomotherapy與dIMRT兩組計劃關于靶區和危及器官的DVH圖比較:Tomotherapy計劃的靶區曲線更加陡直，即靶區劑量均勻性更優，熱點和冷點較少;Tomotherapy計劃的口咽的劑量曲線低于dIMRT;晶體和視神經的曲線均高于dIMRT。見圖2。

2.3 Tomotherapy與dIMRT靶區劑量參數的比較

Tomotherapy計劃的 PGTVnx、PCTVln的 D98、D02以及所有靶區的均勻性指數HI，均優于dIMRT，差異有統計學意義(P＜0．05)，靶區其他參數差別不大。見表1。

表1 Tomotherapy與dIMRT兩組計劃靶區的劑量參數比較(Gy，±s)

表1 Tomotherapy與dIMRT兩組計劃靶區的劑量參數比較(Gy，±s)

靶區 Tomotherapy(Gy) dIMRT(Gy)t P PGTVnx D98 68．73 ±0．17 67．64 ±0．89 3．561 0．006 D95 69 68．39 ±0．6 3．177 0．011 D50 70．54 ±0．33 70．89 ±0．53 1．866 0．095 D2 72．01 ±0．54 73．53 ±0．9 4．462 0．002 HI* 0．047 ±0．0088 0．083 ±0．0207 4．779 0．001 PGTV1 D98 65．39 ±0．36 64．83 ±1．01 1．712 0．121 D95 66 ±0．03 65．98 ±0．94 0．083 0．936 D50 68．38 ±0．22 69．36 ±0．72 3．615 0．006 D2 70．8 ±0．45 72．68 ±0．85 5．625 0 HI* 0．079 ±0．009 0．113 ±0．203 4．873 0．001 PGTV2 D98 59．05 ±0．61 58．01 ±1．46 2．093 0．066 D95 59．97 ±0．07 59．86 ±0．73 0．506 0．625 D50 64．46 ±0．42 65．33 ±0．67 3．682 0．005 D2 68．94 ±0．62 70．73 ±1．21 4．323 0．002 HI*0．153 ±0．018 0．194 ±0．035 3．239 0．01

注:*不帶單位

2.4 Tomotherapy與dIMRT關于正常組織劑量參數比較

Tomotherapy計劃組的左、右視神經，視交叉的平均最大劑量Dmax高于dIMRT(P＜0．05);左、右晶體平均最大劑量Dmax高于dIMRT(P＞0．05)，腦干和脊髓D1cc低于dIMRT(P＜0．05)。左右腮腺的Dmean、D33，以及口咽的Dmean均明顯低于dIMRT(P ＜0．05)。見表2。

表2 Tomotherapy與dIMRT兩組計劃的危及器官劑量參數(Gy，±s)

表2 Tomotherapy與dIMRT兩組計劃的危及器官劑量參數(Gy，±s)

評估參數 Tomotherapy(Gy)dIMRT(Gy)t P腦干Dmax 46．10 ±5．1 43．35 ±2．92 2．537 0．032 D1cc 29．63 ±3．67 33．60 ±2．95 4．531 0．001脊髓Dmax 37．16 ±3．33 41．64 ±2．49 6．434 0 D1cc 29．56 ±3．21 36．91 ±2．22 6．807 0左晶體 Dmax 4．24 ±2．11 3．22 ±0．75 2．164 0．059右晶體 Dmax 4．19 ±1．98 3．33 ±0．98 2．038 0．072左視神經 Dmax 25．99 ±9．52 7．65 ±4．21 7．851 0右視神經 Dmax 27．37 ±12．27 11．49 ±15．68 5．353 0視交叉 Dmax 17．89 ±9．52 5．81 ±2．16 5．042 0．001左顳葉 Dmax 63．63 ±2．94 63．98 ±4．89 0．509 0．623右顳葉 Dmax 64．49 ±3．06 64．49 ±3．88 0．003 0．997左腮腺Dmean 26．08 ±2．7 30 ±4．19 3．996 0．003 D33 25．96 ±3．66 30．58 ±4．83 3．906 0．004右腮腺Dmean 25．94 ±2．34 39．25 ±3．83 3．596 0．006 D33 26．39 ±3．38 30．57 ±5．1 3．804 0．004左顳頜關節Dmean 30．28 ±2．37 31．87 ±2．17 1．978 0．079 D33 47．68 ±4．07 47．43 ±8．34 0．117 0．909右顳頜關節Dmean 29．42 ±2．29 30．87 ±1．86 2．058 0．07 D33 45．43 ±4．28 45．04 ±6．13 0．304 0．768左下頜骨Dmean 31．50 ±2．38 33．81 ±1．98 2．398 0．04 D33 67．57 ±3．75 69．4 ±4．5 1．778 0．109右下頜骨Dmean 31．88 ±1．78 33．16 ±1．39 1．727 0．118 D33 67．85 ±4．19 68．59 ±4．86 0．484 0．64左中耳Dmean 34．38 ±1．84 38．07 ±4．27 3．437 0．007 D33 52．01 ±3．78 54．01 ±5．9 3．437 0．239右中耳Dmean 34．17 ±2．14 38．57 ±4．25 4．073 0．003 D33 49．13 ±16．19 55．63 ±7．36 1．223 0．252口咽Dmean 26．54 ±1．66 28．38 ±2．47 3．967 0．003 D50 22．99 ±2．03 25．84 ±3．09 30．889 0．005 D05 46．26 ±1．1 50．7 ±3．29 3．969 0．003喉嚨Dmean 26．65 ±1．62 26．99 ±1．99 0．507 0．624 D50 23 ±2．82 23．69 ±2．55 0．54 0．603 D05 46．16 ±3．75 46．47 ±4．17 0．235 0．032

2.5 正常組織(皮膚體積減去所有靶區體積)劑量比較

Tomotherapy計劃的 V10～V30、V69均低于dIMRT(P ＜0．05)，V5、V40、V60 也比 dIMRT 計劃組低，但是差異沒有統計學意義(P＞0．05)。見表3。

表3 Tomotherapy和dIMRT的正常組織劑量比較(%，±s)

表3 Tomotherapy和dIMRT的正常組織劑量比較(%，±s)

Tomotherapy(%) dIMRT(%)t P V5 38．95 ±11．51 40．31 ±9．83 0．916 0．384 V10 25．59 ±10．6 34．3 ±7．11 2．663 0．026 V20 21．05 ±4．75 25．88 ±4．91 4．4 0．002 V30 13．94 ±3．23 17．3 ±3．51 4．8 0．001 V40 9．91 ±2．36 10．87 ±2．13 1．87 0．094 V50 6．86 ±1．73 3．86 ±1．25 0．00 1．000 V60 3．26 ±1．30 4．27 ±0．76 1．995 0．077 V69 0．39 ±0．46 1．29 ±0．35 4．574 0．001

2.6 機器跳數與照射時間的比較

Tomotherapy加速器在旋轉過程中不間斷出束，病人治療一次的跳數(MU)遠遠多于dIMRT，平均單次出束為(8 371±213)MU，比 dIMRT(2 163±92)增加了2．9倍(P=0．000);平均單次照射時間為(9．4 ±0．6)mins，比 dIMRT(13．6 ± 1．1 mins)減少了 44%(P=0．000)。

3 討論

螺旋斷層放療系統(Tomotherapy)是將6MV加速器徑向安裝在CT機架里，綜合了直線加速器和螺旋CT的特點，以兆伏級能量X射線掃描人體實現圖像引導放療(IGRT)。Tomotherapy系統可以實現360o旋轉，每隔7度計算一次多葉光柵的位置，共有51個投影角度照射患者腫瘤靶區。與常規加速器不同的是其光柵為64對二元氣動多葉光柵，單次照射多達10萬個子野，開閉時間只有20ms，因此靶區劑量高度適形，正常器官能最大限度的得到保護。Tomotherapy的薄層設計使得治療腫瘤的大小、位置、數量不受到限制。Tomotherapy的field width和pitch值越大，照射野內暴露的危及器官面積越大，所受劑量會更高，劑量分布越差;相反，field width和pitch越小，對靶區的劑量分布和正常器官的保護會更好，但是計算時間和加速器治療時間，機器跳數(MU)會相應增加［2］。因此設置優化參數時要考慮到腫瘤的體積大小、數量、分布、以及和危及器官之間的相對鄰近關系。對于體積較大，周圍無重要器官或有一定耐受量正常組織的靶區，可以將射野寬度和螺距放大一些，以提高Tomotherapy的執行效率。

文獻［3-5］報道了鼻咽癌 Tomotherapy與IMRT技術的劑量學差異，研究結果與本研究結論相似，即Tomotherapy技術在滿足臨床要求的靶區劑量前提下比常規IMRT技術更能降低大部分危及器官及正常組織的受照量。此外，Sheng［6］比較了10例鼻咽癌Tomotherapy和靜態調強SAS-IMRT兩種技術上的劑量學特點，認為Tomotherapy技術具有突出的劑量學優勢，降低了OAR并發癥的風險。Lee［2］研究了Tomotherapy和SAS-IMRT在鼻咽癌調強放療中的劑量學比較，結果是Tomotherapy計劃在靶區適形度和均勻性上具有更加明顯的劑量學優勢，除了視神經、視交叉最大劑量高于SAS-IMRT外，其他危及器官劑量均低于SAS-IMRT。Kim［7］使用Tomotherapy與Pinnacle系統的SmartARC和IMRT對鼻咽癌做了劑量學比較，認為Tomotherapy具有非常好的PTV劑量均勻性，能夠更好地保護正常器官，縮短了治療時間。李奇欣［8］等人對鼻咽癌Tomotherapy、VMAT、固定野IMRT三種方法進行了對比研究，結果是Tomotherapy計劃的靶區適形度和劑量均勻性最優;脊髓、腦干、腮腺受量最低，但對于視神經、視交叉、晶狀體的受量Tomotherapy計劃相對較高。本研究結果中，15例患者兩種計劃的靶區劑量均能滿足臨床處方要求［1］。Tomotherapy計劃組所有靶區的均勻性指數HI均優于dIMRT(P＜0．05)，其中靶區 PGTVnx、PGTVlnL、PGTVlnR、PGTVln 的 D98、D02均優于dIMRT(P＜0．05)，說明冷點和熱點相對更少;左右腮腺平均劑量降低了4Gy左右(P＜0．05)，杭霞瑜［9］與Han［10］的研究結果中腮腺平均劑量降低4．5Gy、5Gy;左右中耳的平均劑量降低了約4Gy(P ＜0．05);口咽的 Dmean、D50、D05 分別降低了6%、11%、6%;其他大部分危及器官(除視神經、視交叉以外)的平均劑量或者最大劑量均有不同程度的下降。上述提及的文獻中對于靶區均勻性以及危及器官劑量受量方面的討論結果與本研究一致。

綜上所述，Tomotherapy計劃組的靶區具有更加陡峭的劑量梯度，大部分危及器官的受量均明顯低于dIMRT，除了視神經、視交叉、晶體所受劑量稍高于dIMRT。靶區附近的危及器官熱點分布較少，劑量曲線更為收斂。文獻［11］提出第二原發癌與全身所受過多不必要的照射劑量有直接關系，本研究數據顯示Tomotherapy系統能盡量降低全身所受劑量照射。總之，螺旋斷層放療技術在鼻咽癌放療中具有明顯的劑量學優勢，縮短了治療時間，具有良好的臨床意義和應用前景。

［1］ 潘建基，張 瑜，林少俊．2010鼻咽癌調強放療靶區及劑量設計指引專家共識［J］．中華放射腫瘤學雜志，2011，20(1):267-269．

［2］ Lee TF，Chao PJl．Dosimetric comparison of helical tomotherapy and step-and-shoot intensity-modulated radiotherapy in nasopharygeal carcinoma［J］．Radiother Oncol，2008，89(1):89-96．

［3］ Fiorino C，Dell'Oca I，Pierelli A，et al．Significant improvement in normal tissue sparing and target coverage for head and neck cancer by means of helical tomotherapy［J］．Radiother Oncol，2006，78(1):276-282．

［4］ 崔 迪，代翔鯤，馬 林，等．鼻咽癌螺旋斷層放療與常規加速器調強放療的劑量學比較［J］．中華放射腫瘤學雜志，2008，17(3):169-173．

［5］ van Vulpen M，Field C，Raaijmakers CP，et al．Comparing stepand-shoot IMRT with dynamic helical tomotherapy IMRT plans for head-and-neck cancer［J］．Int Radiat Oncol Biol Phys，2005，62(1):1535-1539．

［6］ Sheng K，Molloy JA，Read PW．Intensity-modulated radiation therapy(IMRT)dosimetry of the head and neck:a comparison of treatment plans using linear accelerator-based IMRT and helical tomotherapy［J］．Int Radiat Oncol Biol Phys，2006，65(1):917-923．

［7］ Kim S，Lee I，Kim YB，et al．A comparison of treatment plans using linac-based intensity-modulated radiation therapy and helical tomotherapy for maxillary sinus carcinoma［J］．Technol Cancer Res T，2009，8(1):257-263．

［8］ 李奇欣，岳 麒，柏朋剛，等．鼻咽癌三種調強放療計劃劑量學對比研究［J］．中華放射醫學與防護雜志，2014，34(8):613-619．

［9］ 杭霞瑜，劉 海，李益坤，等．鼻咽癌螺旋斷層放療與常規調強放療的劑量學分析［J］．中國醫療設備，2013，7(12):15-18．

［10］ Han C，Liu A，Schultheiss TE，et al．Dosimetric comparisons of helical tomotherapy treatment plans and step-and-shoot intensitymodulated radiosurgery treatment plans in intracranial stereotactic radiosurgery［J］．Int Radiat Oncol Biol Phys，2006，65(1):608-616．

［11］ Hall EJ，Martin SG，Amols H，et al．Photoneutrons from medical linear accelerators radiobiological measurements and risk estimates［J］．Int Radiat Oncol Biolphys，1995，33(1):225-230．