局部復發鼻咽癌旋轉容積調強與固定野動態調強放療技術的劑量學比較

陸佳揚　張基永　張武哲　彭　遜　李　梅　吳麗麗　謝文佳　謝良喜

(汕頭大學醫學院附屬腫瘤醫院放療科，廣東　汕頭　515041)

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局部復發鼻咽癌旋轉容積調強與固定野動態調強放療技術的劑量學比較

陸佳揚張基永張武哲彭遜李梅吳麗麗謝文佳謝良喜

(汕頭大學醫學院附屬腫瘤醫院放療科，廣東汕頭515041)

〔摘要〕目的比較旋轉容積調強放療(VMAT)技術與固定野動態調強放療(IMRT)技術在復發鼻咽癌應用中的劑量學差異。方法選取11例局部復發鼻咽癌患者，分別設計雙弧VMAT與七野IMRT兩組計劃，比較兩組計劃的靶區(PTV)劑量參數、適形指數(CI)和均勻指數(HI)，以及危及器官(OAR)劑量參數、機器監測跳數(MU)、投照時間。結果VMAT的PTV D98%略低于IMRT(P<0.05)，CI高于IMRT(P<0.05)，HI與IMRT無顯著差異(P>0.05)。VMAT中雙側顳葉的Dmean與周圍正常組織的Dmean均比IMRT低(P<0.05)，腦干的Dmean略高于IMRT(P<0.05)，在其他危及器官兩者無顯著差異(P>0.05)。VMAT的MV(672 ± 112)明顯少于IMRT(917 ± 206)，幅度約(25±13)%(P<0.05)，VMAT投照時間〔(2.3±0.1)min〕比IMRT〔(5.1±0.4)min〕減少(54±3)%。結論局部復發鼻咽癌VMAT計劃可以達到或略優于IMRT計劃的靶區劑量分布，能更好地保護雙側顳葉，有效減少MU和投照時間。

〔關鍵詞〕局部復發鼻咽癌；旋轉容積調強；放射治療；劑量學比較

放射治療是鼻咽癌的主要治療手段〔1〕。盡管近幾年鼻咽癌的局部控制率有所提高，但是鼻咽癌局部復發仍然是一個令人困擾的問題〔2〕，其復發率高達10%～36%〔3〕。再程放療作為局部復發鼻咽癌的治療手段之一，有其重要的臨床價值〔4〕，但是再程放療存在較大的挑戰性。為了達到腫瘤局部控制，處方劑量通常要求大于60 Gy〔5,6〕。然而，首程放療已經對周圍危及器官(OAR)造成了一定的放射損傷，再程放療會繼續增加這些損傷并且可能會超出危及器官的耐受閾值，從而引起嚴重的并發癥。尤其老年患者人群，體質較弱，可能更容易引起并發癥。調強放療(IMRT)技術已經應用于復發鼻咽癌放射治療〔7〕，在提高局部控制率的同時降低了毒副作用〔4〕。但IMRT實際治療時間較長，增加了治療的不確定因素，進而可能影響治療效果〔8〕。旋轉容積調強技術(VMAT)是近年來新出現的先進放療技術，具有快速、靈活精準、優劑量分布等特點〔9,10〕。本文擬探討兩種技術的劑量學特性，為臨床應用及技術選擇提供參考依據。

1材料與方法

1.1臨床資料選擇2012年8月至2014年10月在汕頭大學醫學院附屬腫瘤醫院接受放射治療的11例局部復發鼻咽癌患者。年齡58～73歲，中位年齡67歲。根據美國癌癥聯合委員會(AJCC)(2010年第7版)腫瘤TNM分期標準進行分期：T1 1例，T2 3例，T3 5例，T4 2例，全部病例為N0、M0。

1.2CT模擬定位患者于CT模擬定位前口服造影劑及靜脈注射造影，采用仰臥體位，固定。采用Philips Brilliance 85 cm大孔徑CT進行掃描，層厚及層間距均為3 mm，掃描范圍自頭部至胸鎖關節下緣2 cm。獲取的CT圖像通過DICOM 3.0傳輸至瓦里安Eclipse V10.0放射治療計劃設計系統。

1.3靶區及危及器官的勾畫由腫瘤放療醫師勾畫：國際輻射單位與測量委員會(ICRU)83號定義的大體腫瘤靶區(GTV)和計劃靶區(PTV)。GTV包括復發的鼻咽腫物病變，由CT、MR、PET影像及內窺鏡檢查進行確定。PTV由GTV根據與周圍危及器官的相鄰程度外擴3～10 mm。GTV的平均體積為(10.6 ± 11.9)cm3，PTV的平均體積為(30.8±24.0)cm3。危及器官的勾畫，包括脊髓、腦干、視神經、視交叉、顳頜關節、口腔、腮腺和顳葉。根據ICRU 83號報告，對脊髓和腦干分別增加5 mm和3 mm邊界形成脊髓計劃區(PRV)和腦干計劃區。周圍正常組織定義為整個Body輪廓減去PTV。

1.4治療計劃設計在Eclipse V10.0分別對每個患者設計VMAT計劃和IMRT計劃。直線加速器采用瓦里安TrueBeam。VMAT計劃：兩弧設計，機架角度分別為順時針181° 至179°和逆時針179°至181°，準直器角度分別為30°和330°，采用6 mV能量光子射線。IMRT計劃：七野共面均分布野設計，機架間隔50°，根據GTV與腦干脊髓的相對位置適當調整機架位置。采用6 mV能量光子射線。PTV處方設為69.9 Gy，分30次，每次2.33 Gy，每周5次。兩組計劃使用同樣的歸一方式，即100%的處方劑量剛好覆蓋95%的PTV體積。VMAT優化算法為PRO(V10.0.28)；IMRT優化算法為DVO(V10.0.28)，最終劑量計算算法為AAA(V10.0.28)，加入虛擬治療床板Exact IGRT Couch top(thin)計算，計算網格尺寸為2.5 mm，多葉準直器(MLC)運動采用滑窗(sliding window)方式。靶區及危及器官的劑量限值如表1所示。Dx%表示x%體積達到或超過的劑量，Dmax代表最大劑量，Dmean代表平均劑量。

表1靶區和危及器官劑量限值

器官計劃設計限值PTVD95%=69.9Gy,Dmax<76.89Gy脊髓D2%<10Gy,Dmean盡量低脊髓計劃區D2%<15Gy,Dmean盡量低腦干D2%<15Gy,Dmean盡量低腦干計劃區D2%<20Gy,Dmean盡量低眼晶體D2%<4Gy視神經D2%<10Gy視交叉D2%<10Gy顳頜關節D2%<30Gy顳葉Dmean<12Gy口腔Dmean<20Gy腮腺Dmean<20Gy周圍正常組織Dmean盡量低

1.5評估指標評估靶區劑量分布指標：近似最高劑量D2%；近似最低劑量D98%；中位劑量D50%；適形指數(CI)〔11〕=(TVRI/TV)×(TVRI/VRI)，TV為靶區體積，TVRI為處方等劑量線包繞的靶體積，VRI為處方等劑量線包繞的體積，CI取值0～1，越接近1說明靶區適形性越好；靶區劑量均勻指數(HI)，采用ICRU 83號報告〔12〕的定義：HI=(D2%-D98%)/D50%，HI值越小說明靶區劑量分布越均勻。評估危及器官劑量分布指標：脊髓與腦干(計劃區)采用D2%和Dmean，晶體、視交叉、視神經，顳頜關節采用D2%，顳葉、口腔、腮腺、周圍正常組織采用Dmean。計劃實施相關參數指標：機器監測跳數(MU)、投照時間(從機器開始出射束至全部出束完畢，包括過程中機架旋轉時間)。

1.6統計學處理使用統計軟件SPSS V19進行雙尾配對Wilcoxon符號秩和檢驗分析處理。

2結果

2.1靶區劑量VMAT與IMRT計劃的劑量分布均能滿足靶區處方劑量要求。VMAT計劃的靶區劑量適形度較好，其CI明顯高于IMRT計劃(P<0.05)，其近似最低劑量D98%略低于IMRT(P<0.05)，而在近似最高劑量D2%、中位劑量D50%和HI方面均無統計學差異(P>0.05)。見表2。

2.2危及器官劑量兩組計劃危及器官受照劑量均能滿足危及器官劑量限制要求。見表3。VMAT計劃的雙側顳葉與周圍正常組織的受照劑量明顯低于IMRT(P<0.05)，而VMAT計劃的腦干平均劑量略高于IMRT計劃(P<0.05)。兩組計劃其他危及器官受照劑量均無統計學差異(P>0.05)。

表2VMAT與IMRT計劃的靶區劑量參數(x±s)

參數VMATIMRTP值D2%(cGy)7340±487354±780.859D98%(cGy)6906±156929±350.046D50%(cGy)7172±317179±420.859HI0.061±0.0080.059±0.0120.929CI0.850±0.0670.750±0.0570.003

表3VMAT與IMRT計劃的危及器官劑量參數(x±s)

器官參數(cGy)VMATIMRTP值脊髓D2%440±216423±2290.169Dmean142±132140±1320.450脊髓計劃區D2%587±280610±3340.534Dmean152±136154±1430.657腦干D2%925±238955±3000.657Dmean397±187364±1690.041腦干計劃區D2%1234±2521379±4190.091Dmean429±189412±1780.328左側視神經D2%219±244259±3490.213右側視神經D2%205±180204±1500.594視交叉D2%362±379335±3100.859左側晶體D2%120±88117±810.062右側晶體D2%104±73109±840.091左側顳頜關節D2%2180±10552184±10120.657右側顳頜關節D2%2095±9912278±9920.286口腔Dmean851±881859±8350.424左側腮腺Dmean1329±11671244±10000.534右側腮腺Dmean1123±5471183±4970.424左側顳葉Dmean693±885803±9540.010右側顳葉Dmean509±569580±5810.016周圍正常組織Dmean301±98343±1140.003

2.3計劃實施相關參數VMAT計劃的(672±112)明顯比IMRT計劃(917±206)少(P<0.05)，幅度為(25±13)%。VMAT計劃投照時間〔(2.3±0.1)min〕明顯比IMRT計劃〔(5.1±0.4)min〕少(P<0.05)，幅度為(54±3)%。

3討論

原發鼻咽癌對放射線相對敏感，而對于復發的鼻咽癌，也有相當比例具有較好的放射敏感性，因此，放射治療仍是復發鼻咽癌再治療的主要手段。放射治療的主要原則是在最大程度殺滅腫瘤的同時，最大限度保護周圍重要器官和組織。隨著精確放射治療的出現，如IMRT，在提高腫瘤靶區劑量的同時，比常規放療技術能更好地保護鼻咽周圍重要器官，從而更具優勢。近幾年來，常規二維放療技術已不再被推薦，普通三維適形放療技術也很少提及。復發鼻咽癌放療的報道主要以IMRT治療為主，或同時結合其他放療技術(如立體定向放療、近距離治療)以及綜合其他局部治療方式(如外科手術)〔13〕。VMAT實際上是一種更為高級的IMRT形式，其特點是機架在動態旋轉的過程中完成治療，并且機架轉速可變，劑量率可變，MLC持續運動〔10〕。本研究結果顯示，VMAT相比IMRT在靶區劑量適形性方面有一定優勢，這與吳府容等〔14〕和張矛等〔15〕的研究結果一致，意味著VMAT可以更好地保護周圍鄰近器官。由于初次放療周圍鄰近器官已經接近或達到劑量閾值，因此保護周圍鄰近器官顯得尤為重要。VMAT在顳葉的保護方面好于IMRT，幅度約1 Gy。顳葉的損傷是復發鼻咽癌放療常見的并發癥，例如Zeng等〔16〕報道789個患者中顳葉損傷的發生率為7.5%；Tian等〔17〕報道三級以上/五級顳葉損傷的發生率分別是21.6%/6.7%。而顳葉壞死可以導致嚴重的頭痛、記憶改變、嗜睡等〔18〕。因此很有必要降低顳葉的受照劑量，而在這方面VMAT相對于IMRT有優勢。

Hall等〔19〕研究表明，由于機頭漏射，過多的mV會增加全身的照射，而周圍正常組織的低劑量照射與全身低劑量照射是引發二次原發癌的因素。本研究顯示VMAT在周圍正常組織的受照劑量明顯低于IMRT，并且mV明顯少于IMRT，理論上VMAT可以減少二次致癌的風險。分析VMAT需要較少機器監測跳數的可能原因，主要包括VMAT在投照方向上的自由度較高，射線的利用率較高〔20〕。IMRT與普通三維適形放療技術相比存在投照時間長的缺點〔15〕，可能導致腫瘤生物效應降低〔21〕，并且有可能導致治療過程中患者體位產生移動誤差，降低治療精度。尤其老年患者體質弱，長時間放療過程中控制力差，容易引起體位變化，進而影響治療效果。本研究顯示，VMAT投照時間僅為IMRT的一半，這將有助于提高腫瘤生物效應，減少不確定因素對放療精度的影響，并可減輕患者不適感，增加其治療依從性，同時還能提高直線加速器的治療效率。張矛等〔15〕單弧VMAT投照時間為(2.25±0.21)min，七野IMRT投照時間為(6.54±0.52)min，兩種技術的投照時間均比本研究的投照時間長。可能原因包括：本研究采用的是瓦里安公司的新型直線加速器TrueBeam，其機架最大旋轉速度可達每秒6°，機架以最大速度旋轉一周只需1 min〔8〕，而張矛等〔15〕采用的是Eleckta公司的Synergy；IMRT方面，本研究采用的是Eclipse系統設計的動態調強技術，張矛等〔15〕采用的是Pinnacle系統的靜態調強技術，而靜態調強各個控制點之間停留時間較長，動態調強技術各個控制點之間無需停留。綜上，復發鼻咽癌VMAT技術具有與IMRT技術相當或略優的劑量分布，在MV和投照時間上，VMAT技術占明顯優勢。

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〔2015-04-15修回〕

(編輯曲莉)

Dosimetric comparison between volumetric modulated arc radiotherapy and intensity-modulated radiotherapy for locally recurrent nasopharyngeal carcinoma

LU Jia-Yang,ZHANG Ji-Yong,ZHANG Wu-Zhe,et al.

Department of Radiation Oncology,Cancer Hospital of Shantou University Medical College,Shantou 515041,Guangdong,China

【Abstract】ObjectiveTo compare volumetric modulated arc radiotherapy(VMAT)technique with fixed-gantry intensity-modulated radiotherapy(IMRT)technique based on dynamic multi-leaf collimator for locally recurrent nasopharyngeal carcinoma.MethodsCT data from eleven nasopharyngeal-carcinoma patients were included.Dual-arc VMAT and 7-field IMRT plans were created for each case and were compared in terms of conformity index(CI),homogeneity index(HI)of the planning target volume(PTV),organ-at-risk(OAR)sparing,monitor unit(MU)and delivery time.ResultsThe D98%(near-minimal dose)of PTV in the VMAT plans was slightly lower than that of the IMRT plans(P<0.05),while the CI was higher than that of the IMRT plans(P<0.05).There was no significant difference in HI between the two plans(P>0.05).Compared with the IMRT plans,the VMAT plans demonstrated lower mean doses of the bilateral temporal lobes and the whole surrounding normal tissue(P<0.05),but slightly higher Dmean(mean dose)of brainstem(P<0.05).In terms of the other OARs,there were no significant differences found(P>0.05).The MU of VMAT plans(672±112)was significantly less than that of the IMRT plans(917±206),by 25%±13%(P<0.05).The delivery time of the VMAT plans(2.3±0.1)min was less than that of the IMRT plans(5.1±0.4)min,by 54%±3%.ConclusionsFor locally recurrent nasopharyngeal carcinoma,the VMAT technique could achieve equivalent or superior dose distribution of the target and better protect the bilateral temporal lobes,compared to the IMRT technique.Moreover,it could reduce the MU and delivery time effectively.

【Key words】Locally recurrent nasopharyngeal carcinoma;Volumetric modulated arc radiotherapy;Radiation therapy;Dosimetric comparison

〔中圖分類號〕R739.63；R730.55

〔文獻標識碼〕A

〔文章編號〕1005-9202(2016)08-1875-04；

doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.08.041

通訊作者：謝良喜(1972-)，男，主任醫師，主要從事腫瘤基礎和放射治療臨床研究。

基金項目：國家自然科學基金面上項目(81171994)；汕頭大學醫學院臨床提升計劃項目(201425)

第一作者：陸佳揚(1985-)，男，工程師，主要從事放射治療質量控制和腫瘤放療計劃劑量學研究。